史愛(ài)萍

（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司第二煉鐵廠，河北涉縣056404）

機(jī)尾除塵風(fēng)機(jī)的高壓變頻節(jié)能改造

史愛(ài)萍

（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司第二煉鐵廠，河北涉縣056404）

為節(jié)約電能，對(duì)機(jī)尾除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行高壓變頻節(jié)能改造。通過(guò)對(duì)電氣主回路、變頻冷卻系統(tǒng)等方面進(jìn)行改造，節(jié)能效果明顯，機(jī)尾除塵風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況良好，改善了工藝條件，取得了較高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

除塵風(fēng)機(jī)；高壓變頻；異步電機(jī)；節(jié)能；改造

1 引言

第二煉鐵廠機(jī)尾除塵風(fēng)機(jī)原配置了1臺(tái)10 kV/1 600 kW異步電機(jī)，在實(shí)際改造以前，除塵風(fēng)機(jī)主要采用崗位現(xiàn)場(chǎng)利用手操器手動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)開(kāi)度的方式控制除塵管道內(nèi)的風(fēng)量，按照其收塵點(diǎn)數(shù)量及分布計(jì)算，電機(jī)功率裕量較大，且風(fēng)機(jī)通過(guò)風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)，風(fēng)損也大，導(dǎo)致電能浪費(fèi)嚴(yán)重，同時(shí)，電機(jī)工頻啟動(dòng)特別困難，啟動(dòng)電流大，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)沖擊較大，容易造成電機(jī)損壞。

進(jìn)行變頻改造后，風(fēng)機(jī)風(fēng)板的開(kāi)度保持全開(kāi)，基本不需要改變，主要通過(guò)監(jiān)視管道負(fù)壓，依靠LDJ節(jié)能系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)計(jì)算，然后通過(guò)AD隔離轉(zhuǎn)換模塊輸出信號(hào)到高壓變頻器，通過(guò)改變機(jī)尾除塵高壓變頻器的輸出頻率，最終實(shí)現(xiàn)電機(jī)以預(yù)定的速度驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。

與此同時(shí)，進(jìn)行變頻改造后，電機(jī)從0HZ按照預(yù)設(shè)時(shí)間平穩(wěn)啟動(dòng)到預(yù)定頻率，有效減輕了電機(jī)工頻啟動(dòng)時(shí)對(duì)電機(jī)的電流沖擊，消除了對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)和主機(jī)的沖擊力，大大降低了機(jī)械維護(hù)費(fèi)用。

機(jī)尾風(fēng)機(jī)變頻改造完成后，運(yùn)行情況良好，節(jié)能效果明顯，大大改善了工藝條件，具有極高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2 實(shí)際改造方案

2.1 計(jì)劃改造前除塵工藝

機(jī)尾除塵風(fēng)機(jī)是對(duì)燒結(jié)礦破碎和篩分過(guò)程中產(chǎn)生的灰塵進(jìn)行收取，并通過(guò)除塵器進(jìn)行合理排放；本系統(tǒng)配備1臺(tái)1 600 kW機(jī)尾除塵風(fēng)機(jī)，使用方式為常用。具體的工藝收塵點(diǎn)如圖1所示。

由圖1可知，機(jī)尾除塵收料點(diǎn)主要包括燒結(jié)室部分設(shè)備（含環(huán)冷機(jī)）、一次混合室、SZ4轉(zhuǎn)運(yùn)站，位置比較分散。同時(shí)，機(jī)尾除塵選用一臺(tái)280 m2雙室四電場(chǎng)電除塵器和一臺(tái)DTJY2×26．5F鍋爐離心引風(fēng)機(jī)。除塵器收集的粉塵經(jīng)螺旋輸送機(jī)至貯灰倉(cāng)，再由倉(cāng)式泵打入灰塵礦槽。煙氣經(jīng)60 m高煙囪排入大氣，煙囪上口直徑?4 200 mm。

2.2 實(shí)際改造方案

2．2．1 原控制回路說(shuō)明

圖1 機(jī)尾除塵收塵點(diǎn)示意圖

由圖2可知，機(jī)尾除塵原控制設(shè)計(jì)為按鈕直接控制QF高壓開(kāi)關(guān)工頻啟動(dòng)，同時(shí)和風(fēng)門(mén)開(kāi)度進(jìn)行連鎖：即啟動(dòng)前風(fēng)門(mén)必須關(guān)閉，減少啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)負(fù)載。

2．2．2 電氣主回路改造

本次改造，計(jì)劃安裝1套1臺(tái)LDJ-GN-10KV/ 1600智能化節(jié)能裝置，通過(guò)采集壓力和溫度等信號(hào)智能調(diào)控1臺(tái)1 600 kW燒結(jié)機(jī)尾除塵風(fēng)機(jī)節(jié)能運(yùn)行。本裝置配有工頻旁路系統(tǒng)，當(dāng)節(jié)能裝置出現(xiàn)故障時(shí)，可手動(dòng)切換至工頻旁路，保證正常工作，如圖3所示。

如圖3所示，主回路電氣原理圖，QF為原有設(shè)備，位于燒結(jié)高壓控制站，工頻旁路啟動(dòng)時(shí)經(jīng)旁路柜內(nèi)的QS3開(kāi)關(guān)直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行；變頻方式運(yùn)行時(shí)，用戶(hù)需要在原機(jī)旁遠(yuǎn)程控制QF開(kāi)關(guān)閉合，然后經(jīng)旁路柜內(nèi)的QS1輸入到LDJ高效節(jié)能設(shè)備，這時(shí)，旁路柜內(nèi)QS2處于閉合狀態(tài)，保證LDJ和電機(jī)直接相連。然后用戶(hù)通過(guò)新增操作箱，啟動(dòng)變頻器來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)變頻運(yùn)行。

由圖3可知，一旦變頻出現(xiàn)故障，可以在確保QF停電狀態(tài)下，對(duì)QF2和QF3進(jìn)行人工倒閘操作，使線路切入工頻模式。圖中，QS2和QS3存在機(jī)械互鎖，防止發(fā)生誤操作，引發(fā)事故。

需要說(shuō)明的是，在機(jī)尾除塵高壓變頻改造設(shè)計(jì)中，需要崗位對(duì)變頻器進(jìn)行預(yù)充電。充電結(jié)束后，變頻器會(huì)檢查刀閘狀態(tài)是否準(zhǔn)備好，然后變頻器會(huì)發(fā)出高壓允許合閘指令，QF高壓開(kāi)關(guān)送電后，變頻器完成自檢后會(huì)發(fā)出變頻就緒信號(hào)，可執(zhí)行啟動(dòng)操作。

2．2．3 變頻冷卻系統(tǒng)

節(jié)能裝置系統(tǒng)采用安裝風(fēng)道強(qiáng)制將熱量外排并空調(diào)相結(jié)合的冷卻方式?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)灰塵以及變頻發(fā)熱量大的因素，本次改造需要將進(jìn)風(fēng)濾網(wǎng)設(shè)計(jì)為雙層可拆卸模式，保證灰塵過(guò)濾效果以及濾網(wǎng)清理方便；同時(shí)，室內(nèi)空調(diào)匹數(shù)滿足變頻器在炎熱夏季發(fā)熱降溫需求。

2．2．4 變頻器控制

變頻節(jié)能裝置的控制設(shè)計(jì)是根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求、結(jié)合設(shè)備系統(tǒng)的安全、工藝的保障和現(xiàn)場(chǎng)控制的便捷等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)；它通過(guò)采集各系統(tǒng)運(yùn)行信號(hào)，運(yùn)用傳統(tǒng)PID控制、先進(jìn)模糊控制和人工智能控制技術(shù)，根據(jù)“跟隨負(fù)荷同步”理論，應(yīng)用成熟的變頻調(diào)控技術(shù)和獨(dú)創(chuàng)的節(jié)能調(diào)控技術(shù)，實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)荷變化，調(diào)控拖動(dòng)電機(jī)輸出功率與實(shí)際負(fù)荷需求相匹配實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

3 變頻控制技術(shù)設(shè)計(jì)

3.1 變頻調(diào)控原理框圖

本次機(jī)尾除塵變頻改造，其具體實(shí)現(xiàn)調(diào)控原理如圖4所示。

3.2 控制技術(shù)

圖2 原控制回路說(shuō)明

3．2．1 基本控制原理

實(shí)時(shí)采集用戶(hù)PLC中的除塵風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)出口管道壓力信號(hào)，然后通過(guò)硬線接入到高壓調(diào)控柜，經(jīng)過(guò)高壓調(diào)控柜內(nèi)的DCS進(jìn)行一系列的運(yùn)算，計(jì)算出除塵管道內(nèi)的實(shí)際負(fù)荷風(fēng)量，并參考用戶(hù)界面上設(shè)置的風(fēng)量負(fù)壓參數(shù)，利用PID模式調(diào)控風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)量和壓力，使機(jī)尾除塵電機(jī)在高壓變頻的控制下，始終保持電機(jī)功率和除塵系統(tǒng)的負(fù)荷變化相匹配，從而達(dá)到節(jié)約電能的目的。

3．2．2 同步跟隨技術(shù)

同步跟隨技術(shù)是LDJ獨(dú)創(chuàng)的節(jié)能技術(shù)。眾所周知，風(fēng)機(jī)、水泵類(lèi)負(fù)載根據(jù)其使用情況的不同，其驅(qū)動(dòng)負(fù)載的變化，直接受到工廠實(shí)際生產(chǎn)量、不同的系統(tǒng)工況以及不同的運(yùn)行規(guī)律變化等多種因素影響，這就導(dǎo)致了此類(lèi)系統(tǒng)的負(fù)載特性曲線不斷變化。本次改造的高壓變頻系統(tǒng)，能夠使高壓變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的實(shí)時(shí)輸出功率跟隨不同負(fù)荷的變化同步輸出，實(shí)現(xiàn)“跟隨負(fù)荷同步、功率按需輸出“的最佳節(jié)電效果。

3．2．3 風(fēng)門(mén)聯(lián)動(dòng)負(fù)壓調(diào)控技術(shù)

本調(diào)控技術(shù)是專(zhuān)門(mén)針對(duì)第二煉鐵廠燒結(jié)機(jī)尾除塵風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性設(shè)計(jì)。按照?qǐng)D1中收塵點(diǎn)分布以及運(yùn)行間歇的實(shí)際情況，做出如下設(shè)計(jì)：

（1）在燒5、6皮帶區(qū)域的12個(gè)除塵支管道上，應(yīng)有一個(gè)電動(dòng)風(fēng)門(mén)。

（2）在燒2皮帶、燒3、4皮帶和機(jī)頭除塵區(qū)域的三個(gè)支管道上，需各安裝一個(gè)電動(dòng)風(fēng)門(mén)。

通過(guò)實(shí)時(shí)采集燒5、6皮帶區(qū)域皮帶下料信號(hào)，由終端控制系統(tǒng)自動(dòng)或手動(dòng)兩種方式調(diào)控12個(gè)除塵支管道風(fēng)門(mén)的開(kāi)或關(guān)；實(shí)時(shí)采集燒結(jié)料放料信號(hào)，通過(guò)終端控制系統(tǒng)自動(dòng)或手動(dòng)兩種方式調(diào)控?zé)?皮帶、燒3、4皮帶和機(jī)頭除塵區(qū)域的3個(gè)除塵支管道風(fēng)門(mén)的開(kāi)或關(guān)，避免浪費(fèi)，具體的控制信號(hào)由燒結(jié)主控PLC以及配料PLC提供，并通過(guò)工控網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綑C(jī)尾除塵PLC實(shí)現(xiàn)和變頻器DCS的信號(hào)共享。

最后依照“跟隨負(fù)荷同步”理論，實(shí)時(shí)采集除塵器前負(fù)壓信號(hào)，智能控制除塵風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。當(dāng)各支管風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)變化時(shí)，除塵器前負(fù)壓值會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化，當(dāng)負(fù)壓有上升趨勢(shì)時(shí)，智能控制系統(tǒng)控制除塵風(fēng)機(jī)減速運(yùn)行，當(dāng)負(fù)壓有下降趨勢(shì)時(shí)，智能控制系統(tǒng)控制除塵風(fēng)機(jī)加速運(yùn)行，始終維持除塵器前負(fù)壓恒定。通過(guò)風(fēng)門(mén)聯(lián)動(dòng)負(fù)壓調(diào)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)達(dá)“跟隨負(fù)荷同步，功率按需輸出”，達(dá)到最佳節(jié)電效果。

4 遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)現(xiàn)

4．1 除塵PLC改造

第二煉鐵廠機(jī)尾除塵本體控制PLC為昆騰系列PLC，本次改造需要在增加數(shù)字量輸入輸出模塊

圖3 主回路電氣原理圖

圖4 調(diào)控原理框圖

各一塊，同時(shí)增加模擬量信號(hào)以及溫度信號(hào)模塊各一塊，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程啟動(dòng)、停止操作以及遠(yuǎn)程監(jiān)視運(yùn)行、溫度以及電流等信號(hào)。這些信號(hào)主要通過(guò)電纜從變頻器操控柜接入。

4.2 除塵上位監(jiān)控改造

本次改造，機(jī)尾除塵上位監(jiān)控需要增加風(fēng)機(jī)各種操作監(jiān)視等畫(huà)面。原除塵畫(huà)面為IFIX4．0，通訊采用MBE接口和PLC通訊。

4.3 各種報(bào)警實(shí)現(xiàn)

通過(guò)PLC采集變頻器、風(fēng)機(jī)軸承、電機(jī)本體各種溫度,利用底層程序?qū)崿F(xiàn)各種相關(guān)溫度高報(bào)警，溫度高高變頻停機(jī)操作，并加入歷史曲線，方便查詢(xún)。

5 結(jié)束語(yǔ)

高壓變頻節(jié)能改造在機(jī)尾除塵風(fēng)機(jī)應(yīng)用前，燒結(jié)機(jī)尾除塵風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)平均開(kāi)度為48%，10 kV工頻運(yùn)行電流平均為55 A；改造應(yīng)用后，風(fēng)門(mén)開(kāi)度為100%，運(yùn)行頻率平均為37 Hz，平均電流為37．4 A，平均節(jié)電率為32%，年節(jié)約電費(fèi)145萬(wàn)元。與此同時(shí)，隨著變頻改造后電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，啟動(dòng)電流沖擊減小，也相應(yīng)地保護(hù)了設(shè)備，崗位工實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，減輕了工人勞動(dòng)負(fù)擔(dān)。

High Voltage Frequency Conversion and Energy Saving Revamp on Machine End Dedusting Blower

SHI Ai-ping
(Iron-making Plant 2,Tianjin Tiantie Metallurgical Group Co．,Ltd．,She County, Hebei Province 056404,China)

In order to save electric energy,high voltage frequency conversion and energy saving revamp was conducted on machine end dedusting blower．Electric main circuit,frequency variable cooling system and so on were improved,bringing remarkable energy saving effect,good running conditions of machine end dedusting blower and better process conditions．High social and economic benefits were achieved．

dedusting blower;high voltage frequency conversion;asynchronous motor;energy saving; revamp

10．3969/j．issn．1006-110X．2015．03．016

2015-01-04

2015-01-30

史愛(ài)萍（1977—），女，工程師，主要從事電氣自動(dòng)化方面的研究工作。