成巨海

摘 要：宣鋼3#高爐2016年3月1日中修改造后投入生產(chǎn)，高爐各系統(tǒng)在中修后均滿足高爐的冶煉需求，特別是水泵和電氣系統(tǒng)節(jié)能改造后消耗明顯的降低。本文主要論述了中修中對(duì)水泵和電氣系統(tǒng)進(jìn)行的系列改造措施及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器；能泵；電耗

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.176

1 簡(jiǎn)介

宣鋼3#高爐經(jīng)過(guò)2次擴(kuò)容由原爐容1260m3擴(kuò)容成爐容2000m3高爐。2011年6月投產(chǎn)。改造后的高爐爐體采用推移技術(shù)更新，熱風(fēng)爐采用BSK頂燃式熱風(fēng)爐技術(shù)，噴煤新建，其他部分也相應(yīng)的更新改造。而水泵和電氣系統(tǒng)仍然沿用舊系統(tǒng)。工況差、故障高且耗能嚴(yán)重。2015年受市場(chǎng)影響3#高爐決定停產(chǎn)中修并改造，水泵和電氣系統(tǒng)業(yè)相應(yīng)的進(jìn)行節(jié)能和提高效率改造。

2 中修前存在的主要問(wèn)題

2.1 熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機(jī)消耗高

3#高爐熱風(fēng)爐為BSK系列頂然式熱風(fēng)爐，熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機(jī)采用風(fēng)機(jī)房集中供風(fēng)，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)型號(hào)為 10097706-40N020.5F，標(biāo)電機(jī)功率為1000KW，使用過(guò)程中一用一備。熱風(fēng)爐助燃風(fēng)流量調(diào)節(jié)采用風(fēng)門控制，日常采用最高用風(fēng)時(shí)采用雙爐燒爐，風(fēng)機(jī)風(fēng)門開度最大保持在 75%左右，風(fēng)壓7 KPa，電流為 83A；轉(zhuǎn)入單燒時(shí)，風(fēng)機(jī)最大風(fēng)門開度為20%，壓力3.5KPa，電流63A。流量調(diào)節(jié)采用風(fēng)門控制實(shí)際上是保持風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，依靠風(fēng)門開度來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)壓力和流量，特別平時(shí)常用的單燒時(shí)，浪費(fèi)了大量的電能，為此，需要進(jìn)行技術(shù)改造滿足節(jié)能降耗的需要。

2.2 沖渣系統(tǒng)用電能耗高，效率低

3#高爐沖渣系統(tǒng)采用底濾式，始建于1989年，基本為進(jìn)行大的改造。在日常生產(chǎn)使用過(guò)程中存在諸多故障，主要表現(xiàn)在：（1）3#高爐沖渣泵房電機(jī)仍采用直接啟動(dòng)方式，啟動(dòng)電流大，易造成電機(jī)和電氣系統(tǒng)損壞，嚴(yán)重影響沖渣正常生產(chǎn)。（2）沖渣系統(tǒng)中沖渣泵流量和壓力值僅依靠機(jī)械壓力表監(jiān)測(cè)，無(wú)流量計(jì)，主控室和沖渣操作室無(wú)法監(jiān)測(cè)和共享參數(shù)，無(wú)法及時(shí)調(diào)節(jié)渣量和水量的關(guān)系，造成水資源和電能資源浪費(fèi)。（3）3#高爐沖渣原設(shè)計(jì)四臺(tái)干式變壓器，設(shè)備型號(hào)分別為SCB10-1250KVA和SCB10-1600KVA型各兩臺(tái)，額定輸出電流分別為1804A和 2309A。系統(tǒng)內(nèi)負(fù)載的電氣設(shè)備包括：5臺(tái)沖渣泵，實(shí)際工作電流850A；3臺(tái)冷卻泵，實(shí)際工作電流300A；3臺(tái)采暖泵，實(shí)際工作電流300A；另帶天車部分電源實(shí)際工作合算為電流100A左右。經(jīng)過(guò)測(cè)量計(jì)算，生產(chǎn)時(shí)系統(tǒng)所需的高峰電流總量在1700A左右，均低于變壓器的輸出電流。造成沖渣的能源浪費(fèi)。必須進(jìn)行改造

2.3 噴煤電氣控制系統(tǒng)故障高

主要表現(xiàn)在：各操作系統(tǒng)缺乏連鎖裝置發(fā)生多次誤動(dòng)作造成高爐斷煤、損壞設(shè)備等故障的發(fā)生。給煤機(jī)皮帶由于調(diào)節(jié)需要到現(xiàn)場(chǎng)，不能發(fā)揮快速調(diào)節(jié)的作用，且一旦發(fā)生故障將不能連續(xù)給煤，造成中速磨停車或者燒毀布袋。噴吹罐裝煤程序不能滿足裝粉需要，經(jīng)常造成鐘閥卡頓現(xiàn)象的發(fā)生，造成設(shè)備損壞和噴煤晚點(diǎn)。高爐噴煤控制系統(tǒng)共用一個(gè)斷路器，一旦發(fā)生故障所有噴煤閥均不能動(dòng)作，嚴(yán)重影響高爐噴煤生產(chǎn)。

2.4 水泵工況差、故障率高、能耗高

3#高爐水泵由于沒(méi)有更新，仍然采用原告路水泵和電機(jī)，處于不利工況、低效率運(yùn)行的狀態(tài)，急需降低“無(wú)效能耗”，提高輸送效率，達(dá)到最佳的節(jié)能效果。

3 中修進(jìn)行的完善改造

3.1 針對(duì)熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機(jī)能源消耗高的問(wèn)題

采用如下方案：熱風(fēng)爐在燒爐時(shí)采用雙燒和單燒其助燃風(fēng)機(jī)壓力明顯差異，調(diào)節(jié)風(fēng)門的措施可利用高壓變頻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)達(dá)到節(jié)減電能的目的。

3.1.1 技術(shù)問(wèn)題

變頻器的轉(zhuǎn)速控制通過(guò)4～20mA電流信號(hào)實(shí)現(xiàn)，電流信號(hào)與變頻轉(zhuǎn)速設(shè)定之間采用線性關(guān)系。設(shè)定4mA對(duì)應(yīng)變頻轉(zhuǎn)速為0Hz，設(shè)定20mA對(duì)應(yīng)變頻轉(zhuǎn)速為50Hz，DCS控制柜AO模件實(shí)現(xiàn)4～20mA電流信號(hào)模擬量輸出，預(yù)先設(shè)定的雙燒、單燒不同頻率參數(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)頻率參數(shù)調(diào)節(jié)壓力的大小。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)控制和自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻參數(shù)。在換爐過(guò)程中，設(shè)計(jì)“助燃風(fēng)機(jī)壓力設(shè)定變換程序”、“單燒熱風(fēng)爐調(diào)節(jié)閥開度保護(hù)程序”、“流量設(shè)定漸變程序”以及“調(diào)節(jié)閥漸開、漸關(guān)程序”等來(lái)控制和調(diào)節(jié)品分切換對(duì)煤氣管道壓力和助燃空氣壓力影響較大的短時(shí)間內(nèi)影響流量過(guò)程變化值和調(diào)節(jié)閥的頻繁動(dòng)作。為達(dá)平穩(wěn)調(diào)節(jié)和換爐。

3.1.2 采取的技術(shù)措施、手段

（1）改造變頻器和控制參數(shù)，編程并確認(rèn)變頻控制的具體參數(shù)以及實(shí)驗(yàn)得來(lái)的雙燒、單燒的壓力與變頻的最佳配比值并優(yōu)化軟件程序。

（2）利用3#高爐中修的機(jī)會(huì)系統(tǒng)的對(duì)控制程序及硬件進(jìn)行優(yōu)化。

A、程序優(yōu)化：通過(guò)調(diào)節(jié)高壓變頻器的頻率控制作為供風(fēng)的主要調(diào)節(jié)對(duì)象，將單燒、雙燒時(shí)的壓力、頻率值的線性關(guān)系固化到面板上，可通過(guò)電腦修改設(shè)定值及單燒、雙燒切換以及頻率調(diào)節(jié)的時(shí)機(jī)；頻率輸出為雙通道，畫面設(shè)置手動(dòng)和自動(dòng)通道間切換按鈕。B、硬件優(yōu)化：為保證調(diào)節(jié)控制的穩(wěn)定性，設(shè)置為雙通道變頻輸出，一用一備。在DCS柜至變頻控制柜之間放電纜、接線；變頻柜內(nèi)增加中間繼電器，畫面上切換按鈕作為中間繼電器動(dòng)作條件實(shí)現(xiàn)雙路輸出。這樣，加上原有的本柜調(diào)節(jié)、機(jī)旁調(diào)節(jié)，對(duì)變頻器的調(diào)節(jié)擴(kuò)增到四路，大大提高了變頻控制的安全性。

3.2 針對(duì)沖渣系統(tǒng)能耗高的問(wèn)題

改造是利用高爐沖渣間隙和計(jì)劃?rùn)z修進(jìn)行的。

（1）根據(jù)宣鋼的實(shí)際情況，通過(guò)利舊的方式在全廠范圍內(nèi)收集軟啟動(dòng)器，通過(guò)比對(duì)原5#高爐水泵的軟啟動(dòng)器完全滿足沖渣泵的需要，利用該套設(shè)備進(jìn)行沖渣泵軟啟動(dòng)改造，解決了啟動(dòng)電流過(guò)大和對(duì)線路造成沖擊的故障。

（2）在沖渣泵輸出管路上增加測(cè)壓、測(cè)溫、電磁流量計(jì)并鋪設(shè)電纜引入主控室和沖渣操作室，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，便于及時(shí)了解渣量和水量的情況，及時(shí)溝通增減水量，保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）變壓器改造方案：3#高爐沖渣系統(tǒng)中經(jīng)過(guò)測(cè)量計(jì)算，生產(chǎn)時(shí)系統(tǒng)所需的高峰電流總量在1700A左右，均低于變壓器的輸出電流。因SCB10-1250KVA型變壓器的額定輸出電流1804A接近于系統(tǒng)高峰負(fù)載電流總量1700A，為防止事故發(fā)生，我們決定選擇兩臺(tái)SCB10-1600KVA型變壓器作為運(yùn)行變壓器。將兩臺(tái)1250KVA變壓器停運(yùn)，拆除變壓器低壓端線路，移接到1600KVA變壓器低壓出線端。這樣，兩臺(tái)1600KVA變壓器線路即為相互冗余，如一臺(tái)變壓器出現(xiàn)問(wèn)題，可以及時(shí)聯(lián)絡(luò)另一臺(tái)

3.3 針對(duì)噴煤電氣故障較高的現(xiàn)狀

（1）針對(duì)可能發(fā)生的誤動(dòng)作，在泄壓閥與噴吹閥之間、主抽風(fēng)機(jī)與中速磨之間、中速磨與潤(rùn)滑油站之間加裝連鎖裝置，使泄壓與噴吹之間不能同時(shí)打開，主抽風(fēng)機(jī)、中速磨、潤(rùn)滑站之間一個(gè)發(fā)生故障將同時(shí)停機(jī)，保護(hù)了設(shè)備的安全運(yùn)行和避免潮煤粉和大顆粒進(jìn)入煤粉倉(cāng)發(fā)生故障。

（2）針對(duì)給煤機(jī)快速調(diào)節(jié)和計(jì)量，把原面板調(diào)節(jié)，改造為電腦、變頻器、面板三地調(diào)節(jié)，有效解決了給煤機(jī)快速、穩(wěn)定、精確的調(diào)節(jié)要求。

（3）針對(duì)裝煤程序改造把上裝煤延續(xù)30s，解決了鐘閥卡頓現(xiàn)象的發(fā)生。使裝煤更加順暢，雖然增加程序30s，但實(shí)際整體時(shí)間卻減少52s。

（4）針對(duì)斷路器故障，增加斷路器數(shù)量，把關(guān)鍵的閥單獨(dú)列支進(jìn)行分裝、保證互不影響 有效解決了相互影響的故障。

3.4 針對(duì)水泵系統(tǒng)能耗高效率低的問(wèn)題

采用新技術(shù)引進(jìn)BK型系列泵類產(chǎn)品，通過(guò)建立專業(yè)水力數(shù)學(xué)模型和標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)采集系統(tǒng)，判斷3#高爐設(shè)備高能耗的原因，找到最佳工況點(diǎn)，提出最佳解決方案；然后通過(guò)改造高耗能因素，模擬最佳工況條件而定做“BK系列高效節(jié)能泵” 替換目前處于差工況、低效率運(yùn)行的水泵，消除因各種原因引起的高能耗；并在一些工況變化較頻繁的系統(tǒng)上，安裝相應(yīng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，降低能耗，達(dá)到最佳節(jié)能效果。主要進(jìn)行了以下改造（1）循環(huán)水泵的所有的螺栓均為不銹鋼，包括泵體泵蓋間的連接螺栓、配對(duì)法蘭連接螺栓等等，所有的螺栓全采用不銹鋼材料，充分考慮了戶外安裝的應(yīng)用場(chǎng)合，防酸雨、酸氣的腐蝕，螺栓不再生銹。帶給用戶永久性的維護(hù)便利。不會(huì)出現(xiàn)螺栓生銹難以拆卸的問(wèn)題。（2） CFD技術(shù)：我們建立泵葉輪的數(shù)學(xué)模型和邊界條件，連立一個(gè)多元的方程式組，然后通過(guò)利用計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算性能，多次的進(jìn)行規(guī)劃逼近求解，從而獲得接近于最完美的水力模型。完美的水力模型奠定了高效率的基礎(chǔ)。（3）膜片式聯(lián)軸器：采用膜片式聯(lián)軸器，補(bǔ)償兩軸線不對(duì)中能力強(qiáng)，傳動(dòng)效率高，無(wú)噪音、無(wú)磨損，使用壽命長(zhǎng)，有明顯的減振作用，而其他公司多采用柱銷聯(lián)軸器。

4 結(jié)束語(yǔ)

3#高爐中修投產(chǎn)后電氣控制系統(tǒng)和水泵系統(tǒng)更能滿足高爐不斷強(qiáng)化的冶煉需求，同時(shí)對(duì)節(jié)能降耗、設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行和降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約備件消耗都起到了很好的作用，改造取得了很好的效果。

（1）熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機(jī)變頻改造后電流明顯降低，如表1所示投產(chǎn)運(yùn)行后，以單爐燒爐為例進(jìn)行的效果比較。

（2）3#高爐沖渣系統(tǒng)改造效果如下。3#高爐沖渣降低設(shè)備故障率、穩(wěn)定運(yùn)行的的要求，主要表象在：

1）沖渣泵軟啟動(dòng)改造降低沖渣泵系統(tǒng)啟動(dòng)電流，軟啟動(dòng)器改造可有效降低啟動(dòng)電流，啟動(dòng)一次電流可降低為原來(lái)的五分之一，節(jié)電效果明顯，同時(shí)由于啟動(dòng)電流降低杜絕燒毀電機(jī)和沖擊供電系統(tǒng)故障。2）安裝壓力和流量計(jì)并數(shù)據(jù)共享滿足不同的渣量和流量調(diào)節(jié)的需要，可有效降低無(wú)限制起泵和跑水、開炮等故障，節(jié)能效果明顯。3）變壓器改造直接節(jié)省了2臺(tái)1250KVA的空載電量。所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益是巨大的，節(jié)省的變壓器總?cè)萘窟_(dá)到2500KVA，總額定電流為3608A。

（3）噴煤電氣控制系統(tǒng)改造滿足了控制計(jì)量系統(tǒng)快速、穩(wěn)定、精確的要求，保證了設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，增加連鎖裝置改造有效防止了噴吹各閥和中速磨、主抽風(fēng)機(jī)的誤動(dòng)作，改造后未發(fā)生一次由于誤動(dòng)作造成的設(shè)備和生產(chǎn)故障。給煤機(jī)調(diào)節(jié)面板改造有效解決了給煤機(jī)快速、穩(wěn)定、精確的調(diào)節(jié)要求，改造后未發(fā)生給煤機(jī)調(diào)節(jié)造成的斷煤和燒損布袋故障的發(fā)生。裝煤程序改造使整體時(shí)間卻減少52s，裝煤更加順暢，鐘閥和球閥使用壽命明顯提高2倍以上。斷路器改造有效解決了相互影響的故障，改造后未發(fā)生過(guò)因?yàn)殡姎夤收嫌绊懜郀t噴煤的故障。

（4）水泵改造每臺(tái)水泵對(duì)應(yīng)配電柜內(nèi)加裝計(jì)量電表及累時(shí)器，以便于記錄單臺(tái)水泵技改前、后耗電量及運(yùn)行時(shí)間Ta、Tb。

通過(guò)記錄達(dá)到以下數(shù)據(jù)（見(jiàn)表2）

水泵改造收到了良好的效果。