李學(xué)朝 劉躍成

摘要：介紹了邯鋼新建435㎡燒結(jié)機(jī)時(shí)如何對(duì)主抽風(fēng)機(jī)進(jìn)行運(yùn)行優(yōu)化選擇，對(duì)新建項(xiàng)目有良好的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：主抽風(fēng)機(jī);高壓變頻器;運(yùn)行方式;故障應(yīng)急保障

分類號(hào)：TM921.51

邯鋼為了響應(yīng)環(huán)保要求，淘汰落后產(chǎn)能，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，淘汰了兩臺(tái)90㎡燒結(jié)機(jī)，同時(shí)為了滿足鐵水的需要，新建了一臺(tái)435㎡燒結(jié)機(jī)，新建之初，關(guān)于主抽風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式討論了好久才確定方案，建成投產(chǎn)后，從目前實(shí)際使用情況來(lái)看，當(dāng)時(shí)決策是合理的、成功的?，F(xiàn)在對(duì)其做一個(gè)回顧和總結(jié)，希望對(duì)大家有所裨益。

一、變頻器運(yùn)行方式的選擇

新435㎡燒結(jié)機(jī)配備2臺(tái)主抽風(fēng)機(jī)，主抽風(fēng)機(jī)可以采用2臺(tái)風(fēng)機(jī)共用一臺(tái)變頻器分別軟起啟動(dòng)2臺(tái)主抽風(fēng)機(jī)，然后風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行，靠擋板調(diào)節(jié)方式節(jié)能;另一種是上兩臺(tái)高壓變頻器，與主抽風(fēng)機(jī)一一對(duì)應(yīng)，生產(chǎn)中風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行，通過(guò)變頻節(jié)能降低生產(chǎn)成本。

如上圖，由風(fēng)機(jī)節(jié)能原理：

風(fēng)量變化與轉(zhuǎn)速變化成正比關(guān)系

風(fēng)壓變化與轉(zhuǎn)速變化成平方關(guān)系

功率變化與轉(zhuǎn)速變化成立方關(guān)系

在70%設(shè)計(jì)流量下運(yùn)行時(shí)，變頻運(yùn)行能比用擋板調(diào)節(jié)方式節(jié)能28%?，F(xiàn)在用西門(mén)子在線變頻運(yùn)行與西門(mén)子軟啟動(dòng)投資對(duì)比：

一套西門(mén)子軟啟動(dòng)價(jià)格100萬(wàn)美元左右，西門(mén)子羅賓康在線運(yùn)行變頻器為軟啟動(dòng)的2倍左右，則為200萬(wàn)美金左右。兩臺(tái)變頻器比一套軟啟動(dòng)貴300萬(wàn)美金，折合人民幣1845萬(wàn)，考慮到30%進(jìn)口關(guān)稅，則會(huì)增加2398.5萬(wàn)投入。

邯鋼原有的老435㎡燒結(jié)機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)主抽風(fēng)機(jī)入口壓力約-16500Kpa，入口流量約14000m3/min、入口溫度120℃，風(fēng)門(mén)開(kāi)度75%，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)，電機(jī)額定功率7800KW，平時(shí)有效功率6000KW。

根據(jù)風(fēng)機(jī)、泵類平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載關(guān)系式：p/po=（n/no）3計(jì)算（式中po為額定轉(zhuǎn)速no時(shí)功率，p為額定轉(zhuǎn)速n時(shí)功率），如果采用西門(mén)子變頻在線運(yùn)行，負(fù)荷按大約70%計(jì)算，則變頻節(jié)電：

7800KW×24h×（1-0.73） ×350天×0.5元/度=2152萬(wàn)元

現(xiàn)在的風(fēng)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)節(jié)電：

1800KW×24h×350天×0.5元/度=756萬(wàn)元

兩者對(duì)比節(jié)電：2152-756=1396萬(wàn)元

假設(shè)兩臺(tái)情況相同，則1396*2=2792萬(wàn)人民幣

即不到一年就可收回多投入成本。

以上是根據(jù)公式計(jì)算出投資效益比，那么對(duì)應(yīng)變頻運(yùn)行曲線我們進(jìn)行計(jì)算，達(dá)到同樣的流量和壓力風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速只需要到845轉(zhuǎn)，此時(shí)電機(jī)的有效功率為3050KW。

則節(jié)電5488KW-3050KW=2438KW.

2438KW*24h*350d*0.5RMB/Kwh=1024萬(wàn)人民幣

假設(shè)兩臺(tái)情況相同，則1024*2=2048萬(wàn)人民幣

即不到一年多一點(diǎn)就可收回成本。

經(jīng)過(guò)以上兩種算法、成本對(duì)比，最終邯鋼新435㎡燒結(jié)機(jī)主抽風(fēng)機(jī)采用變頻運(yùn)行模式。

新435㎡燒結(jié)機(jī)投運(yùn)后，主抽風(fēng)機(jī)在工頻運(yùn)行時(shí)依靠風(fēng)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量，在正常生產(chǎn)時(shí)每臺(tái)電機(jī)運(yùn)行電流約300A左右，而采用變頻運(yùn)行后，每臺(tái)電機(jī)運(yùn)行電流約200A左右，降低約100A，年節(jié)電462萬(wàn)元，節(jié)能效果顯著。從實(shí)際效果來(lái)看，比當(dāng)初論證更好。

二、主抽風(fēng)機(jī)高壓變頻器故障應(yīng)急保障的選擇

主抽風(fēng)機(jī)作為燒結(jié)生產(chǎn)的核心設(shè)備，其設(shè)備狀況直接關(guān)系到生產(chǎn)能否順利進(jìn)行。而燒結(jié)生產(chǎn)又是24小時(shí)不間斷連續(xù)生產(chǎn)，因此對(duì)主抽風(fēng)機(jī)相關(guān)設(shè)備狀況提出更高要求。為了防止一旦一臺(tái)主抽風(fēng)機(jī)高壓變頻器故障導(dǎo)致燒結(jié)減產(chǎn)，需要應(yīng)對(duì)高壓變頻器故障時(shí)采用應(yīng)急保障來(lái)保障生產(chǎn)。

當(dāng)時(shí)考慮兩種故障應(yīng)急保障方法：第一種方法是為兩臺(tái)高壓變頻器配備一臺(tái)備用軟啟動(dòng)器，一旦變頻器故障能切換到軟啟動(dòng)器啟動(dòng)，主抽風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行;第二種方法是利用現(xiàn)有的兩臺(tái)高壓變頻器，主抽風(fēng)機(jī)采用一對(duì)一變頻調(diào)速運(yùn)行，要求在其中一臺(tái)變頻器故障時(shí)，另一臺(tái)能夠啟動(dòng)兩臺(tái)主抽風(fēng)機(jī)，此時(shí)兩臺(tái)主抽風(fēng)機(jī)中一臺(tái)變頻調(diào)速，一臺(tái)工頻運(yùn)轉(zhuǎn)。

這次選擇就比較簡(jiǎn)單，從投資角度來(lái)看第一種方法比第二種要大;從將來(lái)設(shè)備維護(hù)來(lái)講，第二種方法備件費(fèi)用由于比第一種相比減少了高壓軟啟動(dòng)器費(fèi)用、技術(shù)掌握上減少了高壓軟啟動(dòng)器相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，從而優(yōu)于第一種。因此我們采用第二種方法。

下面簡(jiǎn)單講述一下采用第二種方法如何實(shí)現(xiàn)應(yīng)急保障（變頻器通過(guò)招標(biāo)采購(gòu)最終選用了TMEIC產(chǎn)品）：

首先提供兩路10kV高壓電源到變頻器室，接在兩路高壓母線的高壓進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜QF1、QF2入口處。作為兩段母線的總的進(jìn)線開(kāi)關(guān)。變頻器室的變頻器按兩段母線設(shè)計(jì)。以A段母線為例，每段母線接一臺(tái)母線進(jìn)線斷路器柜QF1/QF2（帶綜保），一臺(tái)PT柜（PT1/PT4，帶熔斷器保護(hù)），一臺(tái)變頻器輸入開(kāi)關(guān)柜AL2/BL2（帶變壓器保護(hù)），和一臺(tái)工頻旁路用的開(kāi)關(guān)柜AL1/BL1（帶電機(jī)保護(hù)），還有另一段母線變頻器的跨接變頻器輸入斷路器AL3/BL3（帶變壓器保護(hù)）。

A、B段母線不同時(shí)運(yùn)行兩臺(tái)風(fēng)機(jī)。

變頻器A/B的輸出端可以交叉，分別接兩臺(tái)電機(jī)IM1/IM2，因此每臺(tái)變頻器輸出到兩臺(tái)電機(jī)之間有兩臺(tái)輸出開(kāi)關(guān)柜（AO1/B01、AO2/B02），不帶保護(hù)。還有用于軟啟動(dòng)的變頻輸出母線的輸出PT柜（PT2/PT3，帶熔斷器保護(hù)）。整個(gè)系統(tǒng)的兩臺(tái)風(fēng)機(jī)既可以變頻運(yùn)行，又可以軟啟。因?yàn)殡娋W(wǎng)的短路容量不大，因此變頻器輸出到電機(jī)之間不需要電抗器。

這些變頻器輸出端的斷路器柜AO1，AO2，BO1，BO2都不帶綜保。由變頻器提供電機(jī)的保護(hù)。所有開(kāi)關(guān)柜見(jiàn)下面的系統(tǒng)圖：

主電路的工作原理和切換過(guò)程：

1）正常運(yùn)行情況下，進(jìn)線柜QF1/QF2閉合，兩段電源母線都帶電，變頻器輸入高壓開(kāi)關(guān)AL2/BL2閉合給變頻器A/B供電。合變頻器輸出開(kāi)關(guān)AO1/BO2，使變頻器A/B各自帶電機(jī)IM1/IM2變頻運(yùn)行。此時(shí)兩臺(tái)變頻器各自都帶一臺(tái)電機(jī)變頻運(yùn)行。

2）如果變頻器A故障，變頻器A會(huì)跳輸入開(kāi)關(guān)AL2。PLC同時(shí)發(fā)指令斷輸出開(kāi)關(guān)AO1。電機(jī)IM1臨時(shí)停止。變頻器B帶電機(jī)IM2繼續(xù)變頻運(yùn)行。

3）變頻器B將電機(jī)IM2升速到50Hz，同期檢測(cè)裝置25，檢測(cè)B段母線的PT4與變頻器輸出變頻母線PT3之間的頻率和電壓，相位等。一旦達(dá)到同步，即變頻器輸出的頻率，電壓，相位和電網(wǎng)完全相同，發(fā)信號(hào)給PLC。變頻器有內(nèi)外雙同期檢測(cè)功能。PLC確認(rèn)變頻器內(nèi)部的同期檢測(cè)裝置也發(fā)出同期信號(hào)后，確認(rèn)變頻器輸出電壓與電網(wǎng)電壓確實(shí)同期，不會(huì)誤切。然后PLC再發(fā)指令合電機(jī)IM2的旁路開(kāi)關(guān)BL1，使電機(jī)IM2投入到旁路運(yùn)行。由于變頻器輸出電壓與電網(wǎng)電壓的頻率、電壓和相位都相同，因此該切換無(wú)擾動(dòng)。切換成功后，即BL1閉合，變頻器停止輸出，使電機(jī)IM2的電流由變頻器B提供轉(zhuǎn)為由電網(wǎng)提供。然后變頻器停止輸出電流，PLC發(fā)指令斷開(kāi)變頻器輸出開(kāi)關(guān)BO2。完成電機(jī)IM2由變頻運(yùn)行向工頻同期切換軟啟動(dòng)運(yùn)行的轉(zhuǎn)換。電機(jī)IM2變成工頻旁路運(yùn)行，風(fēng)機(jī)由風(fēng)門(mén)控制風(fēng)壓和風(fēng)量。

4）變頻器B停止后，斷開(kāi)輸入斷路器BL2，合A段母線的變頻器B輸入開(kāi)關(guān)AL3，變頻器B再次上高壓帶電，合變頻器B的輸出開(kāi)關(guān)BO1，使變頻器B在A段母線上帶電機(jī)IM1變頻運(yùn)行。使得兩臺(tái)電機(jī)在兩段母線下繼續(xù)運(yùn)行。運(yùn)行方式為IM2工頻運(yùn)行，IM1在A段母線下，由變頻器B帶動(dòng)變頻運(yùn)行。

5）變頻器A修復(fù)后，先臨時(shí)停變頻器B，斷變頻器B的輸入開(kāi)關(guān)AL3和輸出開(kāi)關(guān)BO1。然后合變頻器A的輸入開(kāi)關(guān)AL2和輸出開(kāi)關(guān)AO1，啟動(dòng)變頻器A帶電機(jī)IM1變頻運(yùn)行。

6）再合變頻器B的輸入開(kāi)關(guān)BL2，變頻器B帶電，然后合變頻器輸出開(kāi)關(guān)BO2，變頻器輸出與電網(wǎng)直接連接。變頻器會(huì)檢測(cè)到輸出側(cè)的頻率和電壓，然后啟動(dòng)變頻器，變頻器維持輸出電壓和頻率與電網(wǎng)同步，然后斷IM1的旁路開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)由工頻旁路驅(qū)動(dòng)向變頻驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。電流由電網(wǎng)轉(zhuǎn)到變頻器，使IM2轉(zhuǎn)為變頻運(yùn)行。

7）變頻器B故障時(shí)的策略與變頻器A的故障處理方式類似。

8）所有高壓開(kāi)關(guān)柜之間的邏輯閉鎖由PLC負(fù)責(zé)做邏輯閉鎖。

新435㎡燒結(jié)機(jī)調(diào)試期間，主抽風(fēng)機(jī)曾經(jīng)采取過(guò)應(yīng)急機(jī)制，實(shí)際應(yīng)用效果良好，可以有效地保障生產(chǎn)順利進(jìn)行。

總之，邯鋼新435㎡燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式采取優(yōu)化方案后，從實(shí)際節(jié)能、保障生產(chǎn)等各個(gè)方面都達(dá)到甚至超出了當(dāng)初的預(yù)期，取得了比較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡(jiǎn)介：李學(xué)朝（1972年出生），男（漢族），河北省 邯鄲市人 邯鄲鋼鐵集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司高級(jí)工程師

（邯鄲鋼鐵集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司 河北 邯鄲 056000）