李學(xué)朝 劉躍成

摘要：介紹了邯鋼新建435㎡燒結(jié)機時如何對主抽風(fēng)機進行運行優(yōu)化選擇，對新建項目有良好的指導(dǎo)作用。

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

分類號：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90㎡燒結(jié)機，同時為了滿足鐵水的需要，新建了一臺435㎡燒結(jié)機，新建之初，關(guān)于主抽風(fēng)機運行方式討論了好久才確定方案，建成投產(chǎn)后，從目前實際使用情況來看，當(dāng)時決策是合理的、成功的。現(xiàn)在對其做一個回顧和總結(jié)，希望對大家有所裨益。

一、變頻器運行方式的選擇

新435㎡燒結(jié)機配備2臺主抽風(fēng)機，主抽風(fēng)機可以采用2臺風(fēng)機共用一臺變頻器分別軟起啟動2臺主抽風(fēng)機，然后風(fēng)機工頻運行，靠擋板調(diào)節(jié)方式節(jié)能;另一種是上兩臺高壓變頻器，與主抽風(fēng)機一一對應(yīng)，生產(chǎn)中風(fēng)機變頻運行，通過變頻節(jié)能降低生產(chǎn)成本。

如上圖，由風(fēng)機節(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)計流量下運行時，變頻運行能比用擋板調(diào)節(jié)方式節(jié)能28%。現(xiàn)在用西門子在線變頻運行與西門子軟啟動投資對比：

一套西門子軟啟動價格100萬美元左右，西門子羅賓康在線運行變頻器為軟啟動的2倍左右，則為200萬美金左右。兩臺變頻器比一套軟啟動貴300萬美金，折合人民幣1845萬，考慮到30%進口關(guān)稅，則會增加2398.5萬投入。

邯鋼原有的老435㎡燒結(jié)機工頻運行時主抽風(fēng)機入口壓力約-16500Kpa，入口流量約14000m3/min、入口溫度120℃，風(fēng)門開度75%，風(fēng)機轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)，電機額定功率7800KW，平時有效功率6000KW。

根據(jù)風(fēng)機、泵類平方轉(zhuǎn)矩負載關(guān)系式：p/po=（n/no）3計算（式中po為額定轉(zhuǎn)速no時功率，p為額定轉(zhuǎn)速n時功率），如果采用西門子變頻在線運行，負荷按大約70%計算，則變頻節(jié)電：

7800KW×24h×（1-0.73） ×350天×0.5元/度=2152萬元

現(xiàn)在的風(fēng)門執(zhí)行機構(gòu)節(jié)電：

1800KW×24h×350天×0.5元/度=756萬元

兩者對比節(jié)電：2152-756=1396萬元

假設(shè)兩臺情況相同，則1396*2=2792萬人民幣

即不到一年就可收回多投入成本。

以上是根據(jù)公式計算出投資效益比，那么對應(yīng)變頻運行曲線我們進行計算，達到同樣的流量和壓力風(fēng)機轉(zhuǎn)速只需要到845轉(zhuǎn)，此時電機的有效功率為3050KW。

則節(jié)電5488KW-3050KW=2438KW.

2438KW*24h*350d*0.5RMB/Kwh=1024萬人民幣

假設(shè)兩臺情況相同，則1024*2=2048萬人民幣

即不到一年多一點就可收回成本。

經(jīng)過以上兩種算法、成本對比，最終邯鋼新435㎡燒結(jié)機主抽風(fēng)機采用變頻運行模式。

新435㎡燒結(jié)機投運后，主抽風(fēng)機在工頻運行時依靠風(fēng)門執(zhí)行機構(gòu)擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量，在正常生產(chǎn)時每臺電機運行電流約300A左右，而采用變頻運行后，每臺電機運行電流約200A左右，降低約100A，年節(jié)電462萬元，節(jié)能效果顯著。從實際效果來看，比當(dāng)初論證更好。

二、主抽風(fēng)機高壓變頻器故障應(yīng)急保障的選擇

主抽風(fēng)機作為燒結(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)能否順利進行。而燒結(jié)生產(chǎn)又是24小時不間斷連續(xù)生產(chǎn)，因此對主抽風(fēng)機相關(guān)設(shè)備狀況提出更高要求。為了防止一旦一臺主抽風(fēng)機高壓變頻器故障導(dǎo)致燒結(jié)減產(chǎn)，需要應(yīng)對高壓變頻器故障時采用應(yīng)急保障來保障生產(chǎn)。

當(dāng)時考慮兩種故障應(yīng)急保障方法：第一種方法是為兩臺高壓變頻器配備一臺備用軟啟動器，一旦變頻器故障能切換到軟啟動器啟動，主抽風(fēng)機工頻運行;第二種方法是利用現(xiàn)有的兩臺高壓變頻器，主抽風(fēng)機采用一對一變頻調(diào)速運行，要求在其中一臺變頻器故障時，另一臺能夠啟動兩臺主抽風(fēng)機，此時兩臺主抽風(fēng)機中一臺變頻調(diào)速，一臺工頻運轉(zhuǎn)。

這次選擇就比較簡單，從投資角度來看第一種方法比第二種要大;從將來設(shè)備維護來講，第二種方法備件費用由于比第一種相比減少了高壓軟啟動器費用、技術(shù)掌握上減少了高壓軟啟動器相關(guān)知識點，從而優(yōu)于第一種。因此我們采用第二種方法。

下面簡單講述一下采用第二種方法如何實現(xiàn)應(yīng)急保障（變頻器通過招標采購最終選用了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線開關(guān)柜QF1、QF2入口處。作為兩段母線的總的進線開關(guān)。變頻器室的變頻器按兩段母線設(shè)計。以A段母線為例，每段母線接一臺母線進線斷路器柜QF1/QF2（帶綜保），一臺PT柜（PT1/PT4，帶熔斷器保護），一臺變頻器輸入開關(guān)柜AL2/BL2（帶變壓器保護），和一臺工頻旁路用的開關(guān)柜AL1/BL1（帶電機保護），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）。

A、B段母線不同時運行兩臺風(fēng)機。

變頻器A/B的輸出端可以交叉，分別接兩臺電機IM1/IM2，因此每臺變頻器輸出到兩臺電機之間有兩臺輸出開關(guān)柜（AO1/B01、AO2/B02），不帶保護。還有用于軟啟動的變頻輸出母線的輸出PT柜（PT2/PT3，帶熔斷器保護）。整個系統(tǒng)的兩臺風(fēng)機既可以變頻運行，又可以軟啟。因為電網(wǎng)的短路容量不大，因此變頻器輸出到電機之間不需要電抗器。

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

主電路的工作原理和切換過程：

1）正常運行情況下，進線柜QF1/QF2閉合，兩段電源母線都帶電，變頻器輸入高壓開關(guān)AL2/BL2閉合給變頻器A/B供電。合變頻器輸出開關(guān)AO1/BO2，使變頻器A/B各自帶電機IM1/IM2變頻運行。此時兩臺變頻器各自都帶一臺電機變頻運行。

2）如果變頻器A故障，變頻器A會跳輸入開關(guān)AL2。PLC同時發(fā)指令斷輸出開關(guān)AO1。電機IM1臨時停止。變頻器B帶電機IM2繼續(xù)變頻運行。

3）變頻器B將電機IM2升速到50Hz，同期檢測裝置25，檢測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)信號給PLC。變頻器有內(nèi)外雙同期檢測功能。PLC確認變頻器內(nèi)部的同期檢測裝置也發(fā)出同期信號后，確認變頻器輸出電壓與電網(wǎng)電壓確實同期，不會誤切。然后PLC再發(fā)指令合電機IM2的旁路開關(guān)BL1，使電機IM2投入到旁路運行。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，因此該切換無擾動。切換成功后，即BL1閉合，變頻器停止輸出，使電機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)指令斷開變頻器輸出開關(guān)BO2。完成電機IM2由變頻運行向工頻同期切換軟啟動運行的轉(zhuǎn)換。電機IM2變成工頻旁路運行，風(fēng)機由風(fēng)門控制風(fēng)壓和風(fēng)量。

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

5）變頻器A修復(fù)后，先臨時停變頻器B，斷變頻器B的輸入開關(guān)AL3和輸出開關(guān)BO1。然后合變頻器A的輸入開關(guān)AL2和輸出開關(guān)AO1，啟動變頻器A帶電機IM1變頻運行。

6）再合變頻器B的輸入開關(guān)BL2，變頻器B帶電，然后合變頻器輸出開關(guān)BO2，變頻器輸出與電網(wǎng)直接連接。變頻器會檢測到輸出側(cè)的頻率和電壓，然后啟動變頻器，變頻器維持輸出電壓和頻率與電網(wǎng)同步，然后斷IM1的旁路開關(guān)，實現(xiàn)電機由工頻旁路驅(qū)動向變頻驅(qū)動的轉(zhuǎn)換。電流由電網(wǎng)轉(zhuǎn)到變頻器，使IM2轉(zhuǎn)為變頻運行。

7）變頻器B故障時的策略與變頻器A的故障處理方式類似。

8）所有高壓開關(guān)柜之間的邏輯閉鎖由PLC負責(zé)做邏輯閉鎖。

新435㎡燒結(jié)機調(diào)試期間，主抽風(fēng)機曾經(jīng)采取過應(yīng)急機制，實際應(yīng)用效果良好，可以有效地保障生產(chǎn)順利進行。

總之，邯鋼新435㎡燒結(jié)主抽風(fēng)機運行方式采取優(yōu)化方案后，從實際節(jié)能、保障生產(chǎn)等各個方面都達到甚至超出了當(dāng)初的預(yù)期，取得了比較好的社會經(jīng)濟效益。

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作者簡介：李學(xué)朝（1972年出生），男（漢族），河北省 邯鄲市人 邯鄲鋼鐵集團設(shè)計院有限公司高級工程師

（邯鄲鋼鐵集團設(shè)計院有限公司 河北 邯鄲 056000）