徐雷雷，劉 健，何 佳，高麗娟，王 成，孫小六

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司能環(huán)部，安徽馬鞍山 243000）

引言

馬鋼能環(huán)部第一集控站設(shè)置了2 臺(tái)加壓機(jī)，承擔(dān)南北區(qū)高爐煤氣（BFG）雙向輸送功能，通過(guò)加壓風(fēng)機(jī)機(jī)前調(diào)節(jié)閥門(mén)及回流閥實(shí)現(xiàn)壓力及流量控制。2017年12月投入運(yùn)行以來(lái)，正常情況下該加壓站啟運(yùn)1臺(tái)風(fēng)機(jī)即可滿足南北區(qū)BFG輸送平衡任務(wù)。從精細(xì)管控、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行角度看，尚存在一些問(wèn)題需要解決。輸配系統(tǒng)工藝圖見(jiàn)圖1。

圖1 高煤輸配系統(tǒng)工藝圖

1 問(wèn)題分析

1.1 BFG輸送電耗高

南北區(qū)BFG 平衡輸送是動(dòng)態(tài)的，除高爐休風(fēng)外的大多時(shí)段是(3～5)×104m3/h 的低流量輸送，或者自流，輸送方向調(diào)整也是常態(tài)。由于南區(qū)高爐煤氣壓力波動(dòng)大。為避免風(fēng)機(jī)頻繁啟停、減少操作量，站所控制風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度來(lái)調(diào)整負(fù)荷，煤氣輸送量較小，為防止風(fēng)機(jī)喘振，需開(kāi)啟回流閥確保風(fēng)機(jī)流量。各因素疊加，電機(jī)正常工作電流達(dá)到39 A（電機(jī)額定電流44.7 A），造成BFG輸送電單耗過(guò)高（見(jiàn)表1）。

表1 BFG南北區(qū)平衡輸送單耗統(tǒng)計(jì)

1.2 調(diào)控難度大、精度差

第一集控站BFG 加壓站工藝條件特殊，制約因素有：南區(qū)管網(wǎng)壓力波動(dòng)大；大流量輸送時(shí)，北送南要關(guān)注機(jī)前壓力≥3.5 kPa，防止影響附近大鍛件混合加壓站。南送北要關(guān)注機(jī)前壓力≥7 kPa，防止影響4#高爐鼓風(fēng)機(jī)站，且要關(guān)注機(jī)后壓力≤16.5 kPa，以保管網(wǎng)安全運(yùn)行；目前控制系統(tǒng)中僅有聲光報(bào)警提示，沒(méi)有自適應(yīng)調(diào)控手段，需人工頻繁干預(yù)負(fù)荷調(diào)節(jié)。

2 改造技術(shù)方案

結(jié)合前期煤氣加壓站變頻改造的成功經(jīng)驗(yàn)，對(duì)BFG 加壓站增設(shè)變頻設(shè)施。采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)改變現(xiàn)有調(diào)速方式，使負(fù)載功耗能夠根據(jù)生產(chǎn)工況變化準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)跟蹤調(diào)節(jié)。合理地控制負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)、降低電耗水平。

根據(jù)第一集控站電動(dòng)機(jī)參數(shù)及技術(shù)特點(diǎn)（表2），選用10 kV 輸入、10 kV 輸出、8 級(jí)單元串聯(lián)的SBH-100-710 系列高壓變頻器，配置一拖一自動(dòng)旁路柜。

表2 第一集控站BFG加壓站風(fēng)機(jī)參數(shù)

2.1 一次回路技術(shù)方案

高壓電源經(jīng)隔離KM1 和斷路器QS1 到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)斷路器QS2 和隔離KM2 至電機(jī)；高壓電源還可經(jīng)旁路斷路器QS3 工頻起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。采用兩種運(yùn)行方式的原因：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，可斷開(kāi)進(jìn)出線斷路器QS1 和QS2，將變頻裝置隔離，合旁路斷路器QS3，在工頻電源下電機(jī)運(yùn)行[1]。斷路器QS1、QS2 和QS3 三者之間具有閉鎖和防止誤操作功能。見(jiàn)圖2。

圖2 加壓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)主回路圖

方案投資少，主回路及控制系統(tǒng)幾乎不需要較大改動(dòng)，就可實(shí)現(xiàn)在原有基礎(chǔ)上的變頻改造。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，可手動(dòng)切換至工頻模式，增強(qiáng)了系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行能力。當(dāng)變頻器發(fā)生輕故障時(shí)，變頻器功率單元具有旁路功能，保證變頻器整機(jī)的正常運(yùn)行[2]；當(dāng)變頻器發(fā)生重故障時(shí)，變頻器封鎖輸出，并發(fā)出故障信號(hào)，同時(shí)可轉(zhuǎn)換至工頻旁路，提高設(shè)備使用率和可靠性。

2.2 二次控制回路技術(shù)方案

提供用于遠(yuǎn)程PLC 控制（或機(jī)旁操作箱）的數(shù)字量與模擬量，將控制端子引入控制系統(tǒng)，編制程序?qū)⑾嚓P(guān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)鎖，自動(dòng)調(diào)整變頻器頻率，滿足自動(dòng)操作控制的要求。

2.3 控制方式

高壓變頻器可以在就地操作和觸摸屏(安裝在高壓變頻柜上)顯示運(yùn)行相關(guān)參數(shù)，如電壓、電流、頻率、給定頻率和實(shí)時(shí)狀態(tài)和故障報(bào)警等內(nèi)容。并且可以通過(guò)控制系統(tǒng)在BFG 輸配系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī)上遠(yuǎn)程操作啟停、手動(dòng)/自動(dòng)控制和顯示主要參數(shù)，如變頻器柜運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、運(yùn)行頻率、給定頻率、電機(jī)電流。變頻器遠(yuǎn)程操作在“變頻器就緒”狀態(tài)顯示后即可按“啟動(dòng)”按鈕啟動(dòng)，啟動(dòng)后可以“手動(dòng)”運(yùn)行，設(shè)定運(yùn)行頻率和回流閥閥位，也可以設(shè)定流量后按“自動(dòng)”按鈕轉(zhuǎn)自動(dòng)運(yùn)行。此時(shí)，變頻器將跟蹤所設(shè)定流量自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率。運(yùn)行中可以實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)前后壓力、雙向流量、反饋頻率、電機(jī)電流、回流閥閥位等參數(shù)。雙向閥組閥位反饋故障、計(jì)量故障、機(jī)前后總管壓力檢測(cè)故障、壓力超限、電機(jī)過(guò)載、變頻器故障則會(huì)在監(jiān)控畫(huà)面顯示和聲光報(bào)警且根據(jù)故障情況采取不同的聯(lián)鎖保護(hù)方式。見(jiàn)圖3。

圖3 變頻器操作監(jiān)控畫(huà)面

(1)控制方式1：手動(dòng)控制。變頻器可以在操作畫(huà)面上手動(dòng)控制，操作人員可以在畫(huà)面上選擇“手動(dòng)”操作方式并確定，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入手動(dòng)控制狀態(tài)，手動(dòng)輸入設(shè)定頻率和回流閥閥位，變頻器根據(jù)設(shè)定的頻率運(yùn)行。

(2)控制方式2：自動(dòng)控制。系統(tǒng)根據(jù)工藝要求設(shè)定三種自動(dòng)操作模式，即南送北、北送南、自流。系統(tǒng)采用一鍵操作模式。

南送北操作模式。系統(tǒng)在北送南狀態(tài)運(yùn)行，此時(shí)雙向輸送閥組閥1 和閥3 全開(kāi)，閥2 和閥4 全關(guān)，變頻器在自動(dòng)狀態(tài)，頻率跟蹤設(shè)定流量，回流閥在全關(guān)位置。操作人員按調(diào)度指令輸入設(shè)定流量，檢查無(wú)誤，在操作畫(huà)面上選擇“南送北”，此時(shí)雙向輸送閥組閥2 自動(dòng)打開(kāi)，閥4 自動(dòng)打開(kāi)。同時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)解鎖變頻器流量調(diào)節(jié)模式，指令變頻器將頻率降為允許最低頻率運(yùn)行，閥4打開(kāi)到位后，系統(tǒng)處于自流狀態(tài)，雙向輸送閥組閥1 關(guān)閉，閥3 自動(dòng)關(guān)閉，系統(tǒng)即處于南送北自動(dòng)操作模式，系統(tǒng)開(kāi)始自動(dòng)跟蹤設(shè)定流量運(yùn)行并自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率。南送北一鍵操作模式完成，畫(huà)面顯示在南送北運(yùn)行狀態(tài)。

北送南操作模式。系統(tǒng)在南送北狀態(tài)運(yùn)行，此時(shí)雙向輸送閥組閥2 和閥4 全開(kāi)，閥1 和閥3 全關(guān)，變頻器在自動(dòng)狀態(tài)，頻率跟蹤設(shè)定流量，回流閥在全關(guān)位置。操作人員按調(diào)度指令輸入設(shè)定流量，檢查無(wú)誤，在操作畫(huà)面上選擇“北送南”，此時(shí)雙向輸送閥組閥1 自動(dòng)打開(kāi)，閥3 自動(dòng)打開(kāi)。同時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)解鎖變頻器流量調(diào)節(jié)模式，指令變頻器降為允許最低頻率運(yùn)行，閥3 打開(kāi)到位后。系統(tǒng)處于自流狀態(tài)，雙向輸送閥組閥2 自動(dòng)關(guān)閉，閥4 自動(dòng)關(guān)閉，系統(tǒng)即處于北送南自動(dòng)操作模式，系統(tǒng)開(kāi)始自動(dòng)跟蹤設(shè)定流量運(yùn)行并自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率。北送南一鍵操作模式完成，畫(huà)面顯示在北送南運(yùn)行狀態(tài)。

自流操作模式。系統(tǒng)在南送北或北送南狀態(tài)運(yùn)行，此時(shí)雙向輸送閥組閥2 和閥4 全開(kāi)狀態(tài)，閥1和閥3 全關(guān)或相反。變頻器在自動(dòng)狀態(tài)，頻率跟蹤設(shè)定流量，回流閥在全關(guān)位置。操作人員接調(diào)度指令，要求自流。操作人員根據(jù)調(diào)度指令在操作畫(huà)面上選擇“自流”，此時(shí)，關(guān)閉的閥組按順序自動(dòng)打開(kāi)到位，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)解鎖變頻器流量調(diào)節(jié)模式，指令變頻器將頻率降為允許最低頻率運(yùn)行。系統(tǒng)即處于自流自動(dòng)操作模式，自流一鍵操作模式完成，畫(huà)面顯示在自流運(yùn)行狀態(tài)。

另外，系統(tǒng)在運(yùn)行中可能的故障狀態(tài)有，雙向閥組閥位反饋故障、計(jì)量故障、機(jī)前后總管壓力檢測(cè)故障、壓力超限、電機(jī)載荷過(guò)大、變頻器故障等。為保證系統(tǒng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，在故障時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)入相應(yīng)故障的運(yùn)行狀態(tài)。

3 應(yīng)用效果

一集控站高煤輸配風(fēng)機(jī)變頻改造后于2018 年12月投入試運(yùn)行。

3.1 南北區(qū)高爐煤氣輸送平衡效果

南北區(qū)高爐煤氣輸送平衡效果。單機(jī)南送最高達(dá)11×104m3/h，北送可達(dá)8.5×104m3/h 以上，較改造前分別上升10%、15%，且電機(jī)電流仍有較大余地；進(jìn)出口總管壓力，尤其輸送量趨于穩(wěn)定。見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 改造前后出口管壓力趨勢(shì)圖

圖5 改造前后輸送量趨勢(shì)圖

3.2 變頻節(jié)電效果

改造后，通過(guò)變頻設(shè)施降低電耗，風(fēng)機(jī)單耗由改造前的3.857 kWh/GJ 降至1.567 kWh/GJ，節(jié)電59.37%。見(jiàn)表4所列。

表4 改造前后單耗統(tǒng)計(jì)

3.3 控制精度

改造后，依托雙向流量和變頻，通過(guò)編制控制程序定流量運(yùn)行，人工極少干預(yù)高爐煤氣平衡輸送，有效降低了員工操作量，提高調(diào)整精度。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該加壓站實(shí)施風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造，優(yōu)化其控制邏輯，提高自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)了輸送方式的“一鍵操作”，南北區(qū)高爐煤氣自動(dòng)、定流量輸送。通過(guò)自動(dòng)報(bào)警和程序控制，變頻器自動(dòng)應(yīng)對(duì)進(jìn)出口總管壓力異常、電機(jī)過(guò)載、管網(wǎng)壓力波動(dòng)等問(wèn)題，使系統(tǒng)處于安全狀態(tài)。另外，煤氣輸送單耗降低，由改造前的3.857 kWh/GJ降至1.567 kWh/GJ。