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浅析转炉除尘风机节能技术改造

2014-12-25孙洁

城市建设理论研究 2014年37期
关键词:变频节能技术

孙洁

摘要:随着企业面临的竞争加剧,通过技术改造实现企业能耗成本的降低的重要性日渐突出。本文首先分析了我国转炉除尘风机节能的潜力,然后说明了转炉除尘风机存在的问题,最后详细阐述了转炉除尘风机的节能技术改造要点。

关键词:转炉除尘风机;节能技术;液力耦合器;变频

中图分类号:TE08文献标识码: A

一、我国转炉除尘风机节能的潜力分析

转炉除尘风机的节能离不开两个方面,一个是风机的研发、设计和生产,另一个方面就是风机的使用、维护和保养。在风机的设计方面,可以考虑采用三元流动叶轮,实验数据表明,在同等流量以及压力条件下,风机效率至少提升5%,甚至达到10%,在制造方面,通过积极应用叶轮、蜗壳等关键部件的研究成果,可以进一步提升制造精度;在通风机的调节节能技术应用上,依据生产不同需求采用动叶可调、双速电动机、液力耦合器以及多级液力传动装置等,在鼓风机制造上,要积极引进先进国家的研究成果,例如瑞士的大流量离心式鼓风机、日本的多级离心式鼓风机等。当然,风机使用者是风机节能的最大潜力源,也是风机节能的推动者、践行者。通过对风机的运行装置、风机管网配置、风机运行调节、风机选型等方面进行改造,可以实现风机效率的有效提升。

二、转炉除尘风机存在的问题

(一)液力耦合器调速范围窄,冲击电流大,影响电网稳定

液力耦合器调速范围一般在30%~97%。液力耦合器不能实现电机和风机的转速同步,采用液力耦合器时冲击电流较大,影响电网的稳定。在风机高速运

行时,液力耦合器有丢转现象,影响烟尘捕集效果。液力耦合器故障时,无法再用其它方式使其拖动的风机运行,必须停机检修。

(二)液力耦合器调速过程中发热严重

实际运行时液耦基本不参与调速,风机常速运行,转速较为稳定,风门全开。在风机运行过程中,电机始终满负荷运行。除密切监视液耦的发热情况外,用电量很大,也增大了维护量和维护成本。

(三)采用液力耦合器时风机和电机的运行噪音大、电耗高

采用液力耦合器时风机和电机的运行噪音达到90dB 左右。液力耦合器的效率与转速成正比,低速时存在效率低,功率因数低,调节线性度差、控制精度差等问题。

虽然除尘系统的运行工况具有一定的复杂性,但根据不同钢种的冶炼工况及现场除尘负荷状况,可知当风机变频运行的风量为额定风量的80%~90%之间时,风机能较好地满足除尘系统的工况要求且具有一个较大的节能空间。

三、转炉除尘风机节能技术改造

(一)工况分析

转炉在炼钢过程的不同阶段对除尘风量需求有明显的不同,以吹氧冶炼为最大,出钢后为最低。通过分析转炉炼钢过程,对一次除尘风机的控制设计以下方案:整个吹炼工艺周期约40 min,其中高速运行段时间约15 min,中速运行段时间约15 min,低速运行段时间为10min。一次除尘风机运行在高、中、低速三种状态,高速定为42 Hz,中速为30 Hz,低速定为22 Hz,均可以调节。可考虑在冶炼准备前兑铁水时由低速转为中速,接收到下氧枪信号后使中压变频器升速进入高速运行,吹炼 900 s 内提氧枪时转中速,以防补吹产生较大烟尘,得到出钢信号后减速进入低速运行。循环流程:

二次除尘风机在完成中压变频改造后,升降速线性关系明显,响应时间更快速,满足将前顶吸阀门、侧吸阀门和吹氩喂丝阀门与吹氧状态联锁控制要求以一次除尘为主,二次除尘为辅;吹氧完成后,二次除尘根据各个工艺点阀门动作状态进行高中低速连锁,将炉前和管道内的剩余烟气抽走,达到环保要求。

(二)设备选型

ZINVERT 系列高压变频调速系统是一种集电力电子技术、微电子技术、光电通信技术、计算机技术、自动化控制技术等为一体的高新技术产品。该产品通过“功率裂变”与高压“再生”技术(“电池组”技术)的功率单元串联,直接带动高压电机,具有对电网污染小、输出谐波小的优良特性,各项技术指标严格符合相应标准最严酷要求,无需额外加装滤波装置即可适配各种电机,用户采用 ZINVERT 系列高压变频时无需更换原有电机。

(三)变频装置原理图

变频装置原理图如图所示。

图 变频装置原理图

1、移相变压器

电网电压经过二次侧隔离变压器降压后给变频器功率单元供电,输入隔离变压器采用多重化设计,以达到降低输入谐波电流的目的。

2、功率柜

功率柜为三组输入、单组输出的交—直—交 SPWM 电压源型逆变器结构,功率单元通过整流、逆变过程实现对驱动电机供电电源的频率调节。变频器采用 5 个独立功率单元串联的方式来实现高压输出。

3、控制器

控制器是变频器的控制中心,它完成变频器频率调节的全过程控制、变频器电气保护功能实现及变频器的人机交互与通讯接口功能实现。

采用变频器调速方式替代液力耦合器调速,在可靠性与综合性能提高的同时,电机的节能效率也大大改观。

(四)变频改造方案

按照液力耦合器的连接尺寸设计制作了一套直接连接轴来代替液耦。连接轴的基座安装尺寸、轴连接中心尺寸、轴颈尺寸、轴与电机及风机侧的连接背靠轮均与原液耦一致。安装时,仅需将原液耦拆除,将连接轴代替液力耦合器,现场仅作少量调整即可达到安装要求,而不用对风机及电机做任何调整,安装方便快捷。考虑到变频器故障退出运行后,为了不影响生产,确保除尘系统正常工作,系统需配置工频旁路,变频器出现故障时,将电机投切到工频下运行。

(五)通讯方案

中压变频器可实现远程及就地控制,就地控制为在变频器控制柜上将远程/ 就地选择开关打至就地,利用设备自带启动、停止按钮进行操控。控制柜上设计有声音报警器、高压带电指示、紧急停机按钮、轻故障报警、重故障报警以及待机状态指示等直观显示,方便就地操作。

为适应远程操作需求,减少人力成本,改造的除尘风机主要以远程操作为主,要求将变频器内原有的控制器系统改为西门子ET-200 PLC 系统后作为从站,挂在与各台除尘风机相连的主控操作系统西门子S7-400 PLC下,通过 DP 网与除尘控制系统的S7-400 PLC通讯实现远程控制。主控系统主要负责发送转

速指令,接收从站的各种状态反馈信号;从站负责接收转速指令,反馈自身运行状态,方便值班人员在远程监控变频器运行状态,发生故障时可及时采取恢复措施。

(六)电网保护

由于中压变频器的接入,打破原有的从高压控制柜直接到电机状态,改为10kV高压控制柜至变频器控制柜再到电机,中间的变频器自身又属于一个独立的控制系统和高压单元,为防止因变频器故障引起高压控制柜异常,从而导致整体电压异常或者越级跳闸等供配电事故,有必要将变频器与高压控制柜之间形成保护连锁。

对于主要故障,例如重故障信号发出,高压控制柜必须立即跳闸以防止变频器内部故障扩大影响电网,而变频器内部需要检测电压是否有输入,在高压控制柜未合闸时不能启动,确保无误操作。为了适应不同电网情况,在120t转炉区域内变频器采取10.5kV∶10kV电压比例输出,利用变频器内部自耦变压器进行二次调压,主要是考虑一直以来,该区域10kV电压偏高,长期维持在10.5kV以上,而在150t转炉区域则采用1∶1接法,因为该区域10kV电压保持在正常范围(10kV左右)。

参考文献

[1]肖倩,杨辉忠.马钢转炉除尘风机高压变频改造[J].安徽工业大学学报(自然科学版),2008(03).

[2]谢力,郭祺琦,王彦鹏.炼钢厂除尘控制系统[J].工业安全与环保,2011(07).

[3]谭兴昀.发电厂锅炉风机节能技术分析[J].科技情报开发与经济,2008(18).

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