高压变频调速节能技术在除尘风机上的应用

陈建国

（湖南衡阳华菱钢管有限公司生产制造部，湖南 衡阳 421001）

高压变频调速节能技术在除尘风机上的应用

陈建国

（湖南衡阳华菱钢管有限公司生产制造部，湖南 衡阳 421001）

高压变频器在钢铁企业高压风机、水泵有了大量的应用，给钢铁企业节能减排做出了贡献。2011年9月湖南衡阳华菱钢管有限公司炼铁分厂4台高压除尘风机采用了高压变频器，同时改进了控制方式，降低了除尘风道漏风率，取得了显著节能效果和社会效益。

高压变频器；除尘风机；节能

1 高压风机配置及其运行存在的问题

1.1 4台除尘风机铭牌及运行参数（见表1）

1.2 4台除尘风机运行存在的问题

1）出铁场除尘风机运行存在的问题

（1）高炉在生产过程中，出铁场产生大量的烟尘，污染环境，根据国家法规，需要除尘处理。除尘风机是一个间隙性的工作制度，即高炉出铁时高速使用，不出铁时低速使用。

图1 高炉炼铁出铁场工艺周期图

图1中，A到B、E到F为高炉冶炼时间；B到C、F到G为升速时间，可以调节；C到D、G到H为高炉出铁时间；D到E、H到I为减速时间，可以调节。

每次高炉出铁时间约1h，为高速段；高炉冶炼时间约25min，为低速段。

出铁场除尘风机高低速调速采用液力耦合器，这种调速方式存在以下弊端：①液力偶合器靠油量和负荷的拉动调速，调速精度低，线性度差，升减速响应慢；②液力偶合器本身包含油路，水路等多套系统，故障率高，液力偶合器一旦故障，只能停机维修，无法切换至工频旁路运行，造成设备停产，不能满足连续生产的需要；③电动机的效率低，损耗大，低速运行时，效率极低，有近 3/4的能量被浪费。

（2）高低速之间的控制一般采取电话联系的方式，即由中控室操作人员电话联系除尘值班室值班人员进行高低速调整。现场实际存在通知不及时、不调速、高速长期运行（特别是晚上）等问题，耗费能源。

2）矿焦槽除尘、机尾配料和整粒除尘风机

（1）在生产过程中常常需要根据生产的实际情况不断调整风机的风量、负压等风系统参数，使之满足生产。以上3台除尘风机均采用调节风门的方式调节系统参数，这种调节方式是最原始的调节方法，仅仅是改变通道的流通阻力，其开合度大小不与流量成比例，从而驱动源的输出功率并没有改变，浪费了大量电能，而且风门调节人工操作控制精度差、无法实现自动化控制，容易误操作，且设备使用效率不高，不能充分满足工艺要求。

表1

（2）以上3台风机风道都存在不同程度的漏风情况，无用负荷增大，提高了能耗。

2 4台高压风机节能改造采取的措施

2.1 高压变频调速节能技术

1）高压变频调速节能技术简介

采用高压变频调速技术对以上4台高压风机进行节能改造，改造后正常生产时4台高压风机的风门全部打开，通过高压变频调速系统调整输入给高压风机电机的运行频率来满足正常生产，同时节约电能；高压变频调速系统可实现就地和远程控制：远程控制通过设置在4台高压风机相关除尘值班室的上位机来实现；就地控制通过高压变频调速系统控制柜上的的操作屏来实现。

4套高压变频调速系统主回路均设置一拖一手动旁路方式，当高压变频器退出工作时，可手动切换到旁路工频系统，不影响生产的正常进行。

2）高压变频调速系统节能原理

采用变频调速时（以平方转矩负载风机为例），可以按需要升降电机转速，改变风机的性能曲线，使风机的额定参数满足工艺要求，根据流体力学定律，变速前后风量、风压、功率与转速之间关系为

即流量与转速成正比；压力与转速成平方比；功率与转速成立方比。

Q1、H1、P1为设备在n1转速时的风量、风压、功率；Q2、H2、P2为设备在n2转速时相似工况条件下的风量、风压、功率。

图2 离心风机的风压H-风量Q曲线特性图

风机在管路特性曲R1工作时，工况点为A，其流量压力分别为Q1、H1，此时风机所需的功率正比于 H1与 Q1的乘积，即正比于 AH1OQ1的面积。由于工艺要求需减小风量到Q2，实际上通过增加管网管阻，使风机的工作点移到R2上的B点，风压增大到 H2，这时风机所需的功率正比 H2Q2的面积，即近比广 BH2OQ2的面积。显然风机所需的功率增大了。这种调节方式控制虽然简单、但功率消耗大，不利于节能。

若采用变频调速，风机转速由n1下降到n2，这时工作点由 A点移到 C点，流量仍是 Q2，压力由H1降到H3，这时变频调速后风机所需的功率正比于H3与Q2的乘积，即正比于CH3OQ2的面积，由图可见功率的减少是明显的。

2.2 漏风处理

针对矿焦槽系统卸灰口密封不严、机尾配料除尘和整粒除尘风道管道破损等问题，由炼铁分厂组织进行全面检查，实施阀门密封和管道焊接、更换，大大降低了漏风率。

2.3 针对出铁场除尘风机定制的其他措施

1）定制高压变频器，具备功率单元自动旁路功能

功率单元自动旁路功能：成套装置每相高压逆变输出由各功率单元箱的输出移相串联叠加而形成，当功率单元内部出现故障时可自动将该功率单元旁路，每相剩余功率单元继续运行，一般变频运行情况下负载无需降额运行。旁路过程中无需人为操作，由系统自动完成，这样就保证了三相电压、电流平衡，保证高压风机运行稳定性。

2）高压变频节能改造后正常运行3个月后拆除液力耦合器。

3）采用半自动控制方式调整高压变频器高低速

在高炉出铁平台安装监控系统，对两个出铁口的开炮机、堵口机的动作及出铁口铁水情况进行监控，在除尘值班室设置监控电脑，值班人员通过监控电脑里面的情况，在上位机对高压变频器进行远程控制高低速。

2.4 其他亮点措施

1）机房通风散热既确保效果又运行经济

通风散热和防尘是影响高压变频器使用寿命的重要方面。根据现场的实际情况，综合冷却系统的投资和运营成本，采取风道开放式冷却和空调式冷却相结合的冷却方案，基本保证机房无负压：夏季环境温度高时采用风道加空调辅助冷却，其他季节采用风道冷却。

其中进风口距离地面50cm，位置正对需散热风量最大的功率单元柜和变压器柜，进风口采用双层过滤网，尽可能防止灰尘进入机房。

图3 机房平面布置图

2）每套高压变频器备置一块功率单元模块。

3 实施效果

运行半年来，节能效果和社会效益非常明显，以2012年2月份单月为例：4台风机共节约718451kW·h，折合节约标煤246t。节能设备运行情况良好，机房温度低，灰尘较少。见表2。

表2

4 结论

高压变频调速节能技术在衡钢炼铁分厂应用取得了成功，不仅节省了大量的电能，带来明显的社会效益，而且带来了直观的间接效益，如于变频调速系统可以非常平滑稳定的调整风量从而改善了工艺、实现了软起动、功率因数提高到0.98以上、降低设备的维修成本和降低厂房设备噪声污染、消除谐波和优化电能质量等。目前衡钢其他分厂就高压风机、水泵正在进行高压变频调速节能方案设计，高压变频调速节能技术将会给衡钢节能减排工作作出更大的贡献。

[1] 曹承志.电机拖动与控制[M].北京:机械工业出版社,2002.

[2] 郭立君,何川.泵与风机[M].3版.北京:中国电力出版社,2004.

[3] 钟明振,赵相滨.高压变频器应用手册[M].北京:机械工业出版社,2009.

[4] 北京利德华福电气技术有限公司.高压变频调速系统技术手册,2011.

陈建国（1964-），男，电气工程师，现从事能源管理工作。

行业观察