基于永磁调速技术的助燃风机节能改造

夏江波

（山钢股份济南分公司检修工程公司，山东济南250101）

基于永磁调速技术的助燃风机节能改造

夏江波

（山钢股份济南分公司检修工程公司，山东济南250101）

在热风炉助燃风机节能改造中，将原系统改造为永磁调速器和PLC控制的具有调速功能的助燃风机永磁调速系统，并且进行机械安装和电气设计，其中助燃风机永磁调速系统由电机、永磁调速器、助燃风机、PLC和人机界面组成。改造后，运行情况良好，节能效果明显，每年节省电费约为305万元，并提高了系统可靠性。

永磁调速；助燃风机；节能

1　前言

热风炉是高炉炼铁生产中的重要设备，对高炉的风温有着重要影响。某炼铁厂高炉配备3座卡卢金顶燃式热风炉，采用助燃风机供风，为热风炉烧炉提供空气。在正常生产情况下，助燃风机一直在额定转速下运行，需要关闭部分风机出口风门来调小风机输出风量，从而造成风机产生的风量没有完全被利用，出现大马拉小车的现象，严重浪费能源。

目前广泛采用的助燃风机系统调速控制技术主要有永磁调速技术、液力耦合器调速技术和高压变频调速技术，相比较其他调速技术，永磁调速技术具有节能效果好、投资费用低、安装调试方便和维护量小等特点［1］，热风炉助燃风机采用永磁调速控制，能够实现热风炉恒压送风，稳定风量，满足热风炉生产工艺技术要求。综合多方面因素，采用永磁调速技术对助燃风机进行节能改造。

2　助燃风机节能改造

2.1改造方案

将原系统改为永磁调速器和PLC控制的具有调速功能的助燃风机永磁调速系统。助燃风机永磁调速系统由电机、永磁调速器、助燃风机、PLC和人机界面组成。其中永磁调速器主要由调速器本体、冷却系统和检测系统组成，调速器本体包含导磁体、永磁体和执行器，是永磁调速器的核心；冷却系统起到给永磁调速器本体上的导磁体降温的作用，防止运行时温度高而损坏设备，主要有水箱、散热器和冷却水泵构成；检测系统主要由检测仪表构成，包括执行器开度检测、永磁调速器前轴温度检测和冷却水流量检测；人机界面采用计算机上位软件和现场机旁箱触摸屏两种方式。

根据热风炉烧炉助燃空气压力和空气流量要求，在人机界面调节执行器开度，人机界面获取开度指令后将信号传递给PLC，PLC经过处理后输出4～20 mA信号给执行器，执行器接受信号后开始执行指令，调节永磁调速器导磁体和永磁体之间的气隙开度，同时执行器反馈气隙开度4～20 mA信号值给PLC，从而实现调节助燃风机转速闭环控制，满足助燃空气压力和风量调节要求。操作指令可以在现场机旁箱触摸屏上人工设定和调节，也可以在计算机上位软件上监控和操作，根据生产工艺要求，该系统预留PID自动调节功能。改造后的系统控制原理图如图1所示。

图1　助燃风机永磁调速系统控制原理

2.2机械安装和电气设计

1）拆除电机，将电机与助燃风机分离，拆除原有的电机安装基础，重新浇筑基础，根据永磁调速器实际长度，电机安装基础后移1 600 mm，留出永磁调速器在电机和助燃风机之间的安装空间，同时浇筑永磁调速器安装基础，增加地脚螺栓，安装永磁调速器机械支撑体。

2）拆除原有的电机和助燃风机之间的联轴器，安装永磁调速器装置，将原助燃风机侧的联轴器安装在永磁调速器的导磁体上，实现电机前轴与永磁调速器相连接，同时在助燃风机和永磁调速器永磁体两侧分别安装联轴器，将永磁调速器永磁体与助燃风机连接，最后，对电机、永磁调速器支撑体和助燃风机进行水平找正。

3）安装永磁调速器执行器，检查执行器的安装角度，调整执行器调节气隙，检查执行器气隙开度反馈信号和转速，必要情况下需进行调整。执行器配备手动调节装置，需要时可以手动操作执行器，执行器为精密设备，在安装过程中需要注意防水、防尘保护。

4）安装永磁调速器冷却系统，主要是安装水箱、散热片、冷却泵，敷设冷却水管路，在这个环节中要注意冷却系统的水路路径设计，确保达到最佳冷却效果。

5）电气线路敷设连接，安装机旁操作箱和检测控制设备。主要进行电机主回路、操作回路和相关仪表信号回路敷设与连接，安装现场机旁箱触摸屏、冷却水水温检测热电阻、冷却水流量计等设备，相关控制信号接入PLC系统中。

6）PLC控制程序设计，上位画面开发。助燃风机永磁调速控制系统采用西门子S7-200 PLC，主要进行触摸屏配置，实现与西门子S7-200 PLC系统通讯，根据功能要求，设计助燃风机永磁调速系统控制程序，包括执行器控制程序、冷却水流量和调速器前轴温度报警停机保护程序，并进行上位画面的相关输入输出指令的开发，实现人机画面的结合。

7）系统静态调试和动态调试。在静态条件下，多次调节永磁调速装置执行器，检测执行器的输出值和反馈值的准确性，检查永磁调速装置气隙的变化情况，测试相关报警停机保护功能的可靠性。在动态条件下，调节执行器，将助燃风机转速逐步从低速调至高速，测试每一阶段相关的风机转速值、振动值、电机电流值、电机轴温和相关工艺参数，判断设备运行工况情况，最后将助燃风机转速控制在工作范围内并长时间运行，检测永磁调速器的调速效果。

3　节能效益分析

永磁调速助燃风机系统的采用，实现了热风炉助燃风机恒压送风、稳定风量，满足烧炉要求。助燃风机电机型号为YKK630-4，功率1 250 kW，额定电压10 kV，额定电流86.14 A，改造前、后分别对助燃风机系统进行了性能测试，采取多次测量，取平均数据，测试数据对比如表1所示。

表1　助燃风机系统性能测试对比数据

由表1可知，改造之后电机电流明显下降，其他参数基本无变化，完全满足生产工艺要求，节能效果明显，根据改造之后的运行电能数据，参考改造之前往年平均数据，电机运行电能数据对比如表2所示。

表2　电机运行电能数据对比

按照日平均电费为0.68元/（kW·h-1）计算，根据表2可以算出，永磁调速助燃风机系统每年节省电费约为305万元，节能效果十分显著。

4　结语

热风炉助燃风机系统采用永磁调速器进行转速调节后，运行情况良好，节能效果明显，每年节省电费约为305万元，同时，减少了机械磨损和设备振动，稳定了电网电压，提高了系统可靠性。

［1］赵克中.磁力驱动技术与设备［M］.北京：化学工业出版社，2005.

Abstrraacctt：In the energy-saving reform process of hot blast stove combustion fan，the old combustion fan system was replaced by new speed control combustion fan constituting with permanent magnet speed control technology and PLC.The retrofitting process include machinery installation and electrical design，permanent magnet speed control technology combustion fan comprises motor，permanent magnet speed control，combustion fan，PLC and human machine interface.After transform，the system runs in good condition，the effect of energy saving is obvious，and the electric charge saved is three million and fifty thousand Yuan every year.It also improves the system reliability.

Key worrddss：permanent magnet speed control；combustion fan；energy-saving

Energy-saving Reform of Hot Blast Stove Combustion Fan on Permanent Magnet Speed Control Technology

XIA Jiangbo
（The Maintenance Engineering Company of Jinan Branch of Shandong Iron and Steel Co.，Ltd.，Jinan 250101，China）

TH44

B

1004-4620（2016）03-0057-02

2015-12-28

夏江波，男，1982年生，2006年毕业于安徽工业大学自动化专业。现为济钢检修工程公司高炉部工程师，从事高炉炼铁自动化方面工作。