利德華福高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在濟鋼燒結(jié)主抽風(fēng)機的應(yīng)用

　　一、濟鋼燒結(jié)情況介紹
　　
　　
         濟鋼現(xiàn)有燒結(jié)機5臺：
　　
　　3臺120m2燒結(jié)機，對應(yīng)1#、2#1750m3高爐
　　
　　1臺320m2燒結(jié)機，對應(yīng)3#1750m3高爐
　　
　　1臺400m2燒結(jié)機，對應(yīng)1座3200m3高爐
　　
　　120m2燒結(jié)機3臺主抽電機4000kW，風(fēng)門開度，使用變頻器沒有優(yōu)勢。
　　
　　320m2燒結(jié)機主抽風(fēng)機配套2臺5600kW電機，2010年7月完成變頻改造。
　　
　　400m2燒結(jié)機主抽風(fēng)機配套2臺7500kW電機，2008年設(shè)計時選用高壓變頻，2009年8月運行，為*臺國產(chǎn)8000kW大功率變頻器的應(yīng)用。
　　
　　二、抽風(fēng)燒結(jié)工藝
　　
　　
        三、案例介紹
　　
　　濟鋼400m2燒結(jié)主抽風(fēng)機7500kW/10kV同步電機變頻器應(yīng)用
　　
　　3.1項目背景
　　
　　主抽風(fēng)機是燒結(jié)生產(chǎn)的主要工藝設(shè)備，其風(fēng)壓、風(fēng)量的變化，直接關(guān)系到燒結(jié)礦的產(chǎn)量與質(zhì)量，而其電耗一般又占整個生產(chǎn)線的50%左右。
　　
　　國內(nèi)大型燒結(jié)機的主抽風(fēng)機，考慮到生產(chǎn)安全和燒結(jié)系統(tǒng)不穩(wěn)定的漏風(fēng)率（一般30%左右），在設(shè)計、選型、制造等環(huán)節(jié)都適當(dāng)放大（一般放大10%），造成風(fēng)機普遍偏大。
　　
　　因為電動機功率大，2008年時，行業(yè)基本采用降壓啟動或變頻啟動，啟動結(jié)束后將電動機切換到工頻運行。該方式啟動穩(wěn)定，對電網(wǎng)沖擊減小，缺點是運行時靠調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板來調(diào)節(jié)燒結(jié)機生產(chǎn)需要的風(fēng)量，而且一般風(fēng)門開度都在45%～65%之間，電能的損失和浪費明顯。
　　
　　如果用變頻器控制，可將風(fēng)門全開，通過調(diào)節(jié)變頻器頻率來得到燒結(jié)機生產(chǎn)需要的風(fēng)量，可節(jié)能20%以上。
　　
　　400m2燒結(jié)機主抽設(shè)計高壓變頻器，基于以下認(rèn)識：
　　
　　1）除塵風(fēng)機使用變頻的經(jīng)驗和節(jié)電效益
　　
　　2）320m21500KW成品除塵風(fēng)機的成功投運經(jīng)驗。
　　
　　3）對主抽變頻進行節(jié)電測算，節(jié)電率保守估計20%，年效益近千萬元
　　
　　4）燒結(jié)主抽使用變頻是發(fā)展趨勢，濟鋼愿先吃螃蟹，愿嘗試相應(yīng)風(fēng)險
　　
　　3.2設(shè)備參數(shù)
　　
　　
        濟鋼400m2燒結(jié)機設(shè)計時，考慮到經(jīng)濟性，將燒結(jié)機兩個煙道一個設(shè)計為脫硫煙道，另一個為非脫硫煙道，為今后單煙道脫硫做好準(zhǔn)備。頭尾部含硫量高的煙氣進入脫硫煙道，中部含硫量低的煙氣進入非脫硫煙道。
　　
　　400m2燒結(jié)機主要工藝參數(shù)：
　　
　　大煙道負(fù)壓：-8－-13kPa
　　
　　風(fēng)機入口溫度：130℃
　　
　　料層厚度：800mm
　　
　　風(fēng)機參數(shù)：
　　
　　1）制造商：沈陽鼓風(fēng)機有限公司（國產(chǎn)大風(fēng)機的應(yīng)用）
　　
　　2）風(fēng)機型式：雙吸入離心式
　　
　　3）風(fēng)機型號：SJ20000-14T
　　
　　4）處理煙氣量：20000m³/min，全壓為17000Pa
　　
　　5）風(fēng)機軸功率：6462kW（130℃）
　　
　　6）風(fēng)機軸功率：6994kW（80℃）
　　
　　7）數(shù)量：2臺
　　
　　8）制造商配套2臺7500kW電動機和有刷勵磁裝置
　　
　　電機參數(shù)：
　　
　　1）制造商：上海電機廠
　　
　　2）型號：T7500-6/1730同步電動機
　　
　　3）額定功率：7500kW
　　
　　4）定子額定電壓/電流：10kV/494A
　　
　　5）轉(zhuǎn)子額定電壓/電流：300V/380A
　　
　　6）額定轉(zhuǎn)速：1000r/min
　　
　　7）功率因數(shù)（cosφ）：0.98
　　
　　3.3技術(shù)方案
　　
　　
        2臺主抽風(fēng)機采用2臺高壓變頻器調(diào)速的運行方式，不設(shè)工頻軟起裝置，不允許工頻直接啟動。
　　
　　根據(jù)上述工況利德華福提供了二拖二互為備用的方案，主要由2臺高壓變頻器、14臺高壓斷路器、2臺激磁涌流抑制+電抗器柜、2套空-水冷卻系統(tǒng)、1臺協(xié)調(diào)控制柜組成。
　　
　　主要技術(shù)特點：
　　
　　u使用雙整流變壓器
　　
　　u協(xié)調(diào)控制的二拖二
　　
　　u工、變頻無擾動同步切換及飛車啟動
　　
　　u同步啟動
　　
　　u全密封空—水冷
　　
　　u簡單的一鍵操作
　　
　　1）使用雙整流變壓器
　　
　　2）協(xié)調(diào)控制的一拖多
　　
　　以TF1變頻調(diào)速裝置出現(xiàn)故障的工況為例說明。
　　
　　兩套變頻器的協(xié)調(diào)控制由獨立的一臺協(xié)調(diào)控制柜實現(xiàn)。
　　
　　整個切換過程3-5分鐘，滿足工藝上不停機的需要！
　　
　　3）控制邏輯
　　
　　4）工、變頻無擾動同步切換及飛車啟動
　　
　　同一臺變頻器可以由變頻運行狀態(tài)，無擾動切換到工頻運行
　　
　　同一臺變頻器可以在工頻運行狀態(tài)，無擾動切換到變頻運行
　　
　　關(guān)鍵技術(shù)：比較變頻器輸入、輸出兩側(cè)的電壓、頻率和相位，通過軟件計算同期，即鎖相，鎖定同期后進行變頻與工頻間切換，實現(xiàn)無擾動。
　　
　　變頻器可在電機轉(zhuǎn)動情況下飛車啟動，自動找到轉(zhuǎn)速對應(yīng)的頻率
　　
　　5）同步啟動
　　
　　由變頻器控制勵磁柜運行
　　
　　啟動時，變頻器先控制勵磁柜，給同步電機轉(zhuǎn)子勵磁
　　
　　變頻器根據(jù)勵磁反饋，從0Hz開始，逐漸提高頻率，電機緩慢啟動
　　
　　6）全密封空--水冷
　　
　　全密封設(shè)計保證變頻器室內(nèi)不與室外產(chǎn)生空氣流動，有效保持室內(nèi)潔凈。
　　
　　2套水冷系統(tǒng)小時消耗水量達270立方米。
　　
　　7）簡單一鍵操作

　　
　　3.4設(shè)備運行節(jié)能情況
　　
　　該項目于2009年6月開始設(shè)備安裝、調(diào)試，8月實現(xiàn)成功投用。試生產(chǎn)期間，燒結(jié)機產(chǎn)量因受高爐影響處于限產(chǎn)階段，利用系數(shù)0.65－0.83，燒結(jié)噸礦電耗31－36度（不包括原料區(qū)域電耗）。
　　
　　1、主抽風(fēng)機變頻投運操作
　　
　　主抽風(fēng)機投產(chǎn)運行后，正常生產(chǎn)風(fēng)門開度95％，一般不再進行調(diào)整。根據(jù)不同的燒結(jié)生產(chǎn)過程，調(diào)整變頻器頻率30－45Hz，轉(zhuǎn)速對應(yīng)為600rpm~900rpm。
　　
　　2、節(jié)能效果
　　
　　濟鋼400m2燒結(jié)機主抽高壓變頻系統(tǒng)自2009年8月投產(chǎn)運行至今，設(shè)備運行穩(wěn)定，節(jié)電率超過20%，每年節(jié)省電費合計一千多萬元。
　　
　　3.5濟鋼燒結(jié)主抽風(fēng)機變頻的應(yīng)用
　　
　　生產(chǎn)線
　　
　　名稱電壓容量數(shù)量負(fù)載高壓變頻器型號訂貨日期
　　
　　400m210kV7500kW2同步機
　　
　　燒結(jié)主抽風(fēng)機HARVEST-S10/5502008年
　　
　　320m210kV5600kW2同步機
　　
　　燒結(jié)主抽風(fēng)機HARVEST-S10/4102010年
　　
　　四、喘振探析
　　
　　4.1喘振現(xiàn)象
　　
　　兩臺風(fēng)機在冷態(tài)下，轉(zhuǎn)子的振動全部正常，達到設(shè)計要求，但在熱負(fù)荷試車時風(fēng)機轉(zhuǎn)子喘振超標(biāo)。另外，1#風(fēng)機在冷態(tài)、工作狀態(tài)時風(fēng)機電流比2#風(fēng)機大50~100A,電流波動也比2#風(fēng)機大的多。
　　
　　為了維持燒結(jié)機正常生產(chǎn)，通過采用限制1＃主抽風(fēng)機轉(zhuǎn)速、限制進口風(fēng)門開度的措施維持生產(chǎn)，即將1＃風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制在750rpm以下、風(fēng)門在90%，2＃風(fēng)機風(fēng)門開到60%，轉(zhuǎn)速為900rpm的范圍內(nèi)，避開1#機喘振區(qū)。通過這種方式盡量多給2＃風(fēng)機較大風(fēng)量、速度，少給1＃風(fēng)機加負(fù)荷，以此來滿足400m2燒結(jié)機投產(chǎn)初期設(shè)備運行效率暫時不滿負(fù)荷的生產(chǎn)現(xiàn)狀。
　　
　　如下數(shù)據(jù)為2009年9月4-6日的運行數(shù)據(jù)：
　　
　　這樣的生產(chǎn)嚴(yán)重制約燒結(jié)機運行，給生產(chǎn)帶來很大不便，且對風(fēng)機的壽命也有很大影響，所以解決1＃主抽風(fēng)機喘振問題迫在眉捷。
　　
　　4.2問題分析
　　
　　引起風(fēng)機喘振的原因有多種：
　　
　　（1）聯(lián)軸器安裝歪斜或葉輪制作問題；
　　
　　（2）轉(zhuǎn)子動平衡不好；
　　
　　（3）由于脫S的原因分配給兩臺主抽風(fēng)機風(fēng)量不均問題。
　　
　　經(jīng)分析研究，可排除問題1，如有聯(lián)軸器聯(lián)接問題，則風(fēng)機在冷態(tài)運轉(zhuǎn)時就能發(fā)現(xiàn)；可以排除了1＃風(fēng)機葉輪制作問題，同時根據(jù)冷態(tài)運行測試數(shù)據(jù)可能判斷兩臺風(fēng)機的性能一致。
　　
　　1＃風(fēng)機在熱態(tài)運轉(zhuǎn)時，在一定運行范圍內(nèi)會出現(xiàn)劇烈喘振，但一回到冷態(tài)時則運行正常，所以也可以排除是風(fēng)機轉(zhuǎn)子受熱應(yīng)力釋放變形導(dǎo)致動不平衡引起的振動，這時也可將原因2的可能性排除。
　　
　　因此有可能就是原因3。
　　
　　4.3問題初步解決
　　
　　通過進行多種工況下1#主抽風(fēng)機喘振區(qū)域試驗，積極尋找風(fēng)機發(fā)生喘振的風(fēng)量、負(fù)壓、風(fēng)機轉(zhuǎn)速、風(fēng)機進口風(fēng)門的開度范圍，同時進行工藝整改：
　　
　　A：在兩臺風(fēng)機進風(fēng)口三通管道增加隔板，重新分配兩臺風(fēng)機風(fēng)量，盡量減少2#風(fēng)機搶風(fēng)而引起1#風(fēng)機的喘振。
　　
　　B：對兩臺風(fēng)機進口風(fēng)道增加圓鋼支撐，目的是增強系統(tǒng)鋼性，降低振動。
　　
　　C：出風(fēng)口與進風(fēng)口連在一起，中間安裝蝶閥，有必要時打開蝶閥補充進風(fēng)風(fēng)口風(fēng)量。
　　
　　經(jīng)過上述改造后，問題稍有好轉(zhuǎn)，但依然沒有*解決。
　　
　　4.4問題再次分析
　　
　　
        我們又分析了風(fēng)機廠家提供的1#風(fēng)機設(shè)計性能曲線。
　　
　　該風(fēng)機在轉(zhuǎn)速823rpm，負(fù)壓11.5kPa，進口煙氣密度0.717kg/m³，效率86%時，處理煙氣量為16000m³/min左右。
　　
　　而現(xiàn)場實際測得1#風(fēng)機在轉(zhuǎn)速750rpm，負(fù)壓11kPa，效率86%時，實際處理的煙氣量只有8000m³/min左右，與設(shè)計處理煙氣量差距很大。
　　
　　與此同時，2#風(fēng)機在轉(zhuǎn)速1000rpm，負(fù)壓11.5kPa，效率86%時，在風(fēng)門開度不到1#風(fēng)機一半的情況下，風(fēng)量為15000m³/min左右，與設(shè)計值基本吻合。
　　
　　4.5問題zui終解決
　　
　　我們由此判斷，造成喘振的原因是煙道設(shè)置與實際工況不匹配。在2010年11月中修中，我們將煙道*分開，實現(xiàn)煙道兩個風(fēng)機均勻配置，1#主抽喘振問題得到了*解決。
　　
　　五、高壓變頻器在主抽風(fēng)機上應(yīng)用的亮點
　　
　　考慮到除鱗泵電機受到的沖擊力大、負(fù)荷力矩頻繁波動的特點，根據(jù)電機和負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量參數(shù)、電機和負(fù)載的n-T曲線、加減速時間的要求，利德華福公司高壓變頻器有如下放大的選型：
　　
　　1、*例節(jié)能還款（EMC）項目在濟鋼實施
　　
　　2、zui大的國產(chǎn)變頻器在同類設(shè)備中*次使用
　　
　　3、實現(xiàn)同步電機勵磁電流的自動調(diào)節(jié)
　　
　　4、同步投切技術(shù)的成功應(yīng)用，實現(xiàn)變頻-工頻無擾切換。
　　
　　5、實現(xiàn)了兩臺變頻器互為備用
　　
　　6、采用更加人性化的系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制技術(shù)，采用觸摸屏和操控開關(guān)雙保險操作設(shè)計，增加了系統(tǒng)控制的可靠性。
　　
　　7、高壓變頻器的成功投用避免了風(fēng)機喘振嚴(yán)重影響生產(chǎn)的問題。
　　
　　如果按當(dāng)初設(shè)計為軟啟動方式，400燒結(jié)機將因1號風(fēng)機喘振問題沒有解決而無法生產(chǎn)，正是因為煉鐵廠技術(shù)人員的堅持采用高壓變頻器，才避免了這一嚴(yán)重后果的發(fā)生。
　　
　　六、結(jié)論
　　
　　主抽風(fēng)機是燒結(jié)機系統(tǒng)的關(guān)健設(shè)備之一，它的平穩(wěn)運行關(guān)系到燒結(jié)機的運行平穩(wěn)及潛能發(fā)揮。整套項目屬于大包交鑰匙工程（包括設(shè)備本體、土建、冷卻、控制等設(shè)計施工），通過濟鋼及利德華福工程師的密切配合，打破了以往大型燒結(jié)機主抽風(fēng)機一定要選用進口風(fēng)機的神話，只要對燒結(jié)機運行工況有正確認(rèn)識，國產(chǎn)風(fēng)機+高壓變頻調(diào)速技術(shù)是能夠滿足要求的。
　　
　　同時采用變頻改造，大大提高了系統(tǒng)的自動化程度，實現(xiàn)了電機的軟啟動，延長了電機壽命，達到了節(jié)約電能降低廠用電率的目的，并且減少了因調(diào)節(jié)擋板而造成擋板和管道的磨損以及因經(jīng)常停機檢修所造成的經(jīng)濟損失，使維護量大大降低。