包鋼集團(tuán)球團(tuán)廠鼓干風(fēng)機(jī)高壓變頻改造
發(fā)布時間：2017-06-02 作者：新風(fēng)光
1引言
包鋼集團(tuán)固陽礦山公司是包頭鋼鐵集團(tuán)的一個全資子公司。一期球團(tuán)生產(chǎn)線建設(shè)1條240萬t/a鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)線及配套設(shè)施。貧礦經(jīng)過選礦后的精礦粉和富礦加工過程中產(chǎn)生的富礦粉不能直接進(jìn)入高爐冶煉，必須重新造成塊。常用的造塊方法有燒結(jié)和球團(tuán)。在粉狀鐵物料中配入相當(dāng)數(shù)量的容積和燃料，在燒結(jié)機(jī)上點火燃燒，借助燃料燃燒的高溫作用產(chǎn)生一定數(shù)量的液相，把其他未熔化的燒結(jié)料顆粒粘接起來，冷卻后成為多空質(zhì)塊礦。球團(tuán)生產(chǎn)是使用不宜燒結(jié)的精礦粉和其他含鐵粉料造塊的一種方法。
固陽礦山公司球團(tuán)的焙燒設(shè)備采用鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯方式。其工藝流程如圖1所示。
圖1 鏈回環(huán)系統(tǒng)
球團(tuán)在連回環(huán)系統(tǒng)上走的過程：鼓干風(fēng)機(jī)-南北回?zé)犸L(fēng)機(jī)-預(yù)熱1段-預(yù)熱2段-回轉(zhuǎn)窯-1號環(huán)冷-2號環(huán)冷-3號環(huán)冷-4號環(huán)冷。
生球干燥與預(yù)熱在鏈箅機(jī)上完成。干燥預(yù)熱分為鼓風(fēng)干燥段、抽風(fēng)干燥段、預(yù)熱I段和預(yù)熱II段。
生球干燥與預(yù)熱在鏈箅機(jī)上完成。干燥預(yù)熱分為鼓風(fēng)干燥段、抽風(fēng)干燥段、預(yù)熱I段和預(yù)熱II段。其中鼓風(fēng)干燥段主要是：生球在鼓風(fēng)干燥段內(nèi)用200～250℃的干燥氣流進(jìn)行干燥，除去生球的物理水。鼓風(fēng)干燥段用熱氣流來自環(huán)冷機(jī)第三冷卻段熱廢氣。環(huán)冷機(jī)三冷段熱廢氣溫度在300～350℃之間，因此在管道上設(shè)有兌冷風(fēng)閥，兌入部分冷風(fēng)，以使鼓風(fēng)干燥段風(fēng)溫控制在200～250℃。鼓風(fēng)干燥段長9.0m，設(shè)3個3m風(fēng)箱。鼓風(fēng)干燥段干燥時間為3min。
2 鼓干風(fēng)機(jī)變頻改造的必要性
球團(tuán)生產(chǎn)中首選經(jīng)過鼓干風(fēng)機(jī)抽取干燥氣流進(jìn)行干燥，除去生球的物理水。由于受球團(tuán)生產(chǎn)中諸多因素的影響，在生產(chǎn)過程中常常需要根據(jù)鏈篦機(jī)的實際情況不斷調(diào)整鼓干風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓等風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)，使之滿足球團(tuán)生產(chǎn)需要。
球團(tuán)鼓干風(fēng)機(jī)采用液力耦合器調(diào)速，液偶調(diào)速有以下特點：
2.1液力耦合器調(diào)速
液力耦合器是通過控制工作腔內(nèi)工作油液的動量矩變化，來傳遞電動機(jī)能量并改變輸出轉(zhuǎn)速的，液力耦合器可以實現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)速無級調(diào)節(jié)，在變頻器未應(yīng)用以前，液力耦合器不失為一種較為理想的交流電機(jī)調(diào)速方式。液力耦合器技術(shù)存在著局限性，主要表現(xiàn)在：
（1）風(fēng)機(jī)的效率低，損耗大，尤其低速運(yùn)行時，效率極低。
（2）調(diào)節(jié)精度低、線性度差，響應(yīng)慢。
（3）啟動電流仍比較大，影響電網(wǎng)穩(wěn)定。
（4）液力耦合器故障時，無法切換至工頻旁路運(yùn)行，必須停機(jī)檢修。
（5）漏油嚴(yán)重，維護(hù)工作量大，影響生產(chǎn)。
鏈篦機(jī)運(yùn)行工況需風(fēng)量隨時變化，因此該鼓風(fēng)機(jī)需要多種速度來適應(yīng)。由于液力耦合器不能適應(yīng)頻繁的調(diào)速，鼓風(fēng)機(jī)基本為恒速運(yùn)行，僅通過現(xiàn)場閥門開度來達(dá)到干燥效果，大量電量浪費(fèi)在擋板上，風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低下。因此出球團(tuán)鼓干風(fēng)機(jī)改造勢在必行。
2.2變頻調(diào)速
在交流調(diào)速中，交流電機(jī)的調(diào)速公式N=60f1(1-s)/p，而電機(jī)功率P′=P(N′/N) 3，當(dāng)電機(jī)頻率下降時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速成比例減小，流量按（2）式比例減小，功率按（1）式大大降低，從而達(dá)到節(jié)能的目的。
其減少的功耗 △P=P0〔1-(N1/N0)3〕 （1）式
減少的流量 △Q=Q0〔1-(N1/N0)〕 （2）式
其中N1為改變后的轉(zhuǎn)速，N0為電機(jī)原來的轉(zhuǎn)速，P0為原電機(jī)轉(zhuǎn)速下的電機(jī)消耗功率，Q0為原電機(jī)轉(zhuǎn)速下所產(chǎn)生的流量。
由上式可以看出流量的減少與轉(zhuǎn)速降低的一次方成正比，功耗的減小與轉(zhuǎn)速降低的三次方成正比，因此改變頻率，節(jié)能效果顯著。
在節(jié)能改造實際應(yīng)用過程中，變頻調(diào)速是較有優(yōu)勢的調(diào)速方式，變頻器調(diào)速的優(yōu)點是調(diào)速效率高，調(diào)速精度高，調(diào)速范圍寬，可實現(xiàn)無級調(diào)速，操作簡便，且易于實現(xiàn)生產(chǎn)工藝控制自動化。所以現(xiàn)階段許多的高壓變頻改造都是在原設(shè)備有液力耦合器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。
3高壓變頻器技術(shù)要求及改造方案
包鋼集團(tuán)固陽礦山公司球團(tuán)廠領(lǐng)導(dǎo)選用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的“風(fēng)光牌”高壓變頻器對球團(tuán)鼓干風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，選用JD-BP38-1000F（適配1000kW/10kV電機(jī)）型高壓變頻器，配置手動旁路柜，一拖一控制。
3.1鼓干風(fēng)機(jī)變頻控制方案
球團(tuán)在生產(chǎn)過程中常常需要根據(jù)鏈篦機(jī)的實際情況不斷調(diào)整鼓干風(fēng)機(jī)的風(fēng)量等風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)，使之滿足球團(tuán)生產(chǎn)。通過變頻調(diào)速器對鏈篦機(jī)處于產(chǎn)量小時電機(jī)自動降速運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)。
通過目前已有的DCS系統(tǒng)調(diào)節(jié)變頻器頻率來調(diào)節(jié)鼓干風(fēng)機(jī)風(fēng)量。利用DCS對變頻器進(jìn)行啟動、停機(jī)、調(diào)速等控制，并可在DCS上顯示變頻器的運(yùn)行數(shù)據(jù)和當(dāng)前狀態(tài)，實時監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行。操作方面，有遠(yuǎn)程控制和本地控制兩種控制的方式，這兩種控制方式可提高系統(tǒng)的安全性能。變頻器包括一臺內(nèi)置的PLC，用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號(如RS485)的協(xié)調(diào)，并且可以根據(jù)用戶的需要擴(kuò)展控制開關(guān)量，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。利用高壓變頻器根據(jù)實際需要對鼓干風(fēng)機(jī)進(jìn)行變速運(yùn)行，既保證和改善了工藝，又達(dá)到節(jié)能降耗的目的和效果。
為了保證鏈篦機(jī)生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性，變頻器裝置具有工頻旁路裝置，當(dāng)變頻器發(fā)生故障停止運(yùn)行時，電機(jī)切換到工頻下運(yùn)行，這樣可以保證生產(chǎn)干燥要求，提高了整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。
3.2鼓干風(fēng)機(jī)主回路旁路功能
為了最大限度地提高設(shè)備的利用率，使變頻發(fā)生故障時也能保證風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，從而保證生產(chǎn)。保留原有工頻啟動系統(tǒng)，保留電機(jī)綜合保護(hù)裝置（工頻時投入）。采用一拖一手動工/變頻切換方案。在變頻器發(fā)生故障時，能手動切換到原來的工頻啟動方式，保證生產(chǎn)繼續(xù)運(yùn)行。系統(tǒng)手動旁路柜一次回路如圖2所示。
變頻器高壓進(jìn)線端直接接于10kV電壓等級的主動力電源，輸出側(cè)直接連接電機(jī)。DL用戶現(xiàn)場高壓斷路器，為了實現(xiàn)對變頻器故障保護(hù)，變頻器與DL的合、分閘回路實現(xiàn)連鎖，只有變頻器控制系統(tǒng)正常才允許DL合閘，而變頻器重故障則跳開DL。
圖2 手動旁路柜
3.3 原液力耦合器的改造處理 由于設(shè)備原先使用液力耦合器，現(xiàn)改用高壓變頻控制，考慮到風(fēng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，一般采用以下方法進(jìn)行改造：
第一種方式是將液力耦合器保留調(diào)速開度值調(diào)整為100%輸出，由變頻調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。這種方法沒有根除液力耦合器的弊端，對液力耦合器的維護(hù)同樣存在；同時由于液力耦合器本身的效率問題，造成節(jié)能率下降。
第二種方式是拆除液力耦合器，將電機(jī)向前移位、采用直接聯(lián)接方式，需重新制作電機(jī)基礎(chǔ)，工程改造時間長，由于客戶停電檢修時間很短，所以此方案不可行。
第三種方式是拆除液力耦合器，將電機(jī)原地不動，采用特制撓性聯(lián)軸器聯(lián)接，本次改造中采用這種方式，聯(lián)軸器安裝十分便利，對生產(chǎn)不會產(chǎn)生較大影響。2013年11月高壓變頻器投入使用。經(jīng)過近幾個月的運(yùn)行，聯(lián)軸器安全可靠。
4節(jié)能計算
（1）改造現(xiàn)場設(shè)備介紹改造現(xiàn)場設(shè)備銘牌如表1所示。
（2）節(jié)能效果計算 固陽礦球團(tuán)廠鼓干風(fēng)機(jī)變頻改造后，取得了顯著的節(jié)能效果，改造前風(fēng)機(jī)采用液耦啟動，風(fēng)門調(diào)節(jié)，風(fēng)門的開啟經(jīng)常在70%左右；改造后，液耦去掉，采用聯(lián)軸器風(fēng)機(jī)與電機(jī)直接相聯(lián)接，風(fēng)門全開，電機(jī)變速運(yùn)行。因現(xiàn)場工況變化不是很大，變頻調(diào)速系統(tǒng)一般運(yùn)行在41Hz左右，與調(diào)節(jié)檔板時的消耗功率大大減少，節(jié)電效果與經(jīng)濟(jì)效益顯著，變頻改造前后，鼓干風(fēng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)如表2所示。
改造后，鼓干風(fēng)機(jī)的節(jié)能率為：（809.3-513.2）/809.3=36.6%，該引風(fēng)機(jī)年運(yùn)行時間按300天，每天運(yùn)行24小時。每度電按0.5元計算，年節(jié)省電費(fèi)：
（809.3-513.2）kW×24h×300d×0.5元/ kW? h =1065960元。
5結(jié)束語 風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻器在包鋼集團(tuán)固陽礦山公司球團(tuán)廠鼓干風(fēng)機(jī)的調(diào)速改造中應(yīng)用是成功的。高壓變頻器的先進(jìn)性、可靠性已得到許多工業(yè)應(yīng)用的證實。在各行各業(yè)，對于許多高壓大功率的風(fēng)機(jī)水泵設(shè)備推廣和采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，不僅可以取得相當(dāng)顯著的節(jié)能效果，而且也得到國家產(chǎn)業(yè)政策的支持。
