石家莊鋼鐵廠除塵系統(tǒng)高壓變頻改造節(jié)能分析與技術(shù)方案.doc

第一部分：高爐出鐵除塵風(fēng)機(jī)高壓變頻改造節(jié)能分析一、設(shè)備參數(shù)1、電機(jī)參數(shù)：型號(hào)：Y5601-10 額定功率：710KW額定電壓：6KV 額定電流：87A功率因數(shù)： 效率：額定轉(zhuǎn)速：580r/min 實(shí)際運(yùn)行電流：82A擋板開度：100%2、風(fēng)機(jī)參數(shù)：根據(jù)用戶提供的的風(fēng)機(jī)型號(hào)和風(fēng)量，從新查產(chǎn)品樣本得知風(fēng)機(jī)的型號(hào)和數(shù)據(jù)如下：型號(hào)：Y4-73-1IINo29.5F 流 量：440874m3/h全壓：4000pa 軸功率：585KW效 率：82%3、運(yùn)行工況石家莊鋼鐵有限公司煉鋼廠有1#、2#、3#三臺(tái)煉鐵爐，每臺(tái)煉鐵爐設(shè)有一個(gè)出鐵口。煉鐵爐出鐵時(shí)，高溫的鐵水會(huì)同空氣發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量的煙氣。一方面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作的工人不利，另一方面也對(duì)環(huán)境造成了巨大的污染。為降低污染，改善現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，節(jié)能降耗，需要對(duì)煉鐵爐的除塵系統(tǒng)進(jìn)行變頻調(diào)速改造。該除塵系統(tǒng)配置Y4-7329.5F風(fēng)機(jī)一臺(tái)（配套電機(jī)功率710kW），除塵風(fēng)機(jī)共帶有三臺(tái)高爐：1#、2#、3#，每臺(tái)高爐出鐵周期80min，其中除塵時(shí)間30min。運(yùn)行時(shí)不除塵、一臺(tái)爐除塵、二臺(tái)爐除塵、三臺(tái)爐除塵的情況都有，而不除塵的時(shí)間極少。現(xiàn)運(yùn)行時(shí)擋板全開，運(yùn)行電流82A，不（出鐵）除塵時(shí)的電流6065A。因此，為了提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率，節(jié)能降耗，非常有必要對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。除塵風(fēng)機(jī)變頻改造之后，煉鐵爐除塵風(fēng)機(jī)需要四種風(fēng)量來適應(yīng)煉鐵爐出鐵工藝要求。二、除塵風(fēng)機(jī)工藝過程當(dāng)煉鐵爐煉鐵不出鐵時(shí)也不除塵，因此也不需要風(fēng)量。由于沒有1臺(tái)、2臺(tái)、3臺(tái)高爐出鐵時(shí)所需要的風(fēng)量數(shù)據(jù)，所以按照每臺(tái)高爐除塵時(shí)需要風(fēng)量為14萬m3/h考慮。當(dāng)1臺(tái)爐出鐵口出鐵時(shí)需要風(fēng)量14萬m3/h；兩臺(tái)爐出鐵口同時(shí)出鐵需要風(fēng)量28萬m3/h；當(dāng)3臺(tái)出鐵口出鐵時(shí)需要風(fēng)量42萬m3/h。按3臺(tái)爐同時(shí)生產(chǎn)，每臺(tái)爐每天3班，每班8小時(shí)，每臺(tái)爐每班出6爐鐵，每個(gè)班3臺(tái)爐總計(jì)出鐵18爐。每個(gè)出鐵周期80分鐘，其中有30分鐘為出塵時(shí)間。其中每班中有1個(gè)周期3臺(tái)爐同時(shí)出鐵，除塵風(fēng)量為42萬m3/h；6個(gè)周期2臺(tái)爐同時(shí)出鐵，一臺(tái)爐不出鐵，除塵風(fēng)量為28萬m3/h；只有3個(gè)周期1臺(tái)爐出鐵，其余兩臺(tái)不出鐵，除塵風(fēng)量為14萬m3/h。不出鐵的時(shí)間內(nèi)維持風(fēng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速5%左右，風(fēng)量大概為2.2萬m3/h。工藝流程示意圖a到b為不出鐵時(shí)間；b到d為1個(gè)出鐵口出鐵時(shí)間，其中b到c為風(fēng)機(jī)升速時(shí)間；風(fēng)機(jī)升速時(shí)可以根據(jù)需要跨越任一升速點(diǎn)；d到f為2個(gè)出鐵口出鐵時(shí)間，其中d到e為風(fēng)機(jī)升速時(shí)間；風(fēng)機(jī)升速時(shí)可以根據(jù)需要跨越任一升速點(diǎn)；f到h為3個(gè)出鐵口出鐵時(shí)間，其中f到g為風(fēng)機(jī)升速時(shí)間；風(fēng)機(jī)升速時(shí)可以根據(jù)需要跨越任一升速點(diǎn)；h點(diǎn)風(fēng)機(jī)開始減速。h到J為2個(gè)出鐵口出鐵時(shí)間，其中h到i為風(fēng)機(jī)降速時(shí)間；風(fēng)機(jī)降速時(shí)可以根據(jù)需要跨越任一降速點(diǎn)；j到l為2個(gè)出鐵口出鐵轉(zhuǎn)換為1個(gè)鐵口出鐵時(shí)間，其中j到k為風(fēng)機(jī)減速時(shí)間；l到b為1個(gè)鐵口出鐵轉(zhuǎn)換為出鐵口停止出鐵時(shí)間，其中l(wèi)到a為風(fēng)機(jī)減速時(shí)間；a到b為不出鐵時(shí)間。三、調(diào)速要求對(duì)除塵系統(tǒng)進(jìn)行高壓變頻改造之后，要求有自動(dòng)旁路、有遠(yuǎn)控箱、無閉環(huán)。變頻調(diào)速運(yùn)行后，不除塵時(shí)段、一臺(tái)爐除塵時(shí)段、二臺(tái)爐同時(shí)除塵時(shí)段、三臺(tái)爐同時(shí)除塵時(shí)段各運(yùn)行一個(gè)頻率。不除塵時(shí)維持最低轉(zhuǎn)速，三臺(tái)爐除塵時(shí)轉(zhuǎn)速最高。從每臺(tái)高爐處各取一個(gè)出鐵口位置狀態(tài)信號(hào)送入變頻器的PLC。為簡(jiǎn)化控制邏輯，現(xiàn)場(chǎng)直接根據(jù)出鐵口的開關(guān)狀態(tài)來控制變頻器的轉(zhuǎn)速。變頻器預(yù)設(shè)4個(gè)速度點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)出鐵口的開關(guān)狀態(tài)位置信號(hào)通過PLC的邏輯運(yùn)算，自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來滿足所需風(fēng)量要求。變頻器內(nèi)具有PLC和中文的人機(jī)界面，將給給現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作帶來很大便利，調(diào)試周期很短。各種參數(shù)設(shè)置十分方便，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)煙氣的多少，可以及時(shí)調(diào)整各速度段點(diǎn)的風(fēng)量，除塵改造后，現(xiàn)場(chǎng)條件將會(huì)大為改善。四、節(jié)能計(jì)算根據(jù)統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)在一天中各速度段的運(yùn)行時(shí)間數(shù)據(jù)如下表:風(fēng)機(jī)的功率P和轉(zhuǎn)速的三次方成正比，風(fēng)壓p和轉(zhuǎn)速的平方成正比，流量Q和轉(zhuǎn)速成正比。第二部分：煉鐵廠S3布袋除塵引風(fēng)機(jī)高壓變頻改造節(jié)能分析一、設(shè)備參數(shù)1、電機(jī)參數(shù)型號(hào)：YKK5602-8 額定電壓：6KV額定功率：710kW 額定電流：85.5A功率因數(shù)：0.82 效率: 97.4%(728.58)額定轉(zhuǎn)速：742r/min 實(shí)際運(yùn)行電流：53A60A擋板開度：75%2、風(fēng)機(jī)參數(shù)型 號(hào)：G4-73-11No25D 流 量：440000m3/h風(fēng) 壓：4200Pa 軸功率：596 kW效 率：84.5%3、除塵設(shè)備型號(hào)：LFMD-14390 處理風(fēng)量：420000m3/h過濾速度：11.3m/min 濃度：80mg/Nm3除塵效率：99% 設(shè)備阻力：9801570Pa二、工藝流程現(xiàn)場(chǎng)各塵點(diǎn)吸塵罩引風(fēng)支管總管布袋除塵器引風(fēng)機(jī)排風(fēng)管。三、調(diào)速要求對(duì)除塵系統(tǒng)進(jìn)行高壓變頻改造之后，要求有自動(dòng)旁路、有遠(yuǎn)控箱、無閉環(huán)。變頻調(diào)速運(yùn)行后，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要調(diào)整風(fēng)機(jī)的速度，滿足各個(gè)除塵點(diǎn)的除塵風(fēng)量要求。根據(jù)各個(gè)除塵點(diǎn)除塵風(fēng)量的要求，每個(gè)除塵點(diǎn)各運(yùn)行一個(gè)頻率。同時(shí)除塵時(shí)運(yùn)行轉(zhuǎn)速最高，不除塵時(shí)維持最低轉(zhuǎn)速。從每個(gè)除塵點(diǎn)取一個(gè)工況狀態(tài)位置信號(hào)送入變頻器的PLC。變頻器根據(jù)除塵點(diǎn)的開關(guān)狀態(tài)位置信號(hào)通過PLC的邏輯運(yùn)算，自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來滿足所需風(fēng)量要求。共設(shè)有5個(gè)除塵點(diǎn)?？傦L(fēng)量為Q=420000 m3/h。工藝過程的風(fēng)量如下圖所示。工藝流程示意圖變頻器內(nèi)具有PLC和中文的人機(jī)界面，將給給現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作帶來很大便利，調(diào)試周期很短。各種參數(shù)設(shè)置十分方便，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)煙氣的多少，可以及時(shí)調(diào)整各速度段點(diǎn)的風(fēng)量，除塵改造后，現(xiàn)場(chǎng)條件將會(huì)大為改善。風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的電流在53A-60A之間，風(fēng)機(jī)的額定軸功率為596KW，按照電流比試運(yùn)行時(shí)的電機(jī)輸入功率為：PSZ=IS/IePez=(5360/85.5)728.58=452kW511kW。取平均值482KW.根據(jù)統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)在一天中各速度段的運(yùn)行時(shí)間數(shù)據(jù)如下表：第三部分、技術(shù)方案一、JZHICON-1A系列高壓變頻調(diào)速裝置的特點(diǎn)：1、變頻調(diào)速裝置是通過改變電機(jī)電源的頻率，使電機(jī)在不同的頻率下運(yùn)行，從而使電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變。（1）調(diào)速范圍寬，可以從零轉(zhuǎn)速到工頻轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)進(jìn)行平滑調(diào)節(jié)。（2）能實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)間和啟動(dòng)的方式可以根椐現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行調(diào)整。（3）頻率的調(diào)整是根據(jù)電機(jī)在低頻下的壓頻比系數(shù)進(jìn)行電壓和頻率的輸出，在低轉(zhuǎn)速下，電機(jī)不僅是發(fā)熱量低，而且輸入電壓低，將使電機(jī)絕緣老化速度降低。二、技術(shù)特點(diǎn)串聯(lián)多重化疊加技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了真正意義的高-高電力變換，無需降壓升壓變換，降低了裝置的損耗，提高了可靠性，解決了高壓電力變換的困難。串聯(lián)多重化疊加技術(shù)的應(yīng)用還為實(shí)現(xiàn)純正弦波、消除電網(wǎng)諧波污染開辟了嶄新的途徑。三、性能指標(biāo)高（1）高功率因數(shù)，達(dá)0.95以上，無需另加功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，避免了因無功帶來的罰款。（2）效率高，高達(dá)96%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于可控硅大功率調(diào)速裝置。（3）符合IEEE519-1992標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格要求，不對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染，完全無需任何濾波裝置。（4）對(duì)電機(jī)不產(chǎn)生諧波污染，有效降低了電機(jī)的發(fā)熱量，噪聲與采用工頻供電時(shí)相近。（5）轉(zhuǎn)矩脈沖很低，不會(huì)導(dǎo)致電機(jī)等機(jī)械設(shè)備的共振，同時(shí)也減少了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的磨損。（6）輸出波形完美，失真度小于1% 。（7）電動(dòng)機(jī)的電應(yīng)力強(qiáng)度與采用工頻供電時(shí)相近，無需配備特殊電動(dòng)機(jī)。（8）與電機(jī)的連接不受電纜長(zhǎng)度的限制。四、科技含量高（1）采用大規(guī)模門陣列CPLD電路，實(shí)現(xiàn)了PWM控制的高度實(shí)時(shí)性、快速性和準(zhǔn)確性。（2）兩光纖實(shí)時(shí)傳送技術(shù)，獲得了國(guó)家發(fā)明專利，使得控制單元與功率單元之間的通訊更加迅速、可靠。（3）特別設(shè)計(jì)的H橋逆變電路，已獲得了國(guó)家專利，為系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性提供了保障。（4）完善的功率單元旁通技術(shù)，已獲得了國(guó)家專利，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。（5）控制部分采用高性能的DSP和FPGA芯片，使得控制系統(tǒng)的性能大大提高，實(shí)現(xiàn)恒定V/F和恒轉(zhuǎn)矩控制，提升特性可任意設(shè)定，滿足各種機(jī)械啟動(dòng)及運(yùn)行的要求。（6）優(yōu)秀的DSP軟件數(shù)學(xué)模型，使得系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性和效率大大提高。五、高壓變頻系統(tǒng)的設(shè)備組成整套高壓傳動(dòng)變頻系統(tǒng)由變壓器柜、功率柜、控制柜以及可以選配的旁路開關(guān)柜組成。1、壓器柜內(nèi)裝一臺(tái)輸入變壓器，干式，付邊多繞組。輸出電壓有18個(gè)付邊三相繞組。這些付邊三相繞組分為三組，分別供給功率柜中三個(gè)相的功率單元。變壓器配有測(cè)量裝置，在繞組溫度超過警戒線時(shí)能報(bào)出變壓器過熱警告信號(hào)和變壓器過熱故障信號(hào)，由主控器接收、處理。變壓器柜頂裝有通風(fēng)機(jī)以排走變壓器在工作時(shí)產(chǎn)生的熱量。2、功率柜內(nèi)裝有18個(gè)功率單元，分屬三個(gè)相，即每相6個(gè)功率單元串聯(lián)。功率單元為一單相橋式變頻器，由輸入變壓器的付邊繞組供電，整流、濾波后由4個(gè)IGBT以PWM方法進(jìn)行控制，輸出可變頻、變壓的交流電，串聯(lián)疊加后可輸出050HZ、06KV的三相交流電，以驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)。柜內(nèi)裝有輸出電壓和電流的檢測(cè)裝置，檢測(cè)到的信號(hào)送主控器處理。功率單元配有集中通風(fēng)風(fēng)機(jī)，冷卻IGBT等半導(dǎo)體器件。來自主控器的控制信號(hào)和送往主控器的應(yīng)答信號(hào)都經(jīng)過光纜傳送，既有高的電隔離能力，又有高的抗電磁干擾性能。3、控制柜內(nèi)裝有一臺(tái)主控器，它是雙DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）微機(jī)控制系統(tǒng)，可以與彩色液晶觸摸屏、功率單元實(shí)現(xiàn)通訊。將來自功率單元的應(yīng)答信息經(jīng)光/電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，予處理后送主控器集中處理。主控器根據(jù)控制命令、給定信號(hào)及運(yùn)行信息、應(yīng)答信息進(jìn)行運(yùn)行控制、狀態(tài)分析、故障診斷等運(yùn)算，檢測(cè)出故障后按故障性質(zhì)進(jìn)行故障處理，如封鎖系統(tǒng)、高壓跳閘等，并給出相應(yīng)故障信號(hào)，還提供故障音響信號(hào)。從I/O接口可輸出運(yùn)行狀態(tài)（開關(guān)量）及運(yùn)行參數(shù)（模擬量），用戶可根據(jù)需要選擇輸出量。CPU單元上備有PC機(jī)接口，通過在PC機(jī)運(yùn)行調(diào)試程序，可以以畫面形式進(jìn)行調(diào)試和診斷，并可同時(shí)顯示系統(tǒng)中五個(gè)變量的時(shí)間波形和數(shù)字量，是系統(tǒng)調(diào)試和診斷的良好工具。CPU單元上還備有通信接口（RS232），可以以通信方式從上位機(jī)取得控制命令和給定信號(hào)，控制變頻器的運(yùn)行，并返回運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)的有關(guān)信息，以供集中監(jiān)控。4、旁路開關(guān)柜裝有三只高壓斷路器、高壓帶電顯示器和按鈕等，變頻運(yùn)行方式時(shí), KM1斷開,KM2和KM3閉合；工頻運(yùn)行方式時(shí), KM1閉合, KM2及KM3斷開。變頻故障時(shí)可自動(dòng)旁路至工頻運(yùn)行。柜體尺寸：從左至右依次為：變壓器柜、功率柜、控制柜，深度為1200mm?？蛇x配的旁路柜寬度為900mm，高度及深度均和變頻裝置一致。方案1、改造前，采用高壓設(shè)備直接帶動(dòng)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)行，通過調(diào)節(jié)風(fēng)門的開度來改變流量及出口壓力。方案圖為2、改造后，采用變頻裝置對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而進(jìn)行調(diào)節(jié)流量及風(fēng)門出口壓力。同時(shí)帶有旁路系統(tǒng)，當(dāng)變頻器故障是可以打到旁路運(yùn)行。方案圖為改造后，原有電機(jī)不降額使用，原有高壓電纜可繼續(xù)使用。第四部分：應(yīng)用高壓變頻調(diào)速之后將會(huì)產(chǎn)生的其它效果提高輸入功率因數(shù)：功率因數(shù)提高之后，避免由于功率因數(shù)過低造成的電網(wǎng)電壓降過大，可以降低電網(wǎng)的無功損耗和無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量。改善工藝：除塵風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速之后，風(fēng)機(jī)可以非常平滑穩(wěn)定的調(diào)整風(fēng)量，運(yùn)行人員可以自如的調(diào)控，除塵風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)得到改善，提高運(yùn)行效率。延長(zhǎng)電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命：由于除塵風(fēng)機(jī)為離心式風(fēng)機(jī)，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，啟動(dòng)電流大（約68倍額定電流），對(duì)電機(jī)和風(fēng)機(jī)的機(jī)械沖擊力很大，嚴(yán)重影響其使用壽命。而采用變頻調(diào)速后，可以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)和軟制動(dòng)，對(duì)電機(jī)幾乎不產(chǎn)生沖擊，可大大延長(zhǎng)機(jī)械的使用壽命。減少風(fēng)門機(jī)械和風(fēng)機(jī)葉輪的磨損：安裝變頻調(diào)速后，風(fēng)機(jī)將會(huì)經(jīng)常工作在比原來定速時(shí)低很多的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，因此，將會(huì)大大減少風(fēng)機(jī)葉輪的磨損，減少風(fēng)機(jī)振動(dòng)。延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)的大修周期，節(jié)省檢修費(fèi)用和時(shí)間