羅偉俊，鄧  廣，葉曉顏，韓必豪

主抽風(fēng)機(jī)是燒結(jié)生產(chǎn)的主要設(shè)備之一，其風(fēng)壓、風(fēng)量的變化，對(duì)燒結(jié)生產(chǎn)的影響很大，而其電耗一般又占整個(gè)生產(chǎn)線的1/3左右。因此，合理的控制主風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)提高燒結(jié)生產(chǎn)效率以及大量降低電耗，有十分重要的意義。
1  燒結(jié)主風(fēng)機(jī)改變頻調(diào)速的重要性
我國(guó)鋼鐵企業(yè)的燒結(jié)廠都廣泛存在著生產(chǎn)原料及工況變化的情況，而為適應(yīng)生產(chǎn)，目前只有改變主抽風(fēng)機(jī)的風(fēng)門開度來(lái)滿足燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程的需要，這在過(guò)去幾乎成了一種統(tǒng)一的模式。然而，這種方法存在著很多弊病：① 根本無(wú)法隨時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤工藝進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)以滿足最佳工況要求；② 據(jù)我們考察有些燒結(jié)廠的主抽風(fēng)機(jī)，一般風(fēng)門開度都在40%～60%之間，電能的損失和浪費(fèi)可想而知；③ 這些大風(fēng)機(jī)起動(dòng)困難，起動(dòng)過(guò)程故障率高，對(duì)電網(wǎng)影響大。為克服這些弊端，我們首先想到利用變頻調(diào)速技術(shù)。
根據(jù)我們廠的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)風(fēng)量的要求有一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)越先進(jìn)對(duì)平衡的要求就越高。因此，我們盟發(fā)了對(duì)主抽風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速改造的設(shè)想，利用現(xiàn)代化跟蹤手段，實(shí)現(xiàn)配料大小循環(huán)，三機(jī)聯(lián)調(diào)，把點(diǎn)火溫度及主燒結(jié)負(fù)壓一同送入大閉環(huán)控制。這些設(shè)想的實(shí)現(xiàn)，最重要而且最困難的就是主抽風(fēng)機(jī)的調(diào)速問(wèn)題，隨著高新技術(shù)的迅猛發(fā)展，用中壓變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)上述連續(xù)、精確地調(diào)節(jié)，條件已經(jīng)成熟了。
實(shí)現(xiàn)主風(fēng)機(jī)變頻控制，就能合理、隨時(shí)、動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)風(fēng)的負(fù)壓和流量，使風(fēng)量和風(fēng)壓相對(duì)恒定，為均質(zhì)燒結(jié)生產(chǎn)提供了有利的條件。反之，沒有良好的調(diào)節(jié)方法，靠人工進(jìn)行調(diào)節(jié)，根本無(wú)法合理應(yīng)用，這樣就有可能出現(xiàn)大量生料，成品率和工序能耗等指標(biāo)都難以達(dá)到良好指標(biāo)。主風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速后，原來(lái)打不開的風(fēng)門打開了，原來(lái)風(fēng)門控制的風(fēng)量變成由轉(zhuǎn)速來(lái)控制，從輸出功率P與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系P=kW3（K-風(fēng)機(jī)常數(shù)；W-電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角頻率）可知，隨時(shí)著風(fēng)門的打開，風(fēng)量減少變成了轉(zhuǎn)速的下降，所以，P成轉(zhuǎn)速立方倍下降，克服了以前調(diào)節(jié)風(fēng)門功率損耗大的問(wèn)題。另外電機(jī)起動(dòng)由原來(lái)全壓或降壓?jiǎn)?dòng)，變成變頻啟動(dòng)后，起動(dòng)性能大大改善，所以，大電機(jī)啟動(dòng)困難、沖擊大、易損傷等問(wèn)題便迎刃而解了，效益體現(xiàn)在多方面。
2  燒結(jié)大風(fēng)機(jī)上變頻調(diào)速的可行性
目前，許多小功率的風(fēng)機(jī)改變頻調(diào)速，效益已得到證實(shí)，但在國(guó)內(nèi)，尚無(wú)燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)上變頻調(diào)速的先例，燒結(jié)風(fēng)機(jī)能否上變頻調(diào)速呢？現(xiàn)在，大型異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速也已屢見不鮮，而大型同步機(jī)上變頻調(diào)速在國(guó)內(nèi)還無(wú)先例，同步電機(jī)上變頻調(diào)速究竟如何？同軸主油泵在實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)調(diào)速后，如何補(bǔ)充油量？等等這些問(wèn)題，都是上變頻前要解決的問(wèn)題。
(1)  為了證實(shí)燒結(jié)風(fēng)機(jī)上變頻的可行性，我們?cè)跓Y(jié)杯試驗(yàn)中進(jìn)行了變頻調(diào)速試驗(yàn)，得到了令人滿意的數(shù)據(jù)。     

表1

從表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，情況與主抽風(fēng)機(jī)非常類似，未裝變頻前，風(fēng)門開度從0～70°以上，風(fēng)量基本不變，風(fēng)壓從32～200變化，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程，電流保持3.4A不變；裝變頻器后，風(fēng)門全開，600mm料層時(shí)，測(cè)得風(fēng)量98～200時(shí)，風(fēng)壓32～194，電流0.6～2.6A，電機(jī)轉(zhuǎn)速1106～2900轉(zhuǎn)/分，節(jié)電效果十分明顯。2001年1月6日，在ROCKWELL自動(dòng)化和廣西南寧怡得發(fā)展公司柳州分公司（柳州市怡得安豪科技發(fā)展有限公司）的協(xié)助下，我們正式將A-B中壓變頻器用在2000kW同步電機(jī)上，進(jìn)一步驗(yàn)證了燒結(jié)主風(fēng)機(jī)上變頻的實(shí)際效果，在正常生產(chǎn)情況下，風(fēng)壓下降了近4kPa，功率節(jié)約了近600kW，對(duì)生產(chǎn)工藝和節(jié)電產(chǎn)生了重要作用。
試驗(yàn)和實(shí)踐均能充分證明，燒結(jié)主風(fēng)機(jī)上變頻調(diào)速是完全可行，而且是非常成功的。
(2)  大型同步電動(dòng)機(jī)上變頻是否可行？通過(guò)我們的實(shí)踐，也得到了充分的肯定。同步機(jī)上變頻后，摒棄了原來(lái)的異步起動(dòng)的方法，由A-B中壓變頻系統(tǒng)配套，采用同步啟動(dòng)方法，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)直至達(dá)到最佳調(diào)速要求，整個(gè)過(guò)程十分平穩(wěn)，甚至在電網(wǎng)上毫無(wú)沖擊的感覺。AB中壓變頻器可做到同步機(jī)定轉(zhuǎn)子電流及功率因數(shù)等各參數(shù)最佳匹配，從而使運(yùn)行效果達(dá)到最佳水平。
(3)  由于我們主抽風(fēng)機(jī)系統(tǒng)潤(rùn)滑在起動(dòng)前由副油泵負(fù)責(zé)，起動(dòng)完畢后，是由同步機(jī)同軸的主油泵供油的這樣，在風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速后，主油泵可能運(yùn)行在低速狀態(tài)。所以，供油系統(tǒng)就必須考慮油量的補(bǔ)充問(wèn)題，怡得公司在完成這個(gè)工作時(shí)，采用了付油泵變頻PID調(diào)節(jié)方式，用較少的投資，保證了主風(fēng)機(jī)低速時(shí)，潤(rùn)滑系統(tǒng)的正常供油。這也為主風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的實(shí)施起到了重要的保證作用。
(4)  風(fēng)機(jī)電機(jī)冷卻：由于同步電機(jī)的冷卻是自循環(huán)風(fēng)冷，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，冷卻效果也會(huì)下降，但由于風(fēng)機(jī)的特性所至，低速時(shí)電機(jī)負(fù)載成立方倍下降，所以發(fā)熱量也大大減少，實(shí)踐證明，電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，溫升不但不上升，反而下降了。
3  方案選擇
大功率、高電壓的變頻器在國(guó)內(nèi)使用尚不普遍，因此，要進(jìn)行這樣大的投資，必須要認(rèn)真的選擇合理的方案。高壓變頻器，目前從主電路的結(jié)構(gòu)型式可分為交-直-交和交-交兩種，交-交型變頻器由于控制方式?jīng)Q定了其輸出頻率只能達(dá)到1/3-1/2原頻率，故不能滿足我們的要求，而交-直-交型變頻器不受電源頻率的限制，頻率調(diào)節(jié)范圍寬，且元件少，利用率等能滿足我們的需要。交-直-交變頻器由于直流部分不同，又可分為電壓型和電流型，電壓型變頻器的輸出電壓為方波，當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)短路時(shí)或在變頻器運(yùn)行時(shí)投入負(fù)載，都易出現(xiàn)過(guò)電流，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，有較大的諧波分量；電流型變頻器由于電流控制性好，可限制逆變裝置換流失敗或負(fù)載短路所起的過(guò)電流，其運(yùn)行可靠性高，當(dāng)負(fù)載為電動(dòng)機(jī)時(shí)，電壓近似正弦波，還能實(shí)現(xiàn)發(fā)電和制動(dòng)，把機(jī)械能變?yōu)殡娔芑仞侂娋W(wǎng)，線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。通過(guò)分析比較，我們選擇了美國(guó)A-B公司生產(chǎn)的1557型電流型中壓變頻器，它能保證電網(wǎng)電壓在5.9～6.8kV范圍變化時(shí)正常工作，電流諧波畸變率≤3%、Cosψ≥0.98、η≥97%，變頻器能與包括qut140CPU53414大型PLC接口實(shí)現(xiàn)燒結(jié)工藝閉環(huán)控制。
4  實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn)
①  A-B公司的電流型1557中壓變頻器，運(yùn)用于燒結(jié)主風(fēng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)速范圍大，運(yùn)行平衡，具有良好的控制精度。
②  同步起動(dòng)電流小、沒有任何電氣與機(jī)械的沖擊。
③  勵(lì)磁電流自動(dòng)跟蹤負(fù)載與轉(zhuǎn)速變化，系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)優(yōu)化。
④  通訊能力強(qiáng)，易于上網(wǎng)控制。
⑤  系統(tǒng)調(diào)試方便，運(yùn)行可靠，電機(jī)噪音低，發(fā)熱量降低30%以上。
⑥  節(jié)電效果十分明顯。
5  運(yùn)行效果分析
(1)  從主風(fēng)機(jī)變頻器投入后的情況看，用變頻與接工頻運(yùn)行情況大不一樣。上變頻之前，電機(jī)轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分，風(fēng)門不能開完，否則電機(jī)將過(guò)載。一般正常生產(chǎn)時(shí)，風(fēng)門開度在80%～90%之間，因此相當(dāng)部分電能消耗在風(fēng)門上，2000kW電機(jī)經(jīng)常運(yùn)行在滿載狀態(tài)，同時(shí)由于我們的網(wǎng)路電壓偏高（一般在6.3～6.7kV），所以，電機(jī)工作磁通接近飽和區(qū)，激磁損失增加，工作電流上升。按運(yùn)行記錄計(jì)算，電機(jī)原來(lái)消耗功率1865.8kW，變頻器投入后，電機(jī)只需運(yùn)行在42Hz就能滿足生產(chǎn)要求，變頻輸出電壓為4350V，電流174A，轉(zhuǎn)速1260轉(zhuǎn)/分，功率消耗1179.9。生產(chǎn)典型參數(shù)見表2：

表2

電機(jī)在正常運(yùn)行情況下，年節(jié)電：685.9kW×24h×360天×0.904=5357263kWh（0.904為其它因素系數(shù)），電費(fèi)按0.46元/度，可節(jié)支246萬(wàn)元/年。