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北京利德華福電氣技術(shù)有限公司 供稿
摘 要：本文通過對煉鐵廠礦焦配料系統(tǒng)生產(chǎn)工藝和配套礦槽除塵系統(tǒng)的環(huán)保生產(chǎn)分析，結(jié)合高壓變頻調(diào)速技術(shù)的應用特點，以實際應用案例闡述高壓變頻器在礦槽除塵系統(tǒng)中的環(huán)保、節(jié)能、高效的應用效果和顯著效益。
關鍵詞：礦槽除塵 高壓變頻 應用
一、系統(tǒng)介紹
為減少煉鐵廠礦焦配料系統(tǒng)(系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如下圖一所示)工作區(qū)的揚塵污染，實現(xiàn)環(huán)保運行，改善作業(yè)區(qū)人員工作環(huán)境。礦槽配料區(qū)為礦焦槽振動篩、配料皮帶、倉儲區(qū)等位置，配備一套多點吸附集中凈化的除塵系統(tǒng)。先后形成主管、分管、支管三級管路系統(tǒng)，通過管徑不均衡設計實現(xiàn)風量與揚塵點的需求匹配。在實際運行過程中，由于系統(tǒng)揚塵點多、控制分散、運行狀態(tài)不確定等因素，難于實現(xiàn)實時流量調(diào)節(jié)；且由于現(xiàn)有除塵風機采用入口擋板進行除塵總風量控制，而除塵風機隨風量減小時的功耗變化不大、節(jié)能效果甚微。在實際應用中造成風機運行效率低、大量電能資源浪費、設備利用率低、除塵效果差，局部除塵點污染嚴重等現(xiàn)象。
圖一、礦焦配料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖
因此，在礦槽除塵系統(tǒng)中針對礦槽分布的除塵點進行精細化實時工況管理，通過自動化監(jiān)控提高各除塵點的工作效率、系統(tǒng)利用率，結(jié)合利用高壓變頻調(diào)速技術(shù)實現(xiàn)除塵風機高效節(jié)能運行，則有助于提高礦槽除塵系統(tǒng)的節(jié)電效果。
二、系統(tǒng)控制方案
該系統(tǒng)采用分散控制、集中管理的控制方式，分三級結(jié)構(gòu)實現(xiàn)工藝需求與系統(tǒng)節(jié)能的雙向協(xié)調(diào)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下所示。分散揚塵點就地實現(xiàn)振動篩、下料斗等工位的支路吸附點自動開閉，有效降低系統(tǒng)非除塵通風量的需求；中置控制器實現(xiàn)對揚塵點工況的集中監(jiān)測，根據(jù)各工位運行情況計算礦槽除塵系統(tǒng)的實時風量需求。從而，給定變頻運行頻率控制值，遠傳4~20mA頻率調(diào)節(jié)指令至除塵風機變頻器實現(xiàn)除塵風量的連續(xù)變工況調(diào)節(jié)。除塵系統(tǒng)隨礦焦配料系統(tǒng)的運行工況結(jié)合各配料點除塵需求，實時改變風量和除塵點負壓，確保每個除塵點既達到理想除塵效果，又能有效降低除塵風機功耗，達到環(huán)保、節(jié)能、高效的目的。
由于礦槽各揚塵點多達43個以上，其中分為間歇性揚塵點、持續(xù)性揚塵點兩大類。而間歇性揚塵點中又主要以振動篩下料部分為重，占總除塵風量需求的36%。因此，僅對礦焦配料系統(tǒng)的A、B兩條配料輸送線的配料振動篩關聯(lián)下料位置的揚塵吸附口進行風門開閉控制，即可實現(xiàn)有效控制和節(jié)能法調(diào)節(jié)。而不是對所有礦槽除塵系統(tǒng)的所有只管路風口進行開閉調(diào)節(jié)。其主要原因是：
1. 該系統(tǒng)對占總除塵風量的40%以上的主要間歇性除塵點進行風量控制；即可降低風量達到理想的節(jié)能效果，又可以改善管路特性、提高既有支路風道的除塵效果。
2. 系統(tǒng)對振動篩部分的主要間歇性運行工況點實施風量開閉控制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)、自動化程度高、故障率低、安全可靠高。
3. 對末端持續(xù)性或非確定性吸塵口，不采取風口開閉控制。
4. 根據(jù)流體力學風機功率與風量之間的相似定理P∝Q3立方成正比的關系，如下圖所示：風量低于50%水平后，風量下降所帶來的功率下降將越來越小。在50%以上區(qū)間調(diào)節(jié)20%風量帶來的功率下降收益△P=0.296Pu，50%以下區(qū)間調(diào)節(jié)20%風量所帶的節(jié)能收益△P’ =0.056Pu。顯然，在低風量條件進行開閉控制時，其設備投入與節(jié)電收益的投入產(chǎn)出的經(jīng)濟性指標下降，不適宜50%以下的更低風量的控制調(diào)節(jié)。
綜上所述，僅對該系統(tǒng)A、B兩條配料輸送線的配料振動篩關聯(lián)下料位置的揚塵吸附口進行風閥控制，配合除塵風機變頻應用即可實現(xiàn)顯著的環(huán)保、節(jié)能效果。
中置控制器根據(jù)不同位置風閥開啟時，對末端除塵吸附點負壓的影響程度，變量調(diào)節(jié)除塵風機轉(zhuǎn)速。避免靠近煙道母管的風閥開啟時，礦槽遠端除塵效果下降；而關閉遠端風閥時,除塵風機卻節(jié)能效果不佳等情況發(fā)生。
變頻器接受中置控制器來的4~20mA轉(zhuǎn)速控制信號，自動調(diào)節(jié)礦槽除塵風機轉(zhuǎn)速。同時，系統(tǒng)可通過通訊方式將變頻器的運行狀態(tài)遠傳至控制室的上位機實現(xiàn)遠程啟停、狀態(tài)監(jiān)視等功能。從而，大大提高系統(tǒng)的自動化控制水平，減少運行人員的操作維護量。全程自動控制和故障自診斷處理能力，保證系統(tǒng)在局部故障情況下能夠切除故障點，保持良好的除塵效果和最佳節(jié)能收益。在系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重故障時，可恢復至原工頻運行而不影響安全生產(chǎn)。
三、系統(tǒng)主要技術(shù)指標
1、除塵系統(tǒng)主要設備參數(shù)
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除塵能力 |
76×104m3/h |
離心通風機型號 |
Y4-2X73 23.3F |
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工作壓力 |
6000Pa |
主軸轉(zhuǎn)速 |
980r/min |
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介質(zhì)密度 |
1.07kg/m3 |
介質(zhì)溫度 |
20℃ |
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電動機型號 |
YKK710-6W |
額定功率 |
1800kW |
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工作電壓 |
10kV |
額定電流 |
129.8A |
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功率因數(shù) |
0.84 |
額定轉(zhuǎn)速 |
992r/min |
2、除塵系統(tǒng)主要工藝參數(shù)
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系統(tǒng)處理能力 |
76萬立方/小時 |
揚塵點數(shù)量 |
43點 |
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風機風門開度 |
65% |
振動篩數(shù)量 |
16點 |
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振動篩工作時長 |
30~90s |
振動篩停機時長 |
120~300s |
3、變頻調(diào)速系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)
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變頻器型號 |
HARSVERT-VA10/130 |
額定容量 |
2250kVA |
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工作電壓 |
10kV |
額定電流 |
130A |
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電壓波動范圍 |
-65%~+115%Un |
過載能力 |
120%,1min ；150%,3s |
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輸入頻率 |
50Hz |
頻率輸出范圍 |
0.5~60Hz |
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功率因數(shù) |
0.95 |
系統(tǒng)效率 |
96% |
4、除塵風機節(jié)能控制系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)
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系統(tǒng)控制處理器 |
PLC (S7-200) |
通訊協(xié)議 |
Modbus |
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人機界面 |
HMI(TD 400) |
工作電源 |
24V DC |
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開關量輸入 |
DI 24點 |
開關量輸出 |
DO 8點 |
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模擬量輸入 |
AI 6點 |
模擬量輸出 |
AO 3點 |
四、應用效果
德勝鋼鐵煉鐵廠1250m3高爐礦焦配料系統(tǒng)，在礦槽除塵系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速技術(shù)，同時配套應用礦槽除塵點吸附口閥門開閉控制和風機轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)節(jié)。實際運行情況證明：系統(tǒng)除塵點吸附口的負壓值由改造前-267Pa提高到了-312Pa，除塵效果提高11.3%，除塵控制效果得到改善明顯。除塵風機電耗水平由改造前1105.5kW下降至564.1kW，節(jié)電率48%、年可節(jié)約電量433萬度，相當于每年節(jié)省1428.9噸標準煤、減少二氧化碳排放3399噸。經(jīng)濟效益和社會效益顯著，充分體現(xiàn)了環(huán)保、節(jié)能、高效的企業(yè)經(jīng)營理念，值得在鋼鐵冶金行業(yè)大力推廣應用。
參考文獻：倚鵬.高壓大功率變頻器技術(shù)原理與應用.北京:人民郵電出版社，2008.
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