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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(duì)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(yīng)用特點(diǎn)，以實(shí)際應(yīng)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(yīng)用效果和顯著效益。
關(guān)鍵詞：礦槽除塵 高壓變頻 應(yīng)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(yáng)塵污染，實(shí)現(xiàn)環(huán)保運(yùn)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(dòng)篩、配料皮帶、倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)等位置，配備一套多點(diǎn)吸附集中凈化的除塵系統(tǒng)。先后形成主管、分管、支管三級(jí)管路系統(tǒng)，通過管徑不均衡設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)風(fēng)量與揚(yáng)塵點(diǎn)的需求匹配。在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于系統(tǒng)揚(yáng)塵點(diǎn)多、控制分散、運(yùn)行狀態(tài)不確定等因素，難于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)流量調(diào)節(jié)；且由于現(xiàn)有除塵風(fēng)機(jī)采用入口擋板進(jìn)行除塵總風(fēng)量控制，而除塵風(fēng)機(jī)隨風(fēng)量減小時(shí)的功耗變化不大、節(jié)能效果甚微。在實(shí)際應(yīng)用中造成風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低、大量電能資源浪費(fèi)、設(shè)備利用率低、除塵效果差，局部除塵點(diǎn)污染嚴(yán)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(duì)礦槽分布的除塵點(diǎn)進(jìn)行精細(xì)化實(shí)時(shí)工況管理，通過自動(dòng)化監(jiān)控提高各除塵點(diǎn)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(shí)現(xiàn)除塵風(fēng)機(jī)高效節(jié)能運(yùn)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(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)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(yáng)塵點(diǎn)就地實(shí)現(xiàn)振動(dòng)篩、下料斗等工位的支路吸附點(diǎn)自動(dòng)開閉，有效降低系統(tǒng)非除塵通風(fēng)量的需求；中置控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)揚(yáng)塵點(diǎn)工況的集中監(jiān)測(cè)，根據(jù)各工位運(yùn)行情況計(jì)算礦槽除塵系統(tǒng)的實(shí)時(shí)風(fēng)量需求。從而，給定變頻運(yùn)行頻率控制值，遠(yuǎn)傳4~20mA頻率調(diào)節(jié)指令至除塵風(fēng)機(jī)變頻器實(shí)現(xiàn)除塵風(fēng)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(yùn)行工況結(jié)合各配料點(diǎn)除塵需求，實(shí)時(shí)改變風(fēng)量和除塵點(diǎn)負(fù)壓，確保每個(gè)除塵點(diǎn)既達(dá)到理想除塵效果，又能有效降低除塵風(fēng)機(jī)功耗，達(dá)到環(huán)保、節(jié)能、高效的目的。
由于礦槽各揚(yáng)塵點(diǎn)多達(dá)43個(gè)以上，其中分為間歇性揚(yáng)塵點(diǎn)、持續(xù)性揚(yáng)塵點(diǎn)兩大類。而間歇性揚(yáng)塵點(diǎn)中又主要以振動(dòng)篩下料部分為重，占總除塵風(fēng)量需求的36%。因此，僅對(duì)礦焦配料系統(tǒng)的A、B兩條配料輸送線的配料振動(dòng)篩關(guān)聯(lián)下料位置的揚(yáng)塵吸附口進(jìn)行風(fēng)門開閉控制，即可實(shí)現(xiàn)有效控制和節(jié)能法調(diào)節(jié)。而不是對(duì)所有礦槽除塵系統(tǒng)的所有只管路風(fēng)口進(jìn)行開閉調(diào)節(jié)。其主要原因是：
1. 該系統(tǒng)對(duì)占總除塵風(fēng)量的40%以上的主要間歇性除塵點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)量控制；即可降低風(fēng)量達(dá)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(fēng)道的除塵效果。
2. 系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)篩部分的主要間歇性運(yùn)行工況點(diǎn)實(shí)施風(fēng)量開閉控制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、自動(dòng)化程度高、故障率低、安全可靠高。
3. 對(duì)末端持續(xù)性或非確定性吸塵口，不采取風(fēng)口開閉控制。
4. 根據(jù)流體力學(xué)風(fēng)機(jī)功率與風(fēng)量之間的相似定理P∝Q3立方成正比的關(guān)系，如下圖所示：風(fēng)量低于50%水平后，風(fēng)量下降所帶來(lái)的功率下降將越來(lái)越小。在50%以上區(qū)間調(diào)節(jié)20%風(fēng)量帶來(lái)的功率下降收益△P=0.296Pu，50%以下區(qū)間調(diào)節(jié)20%風(fēng)量所帶的節(jié)能收益△P’ =0.056Pu。顯然，在低風(fēng)量條件進(jìn)行開閉控制時(shí)，其設(shè)備投入與節(jié)電收益的投入產(chǎn)出的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)下降，不適宜50%以下的更低風(fēng)量的控制調(diào)節(jié)。
綜上所述，僅對(duì)該系統(tǒng)A、B兩條配料輸送線的配料振動(dòng)篩關(guān)聯(lián)下料位置的揚(yáng)塵吸附口進(jìn)行風(fēng)閥控制，配合除塵風(fēng)機(jī)變頻應(yīng)用即可實(shí)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(fēng)閥開啟時(shí)，對(duì)末端除塵吸附點(diǎn)負(fù)壓的影響程度，變量調(diào)節(jié)除塵風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。避免靠近煙道母管的風(fēng)閥開啟時(shí)，礦槽遠(yuǎn)端除塵效果下降；而關(guān)閉遠(yuǎn)端風(fēng)閥時(shí),除塵風(fēng)機(jī)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(lái)的4~20mA轉(zhuǎn)速控制信號(hào)，自動(dòng)調(diào)節(jié)礦槽除塵風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。同時(shí)，系統(tǒng)可通過通訊方式將變頻器的運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)傳至控制室的上位機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟停、狀態(tài)監(jiān)視等功能。從而，大大提高系統(tǒng)的自動(dòng)化控制水平，減少運(yùn)行人員的操作維護(hù)量。全程自動(dòng)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(diǎn)，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(yán)重故障時(shí)，可恢復(fù)至原工頻運(yùn)行而不影響安全生產(chǎn)。
三、系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)
1、除塵系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)
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除塵能力 |
76×104m3/h |
離心通風(fēng)機(jī)型號(hào) |
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(dòng)機(jī)型號(hào) |
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(wàn)立方/小時(shí) |
揚(yáng)塵點(diǎn)數(shù)量 |
43點(diǎn) |
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風(fēng)機(jī)風(fēng)門開度 |
65% |
振動(dòng)篩數(shù)量 |
16點(diǎn) |
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振動(dòng)篩工作時(shí)長(zhǎng) |
30~90s |
振動(dòng)篩停機(jī)時(shí)長(zhǎng) |
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(hào) |
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(dòng)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(fēng)機(jī)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(jī)界面 |
HMI(TD 400) |
工作電源 |
24V DC |
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開關(guān)量輸入 |
DI 24點(diǎn) |
開關(guān)量輸出 |
DO 8點(diǎn) |
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模擬量輸入 |
AI 6點(diǎn) |
模擬量輸出 |
AO 3點(diǎn) |
四、應(yīng)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(shí)配套應(yīng)用礦槽除塵點(diǎn)吸附口閥門開閉控制和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)節(jié)。實(shí)際運(yùn)行情況證明：系統(tǒng)除塵點(diǎn)吸附口的負(fù)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(fēng)機(jī)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(wàn)度，相當(dāng)于每年節(jié)省1428.9噸標(biāo)準(zhǔn)煤、減少二氧化碳排放3399噸。經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)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(yíng)理念，值得在鋼鐵冶金行業(yè)大力推廣應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：倚鵬.高壓大功率變頻器技術(shù)原理與應(yīng)用.北京:人民郵電出版社，2008.
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