摘要：本文主要對(duì)燒結(jié)系統(tǒng)的主抽風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造的具體實(shí)施過(guò)程和改造效果進(jìn)行了闡述，同時(shí)也對(duì)應(yīng)用于燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)的勵(lì)磁同步電機(jī)的變頻改造進(jìn)行了相關(guān)說(shuō)明。
關(guān)鍵詞： 燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī) 高壓變頻器 勵(lì)磁同步電機(jī)
一、前言
燒結(jié)的生產(chǎn)過(guò)程是經(jīng)配料和處理過(guò)的燒結(jié)料鋪到燒結(jié)機(jī)的臺(tái)車上，進(jìn)行點(diǎn)火和強(qiáng)制抽風(fēng)（產(chǎn)生負(fù)壓）的作用下燒結(jié)料中的燃料燃燒產(chǎn)生高溫使得局部軟化和融化發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)生成一定數(shù)量的液相，隨后由于溫度降低液相冷卻凝固成塊形成成品燒結(jié)料，隨后供給高爐進(jìn)行煉鐵，整個(gè)燒結(jié)料的生產(chǎn)過(guò)程中燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)占據(jù)著不可忽視的重要作用。
由于燒結(jié)出抽風(fēng)機(jī)負(fù)載的電機(jī)容量相對(duì)較大，普遍在于3000kW—10000kW不等，并且由于相關(guān)電網(wǎng)容量的限制，燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)負(fù)載一般無(wú)法進(jìn)行工頻直接起動(dòng)?，F(xiàn)今國(guó)內(nèi)現(xiàn)有大多數(shù)燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)一般都采用水電阻或者高壓軟啟動(dòng)器起動(dòng)，工頻拖動(dòng)的運(yùn)行方式，較少使用變頻器驅(qū)動(dòng)。由于電機(jī)長(zhǎng)期工頻運(yùn)行，加之長(zhǎng)期利用風(fēng)門(mén)進(jìn)行相關(guān)的流量壓力調(diào)節(jié)，造成燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)運(yùn)行起來(lái)非常不經(jīng)濟(jì)；同時(shí)由于電機(jī)大多采取水電阻起動(dòng)的方式，不僅達(dá)不到良好的起動(dòng)效果，而且造成頻繁維護(hù)、頻繁更換電解液的情況，甚至起動(dòng)過(guò)程中的“開(kāi)鍋”“漏液”現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生，危害人員及設(shè)備的安全。在機(jī)械上產(chǎn)生劇烈沖擊和磨損、風(fēng)機(jī)無(wú)法運(yùn)行在高效區(qū)等問(wèn)題都會(huì)給企業(yè)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。這對(duì)于構(gòu)建節(jié)約型社會(huì)，貫徹國(guó)家節(jié)能減排計(jì)劃是不相符合的，對(duì)燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造對(duì)節(jié)約能源、提高生產(chǎn)效率、增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益都具有非?，F(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。
高壓變頻調(diào)速是近年來(lái)興起的一門(mén)基于電力電子器件的新技術(shù)，它是將工頻電網(wǎng)進(jìn)行一系列的處理變換后輸出一種頻率可變、電壓可調(diào)的電能的技術(shù)，主要改工頻頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)，因其具有調(diào)速精度高、范圍廣、穩(wěn)定性強(qiáng)、dV/dt小、瞬態(tài)穩(wěn)定性高、節(jié)能等特性越來(lái)越被人們所重視，近年來(lái)也得到了廣泛的應(yīng)用。
二、項(xiàng)目介紹
項(xiàng)目是由中鋼集團(tuán)投資建設(shè)，項(xiàng)目公司玉林市中金金屬科技有限公司注冊(cè)資金為5000萬(wàn)元人民幣。本項(xiàng)目總投資為66.5億元，占地面積66.59萬(wàn)m，其中廠房、倉(cāng)庫(kù)等建筑物占地56.6萬(wàn)m，是玉林龍?zhí)懂a(chǎn)業(yè)園目前投資額最大的項(xiàng)目。50萬(wàn)噸精制鎳鐵及深加工項(xiàng)目由廣西玉林中金公司投資建設(shè)，總投資66.5億元，采用先進(jìn)的火法工藝，年產(chǎn)鎳鐵50萬(wàn)噸，鎳合金及深加工產(chǎn)品120萬(wàn)噸。項(xiàng)目建成投產(chǎn)后，可安排3560人就業(yè)。
中金公司鎳合金項(xiàng)目一期原料為菲律賓的紅土鎳礦（中鋼集團(tuán)收購(gòu)的礦山），產(chǎn)品為鎳鐵，二期熱軋項(xiàng)目的原料為鎳鐵，產(chǎn)品為不銹鋼卷板，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)冷軋項(xiàng)目建設(shè)，生產(chǎn)不銹鋼卷板及深加工不銹鋼制品，在園區(qū)形成較為完整的從冶煉至制品深加工的全產(chǎn)業(yè)鏈條。
對(duì)于中金金屬燒結(jié)生產(chǎn)線，燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)是其重要的生產(chǎn)設(shè)備，但是由于長(zhǎng)期工頻運(yùn)行，為了滿足燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程中所需要的風(fēng)量、負(fù)壓，燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)只能通過(guò)閥門(mén)調(diào)節(jié)的方式來(lái)改變官網(wǎng)的特性曲線來(lái)維持生產(chǎn)，實(shí)際運(yùn)行壓力15KPA，實(shí)際運(yùn)行風(fēng)量500000（m3/h）實(shí)際運(yùn)行風(fēng)門(mén)開(kāi)度約85%，實(shí)際工頻運(yùn)行的電流可達(dá)到200A，見(jiàn)圖1。
圖1 中金金屬主抽風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行電流
三、中金金屬燒結(jié)現(xiàn)場(chǎng)存在的問(wèn)題
1、現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)現(xiàn)有啟動(dòng)方式為水阻啟動(dòng)，水阻柜效率較低、只能實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)的，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速、不能進(jìn)行頻繁的啟停操作、電解液容易受外界的影響從而降低啟動(dòng)質(zhì)量，啟動(dòng)時(shí)發(fā)熱較大、具有安全隱患。
2、現(xiàn)場(chǎng)采用風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)，能源損耗嚴(yán)重；設(shè)備長(zhǎng)期50HZ下運(yùn)行，機(jī)械損壞程度高，降低設(shè)備使用壽命。
3、現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化水平較低，同步電機(jī)投勵(lì)量不可控，人工干預(yù)程序多整個(gè)運(yùn)行過(guò)程非常復(fù)雜。
四、SBH系列高壓變頻器原理
SBH系列高壓變頻器采取的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方式為單元串聯(lián)型高壓變頻器，其為直接高-高變換電壓源型，變頻器基本原理如下圖2所示：
圖2變頻器原理示意圖
高壓變頻器從10kV電網(wǎng)取電，經(jīng)過(guò)內(nèi)部移相變壓器降壓、移相、隔離輸送給各個(gè)功率單元，功率單元從原理上等效于一個(gè)三相交流輸入、單相交流輸出的低壓變頻器。電路結(jié)構(gòu)如下圖3所示：
圖3功率單元結(jié)構(gòu)
功率單元整流電路為二極管全波整流，多脈沖構(gòu)成多極移相疊加的整流方式極大地改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)大于0.95。輸出側(cè)由每個(gè)功率單元的U、V輸出端子相互串聯(lián)而成星型接法給電機(jī)供電，通過(guò)對(duì)IGBT逆變橋進(jìn)行正弦SVPWM控制，得到階梯的SVPWM波形，該波形正弦度好，dv/dt小，可以降低輸出諧波及由此引起的電機(jī)發(fā)熱、噪音等，從而減少對(duì)輸出電纜和電機(jī)的絕緣損壞，無(wú)需輸出濾波器，可直接驅(qū)動(dòng)普通異步電機(jī)。同時(shí)，消除了由此引起的機(jī)械振動(dòng)，減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。通過(guò)軟件控制，可以輸出不同等級(jí)的頻率電壓。SBH系列變頻器系統(tǒng)安全、可靠，保護(hù)裝置功能齊全，具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)熱、缺相等保護(hù)裝置。具有完整的故障監(jiān)測(cè)電路、精確的故障報(bào)警保護(hù)。
五、變頻改造方案
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)提供的負(fù)載參數(shù)，選擇其對(duì)應(yīng)的希望森蘭SBH系列變頻器型號(hào)為：SBH-100-4000完全滿足該系統(tǒng)調(diào)速要求。系統(tǒng)控制方案采用一拖一手動(dòng)切換啟動(dòng)系統(tǒng)工頻備用方式（原啟動(dòng)方式繼續(xù)保留）。如圖4所示：
圖4 系統(tǒng)單線圖
在主電動(dòng)機(jī)上加裝變頻器；對(duì)給主電動(dòng)機(jī)提供勵(lì)磁的勵(lì)磁裝置的控制部分進(jìn)行整體改造。
改造后的勵(lì)磁控制系統(tǒng)接收變頻器發(fā)出的勵(lì)磁給定指令, 從而控制勵(lì)磁隨電機(jī)的轉(zhuǎn)速的增加而投入,同步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)行。變頻器起動(dòng)后，利用4-20mA信號(hào)跟蹤并輸出給勵(lì)磁控制系統(tǒng)，使勵(lì)磁系統(tǒng)跟隨變頻器的起動(dòng)需求投勵(lì)，在起動(dòng)完成后，勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)刻聽(tīng)從變頻器的模擬量給定指令投勵(lì)以實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)的起動(dòng)與調(diào)速過(guò)程。
六、變頻改造后的效果
1、減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊
采用森蘭SBH系列高壓變頻器智能控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，電機(jī)啟動(dòng)電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于額定電流，啟動(dòng)時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)，對(duì)電網(wǎng)無(wú)大的沖擊，減輕了起動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)機(jī)械損傷，有效的延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命。
2、節(jié)能
利用森蘭SBH系列高壓變頻器智能控制系統(tǒng)的節(jié)能模式，可使電機(jī)以最高效率運(yùn)行，減少不必要的電能損耗；由于電機(jī)在高效率狀態(tài)下運(yùn)行，功率因數(shù)較高，降低了無(wú)功損耗，節(jié)約了大量電能。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)其整體節(jié)電率到達(dá)9.7%
3、噪音低
使用森蘭SBH系列高壓變頻器智能控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),機(jī)房平均噪音為70dB（A），由于噪音降低,改善了工作環(huán)境。
4、工作強(qiáng)度降低
由于森蘭SBH系列高壓變頻器智能控制系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備與備用設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制，機(jī)組實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行和相應(yīng)的保護(hù)及故障報(bào)警，操作工作由手動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楸O(jiān)控，完全實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的無(wú)人操作，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，為優(yōu)化運(yùn)營(yíng)提供了可靠保證。
5、提高運(yùn)行可靠性
現(xiàn)場(chǎng)原有控制系統(tǒng)與改造后控制系統(tǒng)可互為備用,提高了運(yùn)行可靠性,同時(shí)各項(xiàng)保護(hù)措施更加完善。
6、減小現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)量
采用森蘭SBH系列高壓變頻器智能裝置調(diào)速后，隨時(shí)可以通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)速使系統(tǒng)在接近額定狀態(tài)下工作，通常情況下，森蘭SBH系列高壓變頻器智能調(diào)速裝置的應(yīng)用主要是為了降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于啟動(dòng)緩慢及轉(zhuǎn)速的降低，相應(yīng)地延長(zhǎng)了許多零部件的壽命；同時(shí)極大的減輕了對(duì)管網(wǎng)的沖擊，有效延長(zhǎng)了管網(wǎng)的檢修周期，減少了檢修維護(hù)開(kāi)支，節(jié)約大量的維護(hù)費(fèi)用。
綜上所述，燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)的對(duì)燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，實(shí)際上改變了風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性曲線，大大的提高了風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率；有效的解決了大型電機(jī)起動(dòng)困難的問(wèn)題；降低了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行噪音；提高了整個(gè)燒結(jié)主抽系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自動(dòng)化水平；軟起動(dòng)及軟調(diào)速大大提高了設(shè)備的使用壽命，有效的保護(hù)了電網(wǎng)；改善了原系統(tǒng)的高耗能狀態(tài)，更加有效的利用了能源，得到了可觀的節(jié)能效果。
七、 總結(jié)
中金金屬勵(lì)磁同步電機(jī)所驅(qū)動(dòng)的燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)上采用森蘭SBH系列高壓變頻器智能裝置，連續(xù)無(wú)故障運(yùn)行至今，在節(jié)約的經(jīng)濟(jì)效益上也是非?？捎^。并且在降低設(shè)備故障率、提高系統(tǒng)自動(dòng)化水平和減少現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備維護(hù)量方面，節(jié)約了大量電能，切實(shí)響應(yīng)了國(guó)家節(jié)能降耗的號(hào)召。
在未來(lái)勵(lì)磁同步電機(jī)所驅(qū)動(dòng)的燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)的變頻改造將會(huì)越來(lái)越普及。
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