羅偉俊，鄧  廣，葉曉顏，韓必豪

主抽風(fēng)機是燒結生產(chǎn)的主要設備之一，其風(fēng)壓、風(fēng)量的變化，對燒結生產(chǎn)的影響很大，而其電耗一般又占整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)的1/3左右。因此，合理的控制主風(fēng)機的運行狀態(tài)，對提高燒結生產(chǎn)效率以及大量降低電耗，有十分重要的意義。
1  燒結主風(fēng)機改變頻調速的重要性
我國鋼鐵企業(yè)的燒結廠(chǎng)都廣泛存在著(zhù)生產(chǎn)原料及工況變化的情況，而為適應生產(chǎn)，目前只有改變主抽風(fēng)機的風(fēng)門(mén)開(kāi)度來(lái)滿(mǎn)足燒結生產(chǎn)過(guò)程的需要，這在過(guò)去幾乎成了一種統一的模式。然而，這種方法存在著(zhù)很多弊?。孩?根本無(wú)法隨時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤工藝進(jìn)行風(fēng)量調節以滿(mǎn)足最佳工況要求；② 據我們考察有些燒結廠(chǎng)的主抽風(fēng)機，一般風(fēng)門(mén)開(kāi)度都在40%～60%之間，電能的損失和浪費可想而知；③ 這些大風(fēng)機起動(dòng)困難，起動(dòng)過(guò)程故障率高，對電網(wǎng)影響大。為克服這些弊端，我們首先想到利用變頻調速技術(shù)。
根據我們廠(chǎng)的生產(chǎn)經(jīng)驗，燒結生產(chǎn)過(guò)程中，對風(fēng)量的要求有一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程，各項技術(shù)經(jīng)濟指標越先進(jìn)對平衡的要求就越高。因此，我們盟發(fā)了對主抽風(fēng)機進(jìn)行變頻調速改造的設想，利用現代化跟蹤手段，實(shí)現配料大小循環(huán)，三機聯(lián)調，把點(diǎn)火溫度及主燒結負壓一同送入大閉環(huán)控制。這些設想的實(shí)現，最重要而且最困難的就是主抽風(fēng)機的調速問(wèn)題，隨著(zhù)高新技術(shù)的迅猛發(fā)展，用中壓變頻器來(lái)實(shí)現上述連續、精確地調節，條件已經(jīng)成熟了。
實(shí)現主風(fēng)機變頻控制，就能合理、隨時(shí)、動(dòng)態(tài)地調節風(fēng)的負壓和流量，使風(fēng)量和風(fēng)壓相對恒定，為均質(zhì)燒結生產(chǎn)提供了有利的條件。反之，沒(méi)有良好的調節方法，靠人工進(jìn)行調節，根本無(wú)法合理應用，這樣就有可能出現大量生料，成品率和工序能耗等指標都難以達到良好指標。主風(fēng)機采用變頻調速后，原來(lái)打不開(kāi)的風(fēng)門(mén)打開(kāi)了，原來(lái)風(fēng)門(mén)控制的風(fēng)量變成由轉速來(lái)控制，從輸出功率P與風(fēng)機轉速關(guān)系P=kW3（K-風(fēng)機常數；W-電動(dòng)機旋轉角頻率）可知，隨時(shí)著(zhù)風(fēng)門(mén)的打開(kāi)，風(fēng)量減少變成了轉速的下降，所以，P成轉速立方倍下降，克服了以前調節風(fēng)門(mén)功率損耗大的問(wèn)題。另外電機起動(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，效益體現在多方面。
2  燒結大風(fēng)機上變頻調速的可行性
目前，許多小功率的風(fēng)機改變頻調速，效益已得到證實(shí)，但在國內，尚無(wú)燒結主抽風(fēng)機上變頻調速的先例，燒結風(fēng)機能否上變頻調速呢？現在，大型異步電動(dòng)機變頻調速也已屢見(jiàn)不鮮，而大型同步機上變頻調速在國內還無(wú)先例，同步電機上變頻調速究竟如何？同軸主油泵在實(shí)現風(fēng)機調速后，如何補充油量？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)燒結風(fēng)機上變頻的可行性，我們在燒結杯試驗中進(jìn)行了變頻調速試驗，得到了令人滿(mǎn)意的數據。     

表1

從表1試驗數據看，情況與主抽風(fēng)機非常類(lèi)似，未裝變頻前，風(fēng)門(mén)開(kāi)度從0～70°以上，風(fēng)量基本不變，風(fēng)壓從32～200變化，整個(gè)試驗過(guò)程，電流保持3.4A不變；裝變頻器后，風(fēng)門(mén)全開(kāi)，600mm料層時(shí)，測得風(fēng)量98～200時(shí)，風(fēng)壓32～194，電流0.6～2.6A，電機轉速1106～2900轉/分，節電效果十分明顯。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同步電機上，進(jìn)一步驗證了燒結主風(fēng)機上變頻的實(shí)際效果，在正常生產(chǎn)情況下，風(fēng)壓下降了近4kPa，功率節約了近600kW，對生產(chǎn)工藝和節電產(chǎn)生了重要作用。
試驗和實(shí)踐均能充分證明，燒結主風(fēng)機上變頻調速是完全可行，而且是非常成功的。
(2)  大型同步電動(dòng)機上變頻是否可行？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中壓變頻系統配套，采用同步啟動(dòng)方法，隨著(zhù)電機轉矩和轉速的變化，自動(dòng)調節運行參數直至達到最佳調速要求，整個(gè)過(guò)程十分平穩，甚至在電網(wǎng)上毫無(wú)沖擊的感覺(jué)。AB中壓變頻器可做到同步機定轉子電流及功率因數等各參數最佳匹配，從而使運行效果達到最佳水平。
(3)  由于我們主抽風(fēng)機系統潤滑在起動(dòng)前由副油泵負責，起動(dòng)完畢后，是由同步機同軸的主油泵供油的這樣，在風(fēng)機變頻調速后，主油泵可能運行在低速狀態(tài)。所以，供油系統就必須考慮油量的補充問(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調節方式，用較少的投資，保證了主風(fēng)機低速時(shí)，潤滑系統的正常供油。這也為主風(fēng)機變頻調速的實(shí)施起到了重要的保證作用。
(4)  風(fēng)機電機冷卻：由于同步電機的冷卻是自循環(huán)風(fēng)冷，當電機轉速下降時(shí)，冷卻效果也會(huì )下降，但由于風(fēng)機的特性所至，低速時(shí)電機負載成立方倍下降，所以發(fā)熱量也大大減少，實(shí)踐證明，電機低速運轉時(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內使用尚不普遍，因此，要進(jìn)行這樣大的投資，必須要認真的選擇合理的方案。高壓變頻器，目前從主電路的結構型式可分為交-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到1/3-1/2原頻率，故不能滿(mǎn)足我們的要求，而交-直-交型變頻器不受電源頻率的限制，頻率調節范圍寬，且元件少，利用率等能滿(mǎn)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，當負載出現短路時(shí)或在變頻器運行時(shí)投入負載，都易出現過(guò)電流，動(dòng)態(tài)響應較慢，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載短路所起的過(guò)電流，其運行可靠性高，當負載為電動(dòng)機時(shí)，電壓近似正弦波，還能實(shí)現發(fā)電和制動(dòng)，把機械能變?yōu)殡娔芑仞侂娋W(wǎng)，線(xiàn)路結構簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應快。通過(guò)分析比較，我們選擇了美國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)現燒結工藝閉環(huán)控制。
4  實(shí)際運行特點(diǎn)
①  A-B公司的電流型1557中壓變頻器，運用于燒結主風(fēng)機調速系統，調速范圍大，運行平衡，具有良好的控制精度。
②  同步起動(dòng)電流小、沒(méi)有任何電氣與機械的沖擊。
③  勵磁電流自動(dòng)跟蹤負載與轉速變化，系統運行點(diǎn)優(yōu)化。
④  通訊能力強，易于上網(wǎng)控制。
⑤  系統調試方便，運行可靠，電機噪音低，發(fā)熱量降低30%以上。
⑥  節電效果十分明顯。
5  運行效果分析
(1)  從主風(fēng)機變頻器投入后的情況看，用變頻與接工頻運行情況大不一樣。上變頻之前，電機轉速為1500轉/分，風(fēng)門(mén)不能開(kāi)完，否則電機將過(guò)載。一般正常生產(chǎn)時(shí)，風(fēng)門(mén)開(kāi)度在80%～90%之間，因此相當部分電能消耗在風(fēng)門(mén)上，2000kW電機經(jīng)常運行在滿(mǎn)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，電機工作磁通接近飽和區，激磁損失增加，工作電流上升。按運行記錄計算，電機原來(lái)消耗功率1865.8kW，變頻器投入后，電機只需運行在42Hz就能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，變頻輸出電壓為4350V，電流174A，轉速1260轉/分，功率消耗1179.9。生產(chǎn)典型參數見(jiàn)表2：

表2

電機在正常運行情況下，年節電：685.9kW×24h×360天×0.904=5357263kWh（0.904為其它因素系數），電費按0.46元/度，可節支246萬(wàn)元/年。