烧结厂同步主引风机的调速控制

烧结厂同步主引风机的调速控制

主引风机是烧结生产的主要设备之一。其风压、风量的变化，对烧结生产的影响很大，另外，其电耗一般占整个生产线的1/3左右。因此，合理地控制主引风机的运行状态，对烧结生产的合理控制以及大量降低生产电耗有重要意义。

1烧结主风机应用变频调速的重要性

我国钢铁企业的烧结厂都广泛存在着生产原料及工况变化的情况，为适应生产，目前只有改变主引风机的风门开度来满足烧结生产过程的需要，这在过去几乎成了一种统一的模式，存在着很多弊端。其一，这根本无法随时动态跟踪工艺进行风量调节以满足最佳工艺的要求；其二，据我们考察宝钢、首钢等烧结厂的主引风机，一般风门开度都在40％～60％之间，电能的损失和浪费很大：其三，风机起动困难，起动过程故障率高，对电网影响大等。为克服这些弊端，我们想到应用变频调速技术。

根据我们厂的生产经验，烧结生产过程中，对风量的要求，有一个动态平衡的过程，各项技术经济指标越先进，对平衡的要求就越高。因此，我们萌发了主引风机变频调速改造的设想，利用良好的现代化跟踪手段，实现配料大小循环，三机联调，把点火温度及主烧结负压，一同进入大闭环控制。这些设想的实现，最重要而且最困难的就是主引风机的调速问题，随着高新技术的迅猛发展，用高压变频器来实现上述连续、精确的调控，条件已经成熟。

实现主引风机变频控制，就能合理地、随时、动态地调节风的负压和流量，使风量和风压相对恒定，为均质烧结生产提供了有利条什。反之，没有良好的调节方法、烧结气流靠人工进行调节，根本无法合理应用，这样就有可能出现大量生料，成品率和工序能耗等指标都难以达到良好的指标。主引 风机采刷变频调速后，原来风门控制的风量变成由转速来控制，从输出功率P与风机转速关系p=KW3（其中K为风机常数，W为电动机旋转角频率）可知，风量须减少时转速下降，P随转速立方倍下降，克服了以前调节风门功率损耗大的问题。另外电动机起动由原来全压或降压起动，变成变频起动后，起动性能大大改善，大电动机起动困难、冲击大、易损伤等问题便迎刃而解了。

2 烧结大风机应用变频调速的可行性

目前，许多小功率的风机应用变频调速、效益已得到证实，但在国内，尚无烧结主引风机应用变频调的先例，烧结风机能否应用变频调速呢?目前，大型异步电动机变频调速也屡见不鲜，而大型同步机应用变频调速在国内还未有先例，同步电动机应用变频调速究竟如何?同轴主油泵在实现风机调速后，如何补充油量?这些问题，都是应用变频调速前要解决的。

1）为了证实烧结风机应用变频调速的可行性，我们在烧结杯试验中进行了变频调速试验，得到了一组令人满意的数据如表1所示。

从试验数据可见，未装变频前，风门开度从0～90风量基本不变，风压从3.24～20.77kPa变化，整个试验过程，电流保持3.4 A大致不变；装变频器后，风门全开，600 mm 料层时，测得风量从9 800～20000m3/h时，负压从3.04～19.65 kPa，电流从0 6～2．6A，节电效果十分明显。2001年1月，在罗克韦尔自动化和广西南宁怡得发展公司格州分公司（柳州市怡得安豪科技发展有限公司）的协助下，我们正式将A-B高压变频器用在2 000 kW同步电动机上，进一步验证了烧结主风机应用变频调速的实际效果，具体如表2所示。

通过表中参数可见，在正常生产情况下．负压下降了近4 kPa，功率节约了近600 kW，对生产工艺和节电产生了重要作用。

试验和实践均充分证明，烧结主风机应用变频调速足完全可行，而且是非常成功的。

2）大型同步电动机应用变频调速是否可行?通过我们的实践。得到了充分的肯定。同步机应用变频调速后，抛弃了原来的异步起动的方法，由A-B高压变频系统配套，采用同步起动方法，随着电动机转矩和转速的变化，自动调节运行参数，整个过程十分平稳，对电网冲击力。A-B高压变频器可做到同步机定、转子电流及功率因数等各参数最佳匹配，从而使运行效果达到最佳。

3）主引风机系统润滑在直动前由副油泵负责．起动完毕后，是由与同步机同轴的主油泵供油的。这样，在风机变频调速后，主油泵可能运行在低速状态，所以，供油系统就必须考虑油量的补充问题：怡得公司在完成这个工作时，采用了付油泵变频PID调节方式，用较少的投资，保证了主风机低速时，润滑系统的正常供油。这也对主风机变频调速的实施起到了重要的保证作用。

4）由于同步电动机的冷却是自循环风冷，当电动机转速下降时，冷却效果也会下降，但由于风机的特性所致，低速时电动机负载成立方倍下降，所以发热量也大大减少，实践证明，电动机低速运转时，温度反而下降了。

3 具体方案的选择及设计框图

大功率、高电压的变频器，在国内使用尚不普遍，因此，进行这样大的投资，必须认真地选择合理的方案。中高压变频器，目前从主电路的结构型式可分为交-直-交和交-交两种。交一交型变频器由于控制方式决定了其输出频率只能达到l/3～182原频率，故不能满足我们的要求，而交-直-交型变频器不受电源频率的限制，频率调节范围宽，且元件少，利用率等能满足我们的需要。交一直一交变频器由于直流部分不同，又可人为电压型和电流型。电压型变频器的输出电压为方波，当负载出现短路时或在变频器运行时投入负载，都易出现过电流，动态响应较慢，有较大的谐波分量：电流型变频器由于电流控制性好、可限制逆变装置换流失败或负载短路所引起的过电流，其运行可靠性高，当负载为电动机时，电压近似正弦波．还能实现发电制动，把机械能变为电能回馈电网，线路结构简单，动态响应快。通过分析比较，我们选择了A-B 1557型电流型高压变频器，它能保证电网电压在5.9～6.8 kV范围变化时正常工作，电流谐波畸变频≤3％，cos@≥0.98，n≥97％，变频器能与大型PLC接口实现烧结工艺闭控制。系统框图如图1所示。

通过实际运行，总结出该系统具有如下特点：

1）A-B公司的电流型1557高压变频器，运用于烧结主风机调速系统，调速范围大，运行平衡，具有良好的控制精度。
2）同步起动电流小、沒有任何电气与机械的冲击。
3）励磁电流自动跟踪负载与转速变化，系统运行点优化。
4）自动化通信能力强，便于上网控制。
5）系统调试方便，运行可靠，电动机噪声低，发热量降低30％以上。
6）节电效果十分明显。

4运行效果分析

1）从主风机变频器投入后的情况看，用变频调速与接工频运行情况不一样。应用变频调速之前，电动机转速为1 500 r/min，风门不能开完，否则电动机将过载。一般正常生产时，风门开度在80％～90％之间，因此相当部分电能消耗在风门上。2000kW电动机经常运行在满载状态，同时由于我们的网路电压偏高（一般在6.3～6.7 kV），电动机工作磁通接近饱和区，激磁损失增加工作电流上升。按运行记录，变频器投入后，电动机只需运行在42 Hz就能满足生产要求，生产典型参数如表3所示。

电动机在正常运行情况下，年节电为

685.9 kW×24 h×360 d×0.904=5357263 kW.h m904为其他因素系数） 电费按0.46元/kW.h，可节支246万元/年。

2）由于变频器系统起动性能非常理想，使大电动机的开停可随心所欲。一些短暂的停产，都可将风机停下，节约了这部分电耗，还减少了机械和电动机的损耗，此项每年又可节支约20万元。

3）从工艺角度看，变频调速后，风机负压从原来的14kPa降到了10 kPa左右，正好满足了烧结生产的低负压要求；同时，由于风门全打开，减少了风门损失，这部分能量在电动机不更换的情况下，相对地能使风量有所增加。另外，由于变频调速能方便地与工艺参考量联系起来调控，为均质烧结技术和提高烧结矿的生产质量创造了更有利的条件，这方面的效益也是非常显著的。

5结论

根据格钢烧结厂主引风机2 000 kW同步电动机使用美国A-B公司1557电压变频调速控制应用结果看，系统设计合理，安装、调试方便，运行十分可靠，节能效果明显．对生产工艺有良好的促进作用，是一个成功的范例。