阿爾法變頻器在軋鋼廠加熱爐上的應用
一、概述：
玉溪新興鋼鐵有限公司是昆鋼集團實施省倍增計劃，充分利用玉溪地區的資源優勢在紅塔區易地擴建的鋼鐵聯合企業。公司于2005年3月15日建成投產，主要產品有：方矩形連鑄坯、板坯、熱軋帶肋鋼筋、中寬帶等，產品暢銷云南、四川、重慶、廣東等市場。玉鋼在國家不斷完善市場經濟體制、加快改革開放和西部大開發的大好形勢下，抓住機遇，加速發展，廣泛吸收國內外優秀鋼鐵企業的成功經驗，優化工藝結構，大力推進技術進步、節能降耗、清潔生產等工作，使鋼鐵產品結構更趨合理，市場競爭力顯著增強，在現代化、集約化、高效化的工業進程中實現了質的飛躍，為實現企業可持續發展、為玉溪地區節能環保事業和經濟發展做出了較大的貢獻。其中變頻器應用在60萬噸三段梁式鋼壞加熱爐上的風機上，電機參數如下：
|
設備名稱
|
風機規格型號
|
風機額定容量
|
數量
|
配套電機技術參數
|
|
電機型號
|
功率（kW）
|
|
加熱爐1#鼓風機（離心式）
|
9-26No16D
(右90°)
|
69854m3/h
|
2
|
Y355M1-6
|
185
|
|
加熱爐空氣引風機（離心式）
|
Y9-38No16D
(右90°)
|
104784m3/h
|
1
|
Y355M2-6
|
200
|
|
加熱爐煤氣引風機（離心式）
|
Y9-38No16D
（右90°)
|
128069m3/h
|
1
|
Y355M4-6
|
250
|
二、工作原理
中寬帶作業區采用三段梁式加熱爐，送風量靠進風閥調節，鼓風機設計為一用一備，24小時運行。
在正常生產加熱冷鋼壞時，鼓風機進風閥開度為70~80%，送風壓力保持在4.5kPa左右，確保爐膛加熱溫度。
在加熱熱鋼壞時鼓風機進風閥開度為50~60%，送風壓力保持在4.5kPa左右，在加熱爐保溫時送風量需求更少，進風閥開度再相應減小，送風壓力保持在4.2kPa左右。
煤氣排煙和空氣排煙風量靠進風閥調節。在正常生產加熱冷鋼壞時，煤氣排煙風機空氣排煙進風閥開度為70~85%，在正常生產加熱熱鋼壞時，煤氣排煙風機空氣排煙風機進風閥開度為50~60%，在加熱爐保溫時，則兩臺風機進風閥開度則為30%。
空氣排煙風機煤氣排煙風機進風閥開度根據軋鋼速度軋鋼大小做調整保證爐膛內溫度的均恒，兩者的排煙溫度控制在100℃以內，超180℃報警，加熱爐風機工藝簡圖如下：
三、系統配置：
三段梁式加熱爐鼓風機、煤氣引風機、空氣引風機，因電機和風機選型是以加熱爐最大生產能力來選配的，由于實際生產能力沒有達到最大生產能力長期以來均通過調節閘門、增加管網流體阻力的方法來實現流量控制，故系統效率低、功耗大、電能浪費嚴重。
由于生產正常時要求持續、穩定的供風，因此風量、風壓變化不大，此時可通過變頻器對風機轉速的調節消除節流損失，同時提高風機的運行效率，雖然由于電動機負載率的下降會使其運行效率降低，但因風機運行功率的下降幅度很大，電動機的損耗也有所減少，最終使電動機運行功率大幅度下降，從而達到節電的目的。
1 變速調速原理：
按照電機學的基本原理，電機的轉速原理滿足如下關系式：
n=(1-s)60f/p
式中：P-電機極對數
F-電機運行頻率
S-轉差
從式中看出，電機的同步轉速N1正比于電機的運行頻率N，由于轉差S一般情況下比較小＜0.05，電機的實際轉速N約等于電機的同步轉速N1，所以調節了電機的供電頻率F，就能改變電機的實際轉速。
而改變頻率必須改變供電電壓，由交流電機成產的電磁關系式：
E=4.44fw?
式中：E-電機電動勢
f-定子頻率
w-繞組系數
?-氣隙主磁通
對異頻電機調速時，希望主磁通?恒定，就u/f曲線保持恒定，所以改變頻率時，供電電壓也跟著變化。
2 風機調速節電原理：
由于風機內部流體的復雜性，單憑理論不能精確算出它們的性能。只能依靠流體力學中的相似理論，通過實驗和模擬手段來計算風機的運行工況。把相似定律應用于不同轉速運行的同一臺風機時，就可得到下式：
當改變風機的轉速，其轉速n、流量Q、壓力（揚程）H、軸功率P的關系為：
從上式可以看出，流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比，所以降低轉速可以大幅度減少耗電量。風機的節電原理就是用調速裝置來代替風門調節流量，減少節流損失，節約電能。風機是用來傳送氣體的機械設備，風機是把電動機的軸功率轉變為機械能的一種機械，它們的啟動力矩都較小，負載輕，具有很大節能潛力。
3 改造方案：
加熱爐鼓風機目前的控制方式主要根據加熱爐助燃風量的需求，空氣引風機、煤氣引風機主要根據引風溫度和爐膛溫度通過調整閥門開度來實現。由于助燃鼓風機和引風機工藝較為簡單，沒有必要做閉環控制，改造方案考慮在采用變頻器后保持進風閥全開，根據生產需要人工操作調節風機轉速。系統可隨時隨意改變引風量，以適應的變化，保持風機的正常經濟運行，達到穩定控制、方便操作、節約能源的目的。
此外，為了保證系統的可靠性，鼓風機引風機現有的控制設備和運行方式仍將保留，控制回路上設計工頻/變頻運行切換選擇，工/變頻選擇由人工切換操作，實現助燃離心風機在工頻或變頻運行。因加熱爐鼓風機為一用一備，變頻改造采用一拖二變頻控制方式，設置1#、2#風機手動切換功能。
主路電路圖
為降低值班工人勞動強度，改造后助燃鼓風機、引風機的啟/停、工/變切換、調速控制均采用集中和遠程兩地操作，沿用現有的PLC計算機控制系統，利用現
|
狀態
|
電流
（A）
|
電壓
（V）
|
cosΦ
|
功率
（kW）
|
平均功率
（kW）
|
|
加熱冷
鋼坯時
|
235
|
370
|
0.79
|
120.5
|
171.2
|
|
241
|
370
|
0.79
|
123.2
|
|
加熱熱
鋼坯時
|
405
|
350
|
0.87
|
218.5
|
|
413
|
354
|
0.87
|
222.4
|
有的PLC模塊備用點，通過在燃控計算機控制系統修改程序增加鼓風機和引風機的調速操作功能和變頻器輸出頻率、輸出電流顯示功能。
4接線圖：
四、改造收益：
以煤氣引風機為例：
圖：運行中的變頻器
改造后煤氣引風機電機運行參數是：
|
狀態
|
電流
（A）
|
電壓
（V）
|
cosΦ
|
功率
（kW）
|
平均功率
（kW）
|
|
加熱冷
鋼坯時
|
120
|
375
|
0.95
|
74.05
|
102.2
|
|
125
|
375
|
0.95
|
77.13
|
|
加熱熱
鋼坯時
|
210
|
370
|
0.95
|
127.84
|
|
212
|
370
|
0.95
|
129.06
|
根據以上實際使用結果表明：
平均節電率達40%以上，約一年多就能回收成本。
