烧结主抽风机变频节能改造实践

吴国江 冯德峰

（常熟市龙腾特种钢有限公司烧结厂  江苏常熟市  215511）

摘要：本文介绍了钢铁企业烧结主抽风机变频节能改造的设计与方案实现。并通过烧结厂现状与改造后主抽风机实际运行数据对比及节电率计算，说明变频改造的巨大经济效益及其他间接效益，并根据实际情况提出进一步提升建议。

关键词：烧结主抽风机；变频改造；节电率

1  钢铁企业烧结厂现状

某钢铁企业烧结厂有 2 台面积均为 192m ² 的烧结机，其每台烧结机系统由 1 台烧结主抽风机组成，主抽风机电机型号为TD7000-6，额定功率为 7000kW 。额定电压 10kV，额定电流为462A，额定转速为 1000rpm ，功率因数 0.95。目前为工频方式运行，采用液阻软启动器启动，在主抽控制室集中控制。主抽风机现有控制系统为西门子控制系统，采用入口风门的调节方式，调节系统的风压，满足负压的要求。目前烧结主抽风机的入口风门的正常开度在 50 度到 70 度之间。

随着目前厚料层烧结工艺的实施，漏风治理工作的稳步推进，风门开度只要开至 50 度左右就能满足生产需要，但通过调节风门控制流量，存在诸多弊端。1）通过入口风门调节风量，把风量消耗在挡板上，造成能量损耗；2）风门挡板调节风量造成风门挡板前后压差大，风门前的管道和风门挡板易磨损；3）电机全速运行，振动大、噪声大、损耗大，轴承磨损严重；4）风门挡板采用执行电动机构驱动，需定期校验风门开度，使用不便及维护量大。

2  变频改造的设计原则

主抽风机变频改造的设计遵循“起点高、质量好、工期短、投资省、见效快”的投资理念，采用国内外成熟先进的工艺和技术装备，充分体现“安全、可靠、先进、适用、环保、经济”的原则。改造后能尽快达到设计节能率；在平面布置上做到紧凑合理，工艺流程顺畅，物流运输便捷，尽可能节约占地；设计严格执行有关的设计规范和规定，做到节能降耗、清洁生产、环境友好。

3  改造方案

1、2# 烧结机每台烧结机配有一台主抽风机，主抽风机各参数相同，考虑到主抽变频系统的完整可靠，1、2# 烧结机主抽变频改造统一设计，采用二拖二交叉互起互为备用的方案，各自主抽变频器既可以起动和运行各自主抽风机，又可在某一变频器故障时用另一台风机的变频器起动本风机后切回工频运行，以保证系统的可靠性。并且主抽风机启动时和脱硫脱硝系统要实现联动控制，保证系统启动时脱硫脱硝和主抽两套系统配合稳定运行。系统能够满足生产工艺要求，可以嵌入到原有烧结主工艺控制系统进行统一操作，也可以根据烧结工艺参数变化实现主抽变频系统的自动控制。高压变频调速系统采用内部强制空冷加外部二次水冷的方式。

由于 1、2# 烧结 10kV 高配室内已没有备用馈线回路及位置增加馈线柜，进行高压变频器二拖二互为备用改造的方案及改造的脱硫脱硝系统所需要增加的高压开关柜，考虑在原有建筑物改造为主抽高配室、变频器室，1、2# 主抽 10kV 高配室电源进线取自原有烧结主抽馈电柜，敷设进线电缆采用取电制。主抽高配室满足主抽高压变频器二拖二互为备用改造所有馈电柜外，另增加 4 个馈线柜供 1、2# 烧结新改造脱硫脱硝增压风机高压变频器和磁控软起柜；2 个馈线柜供新改造脱硫脱硝动力变压器供电；2 个备用馈线柜 (布置在变频器高配室内 )。

主抽风机采用变频调速装置进行控制、新更换与变频调速装置配套的同步电机励磁装置两套。增设相应主站PLC 内部自成系统，实现与原主工艺  PLC 系统的通讯，主抽控制系统采用原有系列产品，与现场控制系统兼容。包含以下功能：主抽风机起停控制、主抽风机的旁路控制及其辅助设备油站的控制、风门控制，主抽振动、温度、压力等仪表显示、控制，带两台操作员站、一台工程师站。实时监控项目主要包括：风机与电机所带检测仪表信号、润滑系统、冷却系统及电机电压、电流、风门位置等信号 (所有 AI必须考虑隔离进入 PLC)、同时系统输入输出冗余 15% -20% 。另外，主抽风机控制画面预留仪表参数连锁修改、连锁解除修改接口。仪表检测预警，预警方式为声光报警。

图 1 烧结主抽变频改造高压主接线系统图

4  功能考核

烧结主抽风机变频改造功能考核项为主抽风机的节电率，主抽风机变频改造后节电率计算如下：

风机节电率 = P1-P2- P3 / P − −×100%

主抽风机改造前工频运行功率 P1，

主抽风机改造后变频运行功率 P2，

变频系统（含变压器）本身电耗、空水冷系统及冷却空调电耗 P 3 ≈ 225kW 。

5  实际运行数据及节电率计算

1、数据来源：某钢铁企业烧结厂“1 号（2 号）180m 2 烧结机风机运行记录”。

2、随机抽查数据时间说明：

1）、1# 机改造前的数据为 2021 年 1、2、5、6、7、8 六个月，改造后数据为 2021 年 10 月和 2021 年 1、2、3、4 五个月。

2）、2# 机改造前的数据为 2021 年 1、2、5、6、7、8 和 10七个月，改造后数据为 2021 年 1、2、3、4 四个月。

3）、按照功能考核要求，应以改造前、后的功率值进行计算 ,进行统计、对比加以简要说明。

主抽风机电机改造前

因改造前后电机未发生变化，仅在中间环节加装了变频器，因改造前后功率因素变化影响不大，取电机功率因素 0.9。相关用于主抽风机改变频的附属设备总负荷约为 225KW （包含循环水泵及空调），由于 1# 机和 2# 机公用，每台机承担 112.5KW负荷。

1# 机：

改造前平均输入功率 P1=S1*COSθ=5502.3kW ，

改造后平均输入功率 P2=S2*COSθ=4263.9KW ，

附属设备功率 P3=112.5KW 。

风机节电率 =20.4%

2# 机：

改造前平均输入功率 P1=S1*COSθ=6073.9kW ，

改造后平均输入功率 P2=S2*COSθ=4454.2kW ，

附属设备功率 P3=112.5kW 。

风机节电率 =24.8%

3、通过 1# 机和 2# 机改造前后随机抽查几个月运行输入功率的变化记录数据统计、比对可以看出，主抽风机改造后的运行输入功率明显小于改造前的输入功率值，尤其是 2# 机变化更加明显。充分说明 1# 和 2# 风机变频改造节电效果显著。

6  进一步提升建议：

根据风机、水泵的节能原理曲线图，对照现场实际观察和数据看，1# 和 2# 主抽风机的运行操作，同时结合烧结及脱硫脱硝工艺技术条件要求，进行进一步的调整，达到最优的平衡点，使得系统运行更加稳定、节能和安全。

处理好烧结主抽风机与脱硫脱硝增压风机的出力均衡，节电率还将进一步提升，可以在保证脱硫粉床稳定前提下适当降低烧结主抽风机运行频率，提高脱硫脱硝增压风机运行频率，整体系统将会取得更好的节能效果。

如果 1# 和 2# 机的运行工艺、产能和技术条件均相同，1# 机与2#机的节能效果应该基本一致。所以可进行进一步的查验、分析，找出原因加以调整、改进。

7  本次主抽变频改造还带来了如下间接效益：

在原有 1、2# 烧结 10kV 高配室其他负荷没有变化的情况下，仅新增加脱硫脱硝负荷 5000KVA，在此情况下，原来上一级 110kV变电所承担的负荷就较重，势必会进一步加重 110kV 变电所的负担，但通过变频节能改造技术，整个实际运行负荷还降低了，延缓了 110KV 变电所增容的紧迫性。

通过本次主抽风机变频节能改造，实现了两套高压变频二拖二交叉互起控制 1#、2# 烧结主抽风机，同时我们又建议脱硫脱硝增压风机采用变频控制，最终达到了减少大风机启动时对电网的冲击及节能的目的。节约了 5000kVA 满足了脱硫脱硝升级改造所增加的负荷，另外又对 1#、2# 烧结的 10kV 两段母线增设高压动态无功补偿，满足了电网功率因素要求。

1#、2# 烧结系统具体间接效益如下：

1）基本解决上一级 110kV 变电所必须立即实施增容改造问题。

2）解决了 1#、2# 烧结主抽风机检修、停车再启动时由生产调度协调组织轧钢厂停止过钢配合的问题，使两个厂生产更顺畅，均提高了生产效率。

3）改善了 110kV 变电所 10kV 两段母线功率因素，提高了电能的利用率。

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