一、濟鋼燒結情況介紹

濟鋼現(xiàn)有燒結機5臺：

3臺120m²燒結機，對應1#、2#1750m³高爐

1臺320m²燒結機，對應3#1750m³高爐

1臺400m²燒結機，對應1座3200m³高爐

120m²燒結機3臺主抽電機4000kW，風門開度100%，使用變頻器沒有優(yōu)勢。

320m²燒結機主抽風機配套2臺5600kW電機，2010年7月完成變頻改造。

400m²燒結機主抽風機配套2臺7500kW電機，2008年設計時選用高壓變頻，2009年8月運行，為國內(nèi)首臺國產(chǎn)8000kW大功率變頻器的應用。

二、抽風燒結工藝

三、案例介紹

濟鋼400m²燒結主抽風機7500kW/10kV同步電機變頻器應用

3.1 項目背景

主抽風機是燒結生產(chǎn)的主要工藝設備，其風壓、風量的變化，直接關系到燒結礦的產(chǎn)量與質(zhì)量，而其電耗一般又占整個生產(chǎn)線的50%左右。

國內(nèi)大型燒結機的主抽風機，考慮到生產(chǎn)安全和燒結系統(tǒng)不穩(wěn)定的漏風率（一般30%左右），在設計、選型、制造等環(huán)節(jié)都適當放大（一般放大10%），造成風機普遍偏大。

因為電動機功率大，2008年時，行業(yè)基本采用降壓啟動或變頻啟動，啟動結束后將電動機切換到工頻運行。該方式啟動穩(wěn)定，對電網(wǎng)沖擊減小，缺點是運行時靠調(diào)節(jié)風門擋板來調(diào)節(jié)燒結機生產(chǎn)需要的風量，而且一般風門開度都在45%～65%之間，電能的損失和浪費明顯。

如果用變頻器控制，可將風門全開，通過調(diào)節(jié)變頻器頻率來得到燒結機生產(chǎn)需要的風量，可節(jié)能20%以上。

400m²燒結機主抽設計高壓變頻器，基于以下認識：

1） 除塵風機使用變頻的經(jīng)驗和節(jié)電效益

2） 320m²1500KW成品除塵風機的成功投運經(jīng)驗。

3）對主抽變頻進行節(jié)電測算，節(jié)電率保守估計20%，年效益近千萬元

4）燒結主抽使用變頻是發(fā)展趨勢，濟鋼愿先吃螃蟹，愿嘗試相應風險

3.2 設備參數(shù)      

濟鋼400m²燒結機設計時，考慮到經(jīng)濟性，將燒結機兩個煙道一個設計為脫硫煙道，另一個為非脫硫煙道，為今后單煙道脫硫做好準備。頭尾部含硫量高的煙氣進入脫硫煙道，中部含硫量低的煙氣進入非脫硫煙道。

400m²燒結機主要工藝參數(shù)：

大煙道負壓：-8－-13kPa

風機入口溫度：130℃

料層厚度：800mm

風機參數(shù)：

1）制造商：沈陽鼓風機有限公司（國產(chǎn)大風機的應用）

2） 風機型式：雙吸入離心式

3） 風機型號：SJ20000-14T

4） 處理煙氣量：20000m³/min，全壓為17000Pa

5） 風機軸功率：6462kW（130℃）

6） 風機軸功率：6994kW（80℃）

7） 數(shù)量：2臺

8）制造商配套2臺7500 kW電動機和有刷勵磁裝置

電機參數(shù)：

1）制造商：上海電機廠

2） 型號： T7500-6/1730同步電動機

3） 額定功率：7500 kW

4） 定子額定電壓/電流：10kV/ 494A

5） 轉(zhuǎn)子額定電壓/電流：300V/ 380A

6） 額定轉(zhuǎn)速：1000r/min

7） 功率因數(shù)（cosφ）：0.98

3.3 技術方案

2臺主抽風機采用2臺高壓變頻器調(diào)速的運行方式，不設工頻軟起裝置，不允許工頻直接啟動。

根據(jù)上述工況利德華福提供了二拖二互為備用的方案，主要由2臺高壓變頻器、14臺高壓斷路器、2臺激磁涌流抑制+電抗器柜、2套空-水冷卻系統(tǒng)、1臺協(xié)調(diào)控制柜組成。

主要技術特點：

● 首次使用雙整流變壓器

● 協(xié)調(diào)控制的二拖二

● 工、變頻無擾動同步切換及飛車啟動

● 同步啟動

● 全密封空—水冷

● 簡單的一鍵操作

1） 首次使用雙整流變壓器

2） 協(xié)調(diào)控制的一拖多

以TF1變頻調(diào)速裝置出現(xiàn)故障的工況為例說明。

兩套變頻器的協(xié)調(diào)控制由獨立的一臺協(xié)調(diào)控制柜實現(xiàn)。

整個切換過程3-5分鐘，滿足工藝上不停機的需要！

3） 控制邏輯

4） 工、變頻無擾動同步切換及飛車啟動

同一臺變頻器可以由變頻運行狀態(tài)，無擾動切換到工頻運行

同一臺變頻器可以在工頻運行狀態(tài)，無擾動切換到變頻運行

關鍵技術：比較變頻器輸入、輸出兩側的電壓、頻率和相位，通過軟件計算同期，即鎖相，鎖定同期后進行變頻與工頻間切換，實現(xiàn)無擾動。

變頻器可在電機轉(zhuǎn)動情況下飛車啟動，自動找到轉(zhuǎn)速對應的頻率

5） 同步啟動

由變頻器控制勵磁柜運行

啟動時，變頻器先控制勵磁柜，給同步電機轉(zhuǎn)子勵磁

變頻器根據(jù)勵磁反饋，從0Hz開始，逐漸提高頻率，電機緩慢啟動

6）全密封空--水冷

全密封設計保證變頻器室內(nèi)不與室外產(chǎn)生空氣流動，有效保持室內(nèi)潔凈。

2套水冷系統(tǒng)小時消耗水量達270立方米。

7）簡單一鍵操作

3.4 設備運行節(jié)能情況

該項目于2009年6月開始設備安裝、調(diào)試，8月實現(xiàn)成功投用。試生產(chǎn)期間，燒結機產(chǎn)量因受高爐影響處于限產(chǎn)階段，利用系數(shù)0.65－0.83，燒結噸礦電耗31－36度（不包括原料區(qū)域電耗）。

1、主抽風機變頻投運操作

主抽風機投產(chǎn)運行后，正常生產(chǎn)風門開度95％，一般不再進行調(diào)整。根據(jù)不同的燒結生產(chǎn)過程，調(diào)整變頻器頻率30－45Hz，轉(zhuǎn)速對應為600rpm~900rpm。

2、節(jié)能效果

濟鋼400m²燒結機主抽高壓變頻系統(tǒng)自2009年8月投產(chǎn)運行至今，設備運行穩(wěn)定，節(jié)電率超過20%，每年節(jié)省電費合計一千多萬元。

3.5 濟鋼燒結主抽風機變頻的應用

四、喘振探析

4.1 喘振現(xiàn)象

兩臺風機在冷態(tài)下，轉(zhuǎn)子的振動全部正常，達到設計要求，但在熱負荷試車時風機轉(zhuǎn)子喘振超標。另外，1# 風機在冷態(tài)、工作狀態(tài)時風機電流比2# 風機大50~100A , 電流波動也比2# 風機大的多。

為了維持燒結機正常生產(chǎn)，通過采用限制1＃ 主抽風機轉(zhuǎn)速、限制進口風門開度的措施維持生產(chǎn)，即將1＃ 風機轉(zhuǎn)速控制在750rpm 以下、風門在90%，2＃ 風機風門開到60% ，轉(zhuǎn)速為900rpm 的范圍內(nèi)，避開1# 機喘振區(qū)。通過這種方式盡量多給2＃ 風機較大風量、速度，少給1＃ 風機加負荷，以此來滿足400 m²燒結機投產(chǎn)初期設備運行效率暫時不滿負荷的生產(chǎn)現(xiàn)狀。

如下數(shù)據(jù)為2009年9月4-6日的運行數(shù)據(jù)：

這樣的生產(chǎn)嚴重制約燒結機高效運行，給生產(chǎn)帶來很大不便，且對風機的壽命也有很大影響，所以解決1＃主抽風機喘振問題迫在眉捷。

4.2 問題分析

引起風機喘振的原因有多種：

（1）聯(lián)軸器安裝歪斜或葉輪制作問題；

（2）轉(zhuǎn)子動平衡不好；

（3）由于脫S 的原因分配給兩臺主抽風機風量不均問題。

經(jīng)分析研究，可排除問題1，如有聯(lián)軸器聯(lián)接問題，則風機在冷態(tài)運轉(zhuǎn)時就能發(fā)現(xiàn)；可以排除了1＃風機葉輪制作問題，同時根據(jù)冷態(tài)運行測試數(shù)據(jù)可能判斷兩臺風機的性能一致。

1＃風機在熱態(tài)運轉(zhuǎn)時，在一定運行范圍內(nèi)會出現(xiàn)劇烈喘振，但一回到冷態(tài)時則運行正常，所以也可以排除是風機轉(zhuǎn)子受熱應力釋放變形導致動不平衡引起的振動，這時也可將原因2 的可能性排除。

因此有可能就是原因3。

4.3 問題初步解決

通過進行多種工況下1#主抽風機喘振區(qū)域試驗，積極尋找風機發(fā)生喘振的風量、負壓、風機轉(zhuǎn)速、風機進口風門的開度范圍，同時進行工藝整改：

A：在兩臺風機進風口三通管道增加隔板，重新分配兩臺風機風量，盡量減少2#風機搶風而引起1#風機的喘振。

B：對兩臺風機進口風道增加圓鋼支撐，目的是增強系統(tǒng)鋼性，降低振動。

C：出風口與進風口連在一起，中間安裝蝶閥，有必要時打開蝶閥補充進風風口風量。

經(jīng)過上述改造后，問題稍有好轉(zhuǎn)，但依然沒有徹底解決。

4.4 問題再次分析

我們又分析了風機廠家提供的1#風機設計性能曲線。

該風機在轉(zhuǎn)速823rpm，負壓11.5kPa，進口煙氣密度0.717kg/m³，效率86% 時，處理煙氣量為16000 m³/min左右。

而現(xiàn)場實際測得1# 風機在轉(zhuǎn)速750rpm ，負壓11 kPa，效率86% 時，實際處理的煙氣量只有8000 m³/min 左右，與設計處理煙氣量差距很大。

與此同時，2#風機在轉(zhuǎn)速1000rpm，負壓11.5 kPa，效率86% 時，在風門開度不到1# 風機一半的情況下，風量為15000 m³/min 左右，與設計值基本吻合。

4.5 問題最終解決

我們由此判斷，造成喘振的原因是煙道設置與實際工況不匹配。在2010 年11 月中修中，我們將煙道徹底分開，實現(xiàn)煙道兩個風機均勻配置，1# 主抽喘振問題得到了徹底解決。      

五、高壓變頻器在主抽風機上應用的亮點

考慮到除鱗泵電機受到的沖擊力大、負荷力矩頻繁波動的特點，根據(jù)電機和負載的轉(zhuǎn)動慣量參數(shù)、電機和負載的n-T 曲線、加減速時間的要求，利德華福公司高壓變頻器有如下放大的選型：

1、第一例節(jié)能還款（EMC） 項目在濟鋼實施

2、最大的國產(chǎn)變頻器在同類設備中第一次使用

3、實現(xiàn)同步電機勵磁電流的自動調(diào)節(jié)

4、同步投切技術的成功應用，實現(xiàn)變頻-工頻無擾切換。

5、實現(xiàn)了兩臺變頻器互為備用

6、采用更加人性化的系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制技術，采用觸摸屏和操控開關雙保險操作設計，增加了系統(tǒng)控制的可靠性。

7、高壓變頻器的成功投用避免了風機喘振嚴重影響生產(chǎn)的問題。

如果按當初設計為軟啟動方式， 400燒結機將因1號風機喘振問題沒有解決而無法生產(chǎn)，正是因為煉鐵廠技術人員的堅持采用高壓變頻器，才避免了這一嚴重后果的發(fā)生。

六、結論

主抽風機是燒結機系統(tǒng)的關健設備之一，它的平穩(wěn)運行關系到燒結機的運行平穩(wěn)及潛能發(fā)揮。整套項目屬于大包交鑰匙工程（包括設備本體、土建、冷卻、控制等設計施工），通過濟鋼及利德華福工程師的密切配合，打破了以往大型燒結機主抽風機一定要選用進口風機的神話，只要對燒結機運行工況有正確認識，國產(chǎn)風機+高壓變頻調(diào)速技術是能夠滿足要求的。

同時采用變頻改造，大大提高了系統(tǒng)的自動化程度，實現(xiàn)了電機的軟啟動，延長了電機壽命，達到了節(jié)約電能降低廠用電率的目的，并且減少了因調(diào)節(jié)擋板而造成擋板和管道的磨損以及因經(jīng)常停機檢修所造成的經(jīng)濟損失，使維護量大大降低。