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合康变频变频技术助力龙腾特钢节能减排

供稿:北京合康新能科技股份有限公司 2012/11/6 9:33:11

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  • 关键词: 节能 耗能 矿冶
  • 摘要:节能环保已成为“十二五”时期我国发展两型社会的重要战略之一,高科技节能技术及产品俨然已成为各行各业节能减排的首选解决方案。尤其是对于耗能高居榜首的矿冶行业,采用行之有效的节能解决方案,势在必行。

  节能环保已成为“十二五”时期我国发展两型社会的重要战略之一,高科技节能技术及产品俨然已成为各行各业节能减排的首选解决方案。尤其是对于耗能高居榜首的矿冶行业,采用行之有效的节能解决方案,势在必行。

  作为国内同行业规模最大、品种最齐的冶金生产基地,龙腾特钢积极响应“十二五规划”,继续延伸绿色发展,加快推进产品结构调整和技改升级项目,以实现冶金行业循环经济和节能减排的绿色示范工厂的建设。在项目的节能升级改造过程中,合康变频凭借其雄厚的技术实力和专业能力,最终被选择作为龙腾特钢的节能顾问,以对公司耗能设备进行考察分析。

改造传统 突破瓶颈
  合康变频富有节电计算经验的资深专家亲自赴公司考察,发现其高线加热炉的煤气引风机、空气鼓风机存在很大的用电浪费及能源消耗。因此龙腾特钢重点改造项目之一为高线加热炉的煤气引风机和空气鼓风机,其节能降耗的主要控制指标在于煤气的燃烧比及用电效率,传统方法多用风门档板、阀门和机械调速来控制鼓(引)风机的流量,其设计上并未考虑节能目的,同时,工艺及生产任务的不同,合理控制空气和煤气的流量比以达到高效率燃烧,传统的控制方式采用人工操作、耗电高、控制精度低,鼓风量太大把燃烧的热量带走了,空气风量不足,煤气燃烧不充分,易因操作不当而产生环境污染。 

  其中涉及到很多设备都是风机水泵类变负载,其风机水泵的选型原则和设计误差就决定了其配用的电机有很大的余量,而通过传统挡板阀门调节流量和压力更是让风机水泵偏离额定工作点,大大的降低了风机水泵的运行效率。而冶金行业许多大功率的设备启动一般都是通过直接启动、自耦降压、软启和先关闭阀门待风机水泵启动后在打开阀门的方式,不管哪种方式,其对电网的都有很大的冲击。

  通过以上分析,合康变频建议用户通过变频调速的方式,进行节能降耗,并通过变频器实现真正平滑的软启过程,减少人员操作维护成本简化生产工业流程,提高企业生产效率。

  变频器可靠稳定运行,操作方便,谐波对电网污染小,抗干扰能力强,能通过通讯或硬接线的方式与上位机组态,使操作人员能够在中控室通过DCS系统监测到各个设备的运行状态,并只需在组态画面上给定频率即可得到工艺所需要的流量和压力。

整合解决方案 方便高效
  合康变频针对客户节能改造项目的特殊需求,通过在现场采集满足工艺所需要的流量和压力,并在工频条件下的运行电压电流等参数对变频改造的节电率做出准确的计算,根据现场低压电气的安装环境为龙腾特钢量身定制,提供整合解决方案。根据控制要求提供变频一体柜,一体柜有手动工变频切换,自动工变频切换、一用一备共变频旁路,充分达到节能减排效果。具体改造方案如下:

高线加热炉控制系统的改造 

  由离心风机的工作原理可知流量Q与转速N成正比,扬程H与转速N的平方成正比,轴功率P与转速N三次方成正比,电机的转速N与电源频率F成正比,因此改变电源频率,可改变电动机即鼓(引)风机的转速,从而达到调节煤气与空气流量的目的。 

原设备工况 
  现加热炉是连续恒速运行的,且流量的控制是通过调节管路中调节阀实现的,采用调节阀调节时,由于阀门的开度的减小,风机出口的压力上升,阀门两边的压差将增大,造成能量的浪费同时还易损害阀门和轴承的磨损,而且一旦需要调节流量时,需要人到现场去人为打开阀门,操作不变,控制精度也不高。 

改造方案 
  在保留原系统工频设备做备用的情况下,给原系统安装合康变频HID300,水泵、风机专用变频器,变频器故障输出继电器常开触点连延时继电器再连原工频主回路接触器,确保变频器故障情况下加热炉鼓(引)风系统正常运行。通过将变频与其中控室的西门子PLC组态,PLC通过模拟量模块控制变频器频率,数字量输出控制变频器的启停。变频本身通过数字量、模拟量的输出反馈给组态画面变频器的状态和运行频率。从而让操作人员能实时监测系统设备运行状态,出现故障是能及时排除问题;HID300变频器还专门根据离心风机运行特性给变频器设定了转速追踪功能,可以满足在风机还未完全停稳时再启动,使风机停机再启动时无需长时间的去等待风机完全停稳。不仅如此,合康变频还根据客户低压配电室的安装条件,为客户提供4台一体并柜共母排电控柜,整个改造项目只需客户提供三相电源即可。

锅炉鼓(引)风控制系统的改造 

原现场工况
  加热炉的鼓(引)风机的风量原现场采用阀门调节,加热炉控制室到阀门的距离较远,操作不便还不易控制准确,风量调节过大,空气含氧量超标,浪费了热能;风量调节过小,煤气燃烧不充分又增加了能源消耗;高速运行的风机产生的噪音对环境也产生极大的污染;由于长时间高速运行,风机轴承和电机温升都很高,设备的使用寿命降低。 

变频器工作状况
  安装HID300系列变频器后,操作人员在控制室根据工艺要求,随时调整鼓(引)风机的转速,减少了噪音对环境的污染(电机均运行于额定转速以下,风的噪音随之下降),由于鼓引风机长期低于额定转速的状态之下运行电机及风机的轴承不易损坏,延长了使用寿命,电机的发热量也减少了,维修量下降。停机时间减少,节约了大量的维修费用。 
节能效果
  一般设计中风机、水泵设备额定的风量、流量通常都超过实际需要的风量、流量,且运行中风量、流量都是实时变化的,而现场采用阀门来调节风量的调节方式,虽然方法简单,但实际上是通过人为增加阻力的办法达到调节的目的,这种节流调节方法效率很低。
  离心式风机在变速调节的过程中,如果不考虑管道系统阻力R的影响,且风压H随流量Q成平方规律变化,则风机的效率可在一定的范围内保持最高效率不变(只有在负荷率低于80%时才略有下降)。图1给出了某风机采用风门挡板调节和变速调节方式时,风机的效率-流量曲线。

  由图1可知:在风机的风量由100%下降到50%时,变速调节与风门挡板调节方式相比,风机的效率平均高出30%以上。因而,从节能的观点来看,变速调节方式为最佳调节方式。另外,采用定速驱动时,风机靠风门挡板,水泵则靠阀门开度来调节流量,除产生大量的节流损耗外,反应速度慢,甚至可导致靠它作为调节手段的自动调节装置无法投入,影响整个工业过程的总体协调控制无法投入。采用调速驱动后,过程的可控性提高了,响应速度加快,控制精度也提高了。从而进一步节约能源。同时,采用变速调节以后,可以有效地减轻机械叶轮和轴承的磨损,延长设备使用寿命,降低噪声,大大改善起动性能。工艺条件的改善也能够产生巨大的经济效益。

  图1风机采用风门挡板调节和变速调节方式时,风机的效率-流量曲线。
  从流体力学原理知道,风机风量与转速及电机功率的关系,用下述关系式表示: 
  式中,Q-风量(流量)H-风压(扬程)P-轴功率n-转速
  Q2/Q1 = n2/n1 
  H2/H1 = (n2/n1)2
  P2/P1= (n2/n1)3
  故当风机的转速降低到原额定转速的一半时,对应工况点的流量、全压、轴功率各下降到原来的1/2、1/4和1/8,换句话说,用变速调节方式调节流量可使轴功率值大大下降,这也就是变速调节方式可以大幅度节电的原因。

  变频调速的特点是效率高,没有因调速带来的附加转差损耗,调速的范围大,精度高、无级调速。容易实现协调控制和闭环控制,由于可以利用原鼠笼式电动机,所以特别适合于对旧设备的技术改造,它既保持了原电动机结构简单、可靠耐用、维护方便的优点,又能达到节电的显著效果,是风机水泵节能的最理想的方法。 

成功节能 效果明显 
  安装合康变频HID300系列变频器取代风门、档板、阀门控制流量后,其整体改造效果如下:
  1、综合节电约35%,约9个月回收投资。
  2、提高了燃烧效率,节省用煤气10%左右。 
  3、降低了排烟浓度,避免黑烟的环境污染。 
  4、提高了设备自动化程度,控制更精确、更方便、更及时。
  5、实现电机软起动,减小了电流 冲击
  6、降低设备运行损耗,延长设备使用寿命

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