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利德华福高压变频调速系统在济钢烧结主抽风机的应用

供稿:北京利德华福电气技术有限公司 2014/7/3 10:24:55

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  • 关键词: 高压变频器 烧结主抽风机,冶金行业,节电
  • 摘要:北京利德华福电气技术有限公司为济钢4台烧结主抽风机配备2台HARVEST-S10/550、2台HARVEST-S10/410高压变频器。大大提高了系统的自动化程度,实现了电机的软启动,延长了电机寿命,达到了节电目的。

  一、济钢烧结情况介绍
 


  济钢现有烧结机5台:
  3台120m2烧结机,对应1#、2#1750m3高炉
  1台320m2烧结机,对应3#1750m3高炉
  1台400m2烧结机,对应1座3200m3高炉

  120m2烧结机3台主抽电机4000kW,风门开度100%,使用变频器没有优势。
  320m2烧结机主抽风机配套2台5600kW电机,2010年7月完成变频改造。
  400m2烧结机主抽风机配套2台7500kW电机,2008年设计时选用高压变频,2009年8月运行,为国内首台国产8000kW大功率变频器的应用。


  二、抽风烧结工艺
  

 三、案例介绍
 济钢400m2烧结主抽风机7500kW/10kV同步电机变频器应用
  3.1 项目背景
  主抽风机是烧结生产的主要工艺设备,其风压、风量的变化,直接关系到烧结矿的产量与质量,而其电耗一般又占整个生产线的50%左右。
  国内大型烧结机的主抽风机,考虑到生产安全和烧结系统不稳定的漏风率(一般30%左右),在设计、选型、制造等环节都适当放大(一般放大10%),造成风机普遍偏大。
  因为电动机功率大,2008年时,行业基本采用降压启动或变频启动,启动结束后将电动机切换到工频运行。该方式启动稳定,对电网冲击减小,缺点是运行时靠调节风门挡板来调节烧结机生产需要的风量,而且一般风门开度都在45%~65%之间,电能的损失和浪费明显。
  如果用变频器控制,可将风门全开,通过调节变频器频率来得到烧结机生产需要的风量,可节能20%以上。
  400m2烧结机主抽设计高压变频器,基于以下认识:
  1) 除尘风机使用变频的经验和节电效益
  2) 320m21500KW成品除尘风机的成功投运经验。
  3)对主抽变频进行节电测算,节电率保守估计20%,年效益近千万元
  4)烧结主抽使用变频是发展趋势,济钢愿先吃螃蟹,愿尝试相应风险
  3.2 设备参数      
 


  济钢400m2烧结机设计时,考虑到经济性,将烧结机两个烟道一个设计为脱硫烟道,另一个为非脱硫烟道,为今后单烟道脱硫做好准备。头尾部含硫量高的烟气进入脱硫烟道,中部含硫量低的烟气进入非脱硫烟道。
  400m2烧结机主要工艺参数:
  大烟道负压:-8--13kPa
  风机入口温度:130℃
  料层厚度:800mm
  风机参数:
  1)制造商:沈阳鼓风机有限公司(国产大风机的应用)
  2) 风机型式:双吸入离心式
  3) 风机型号:SJ20000-14T
  4) 处理烟气量:20000m�/min,全压为17000Pa
  5) 风机轴功率:6462kW(130℃)
  6) 风机轴功率:6994kW(80℃)
  7) 数量:2台
  8)制造商配套2台7500 kW电动机和有刷励磁装置
  电机参数:
  1)制造商:上海电机厂
  2) 型号: T7500-6/1730同步电动机
  3) 额定功率:7500 kW
  4) 定子额定电压/电流:10kV/ 494A
  5) 转子额定电压/电流:300V/ 380A
  6) 额定转速:1000r/min
  7) 功率因数(cosφ):0.98
  
        


  3.3 技术方案
  2台主抽风机采用2台高压变频器调速的运行方式,不设工频软起装置,不允许工频直接启动。
  根据上述工况利德华福提供了二拖二互为备用的方案,主要由2台高压变频器、14台高压断路器、2台激磁涌流抑制 电抗器柜、2套空-水冷却系统、1台协调控制柜组成。
  主要技术特点:
 首次使用双整流变压器
 协调控制的二拖二
 工、变频无扰动同步切换及飞车启动
 同步启动
 全密封空—水冷
 简单的一键操作
 
 

  1) 首次使用双整流变压器
  2) 协调控制的一拖多
  以TF1变频调速装置出现故障的工况为例说明。
  两套变频器的协调控制由独立的一台协调控制柜实现。
  整个切换过程3-5分钟,满足工艺上不停机的需要!
 


  3) 控制逻辑
 


  4) 工、变频无扰动同步切换及飞车启动
  同一台变频器可以由变频运行状态,无扰动切换到工频运行
  同一台变频器可以在工频运行状态,无扰动切换到变频运行
  关键技术:比较变频器输入、输出两侧的电压、频率和相位,通过软件计算同期,即锁相,锁定同期后进行变频与工频间切换,实现无扰动。
  变频器可在电机转动情况下飞车启动,自动找到转速对应的频率
  5) 同步启动
  由变频器控制励磁柜运行
  启动时,变频器先控制励磁柜,给同步电机转子励磁
  变频器根据励磁反馈,从0Hz开始,逐渐提高频率,电机缓慢启动
  6)全密封空--水冷
  全密封设计保证变频器室内不与室外产生空气流动,有效保持室内洁净。
  2套水冷系统小时消耗水量达270立方米。
 


  7)简单一键操作
 

  3.4 设备运行节能情况
  该项目于2009年6月开始设备安装、调试,8月实现成功投用。试生产期间,烧结机产量因受高炉影响处于限产阶段,利用系数0.65-0.83,烧结吨矿电耗31-36度(不包括原料区域电耗)。
  1、主抽风机变频投运操作
  主抽风机投产运行后,正常生产风门开度95%,一般不再进行调整。根据不同的烧结生产过程,调整变频器频率30-45Hz,转速对应为600rpm~900rpm。
  2、节能效果
  济钢400m2烧结机主抽高压变频系统自2009年8月投产运行至今,设备运行稳定,节电率超过20%,每年节省电费合计一千多万元。
  3.5 济钢烧结主抽风机变频的应用

  四、喘振探析
  4.1 喘振现象
  两台风机在冷态下,转子的振动全部正常,达到设计要求,但在热负荷试车时风机转子喘振超标。另外,1# 风机在冷态、工作状态时风机电流比2# 风机大50~100A , 电流波动也比2# 风机大的多。
  为了维持烧结机正常生产,通过采用限制1# 主抽风机转速、限制进口风门开度的措施维持生产,即将1# 风机转速控制在750rpm 以下、风门在90%,2# 风机风门开到60% ,转速为900rpm 的范围内,避开1# 机喘振区。通过这种方式尽量多给2# 风机较大风量、速度,少给1# 风机加负荷,以此来满足400 m2烧结机投产初期设备运行效率暂时不满负荷的生产现状。
  如下数据为2009年9月4-6日的运行数据:

 

 

  这样的生产严重制约烧结机高效运行,给生产带来很大不便,且对风机的寿命也有很大影响,所以解决1#主抽风机喘振问题迫在眉捷。
  4.2 问题分析
  引起风机喘振的原因有多种:
  (1)联轴器安装歪斜或叶轮制作问题;
  (2)转子动平衡不好;
  (3)由于脱S 的原因分配给两台主抽风机风量不均问题。
  经分析研究,可排除问题1,如有联轴器联接问题,则风机在冷态运转时就能发现;可以排除了1#风机叶轮制作问题,同时根据冷态运行测试数据可能判断两台风机的性能一致。
   1#风机在热态运转时,在一定运行范围内会出现剧烈喘振,但一回到冷态时则运行正常,所以也可以排除是风机转子受热应力释放变形导致动不平衡引起的振动,这时也可将原因2 的可能性排除。
  因此有可能就是原因3。
  4.3 问题初步解决
  通过进行多种工况下1#主抽风机喘振区域试验,积极寻找风机发生喘振的风量、负压、风机转速、风机进口风门的开度范围,同时进行工艺整改:
   A:在两台风机进风口三通管道增加隔板,重新分配两台风机风量,尽量减少2#风机抢风而引起1#风机的喘振。
  B:对两台风机进口风道增加圆钢支撑,目的是增强系统钢性,降低振动。
  C:出风口与进风口连在一起,中间安装蝶阀,有必要时打开蝶阀补充进风风口风量。
  经过上述改造后,问题稍有好转,但依然没有彻底解决。
  4.4 问题再次分析
  我们又分析了风机厂家提供的1#风机设计性能曲线。
 
  该风机在转速823rpm,负压11.5kPa,进口烟气密度0.717kg/m�,效率86% 时,处理烟气量为16000 m�/min左右。
  而现场实际测得1# 风机在转速750rpm ,负压11 kPa,效率86% 时,实际处理的烟气量只有8000 m�/min 左右,与设计处理烟气量差距很大。
  与此同时,2#风机在转速1000rpm,负压11.5 kPa,效率86% 时,在风门开度不到1# 风机一半的情况下,风量为15000 m�/min 左右,与设计值基本吻合。
  4.5 问题最终解决
  我们由此判断,造成喘振的原因是烟道设置与实际工况不匹配。在2010 年11 月中修中,我们将烟道彻底分开,实现烟道两个风机均匀配置,1# 主抽喘振问题得到了彻底解决。      
五、高压变频器在主抽风机上应用的亮点
考虑到除鳞泵电机受到的冲击力大、负荷力矩频繁波动的特点,根据电机和负载的转动惯量参数、电机和负载的n-T 曲线、加减速时间的要求,利德华福公司高压变频器有如下放大的选型:
  1、第一例节能还款(EMC) 项目在济钢实施
  2、最大的国产变频器在同类设备中第一次使用
  3、实现同步电机励磁电流的自动调节
  4、同步投切技术的成功应用,实现变频-工频无扰切换。
  5、实现了两台变频器互为备用
  6、采用更加人性化的系统协调控制技术,采用触摸屏和操控开关双保险操作设计,增加了系统控制的可靠性。
  7、高压变频器的成功投用避免了风机喘振严重影响生产的问题。
  如果按当初设计为软启动方式, 400烧结机将因1号风机喘振问题没有解决而无法生产,正是因为炼铁厂技术人员的坚持采用高压变频器,才避免了这一严重后果的发生。
  六、结论
  主抽风机是烧结机系统的关健设备之一,它的平稳运行关系到烧结机的运行平稳及潜能发挥。整套项目属于大包交钥匙工程(包括设备本体、土建、冷却、控制等设计施工),通过济钢及利德华福工程师的密切配合,打破了以往大型烧结机主抽风机一定要选用进口风机的神话,只要对烧结机运行工况有正确认识,国产风机 高压变频调速技术是能够满足要求的。
  同时采用变频改造,大大提高了系统的自动化程度,实现了电机的软启动,延长了电机寿命,达到了节约电能降低厂用电率的目的,并且减少了因调节挡板而造成挡板和管道的磨损以及因经常停机检修所造成的经济损失,使维护量大大降低。


 

审核编辑(王静)
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