包钢集团球团厂鼓干风机高压变频改造
发布时间：2017-06-02 作者：太阳集团8722c
1引言
包钢集团固阳矿山公司是包头钢铁集团的一个全资子公司。一期球团生产线建设1条240万t/a链箅机-回转窑球团生产线及配套设施。贫矿经过选矿后的精矿粉和富矿加工过程中产生的富矿粉不能直接进入高炉冶炼，必须重新造成块。常用的造块方法有烧结和球团。在粉状铁物料中配入相当数量的容积和燃料，在烧结机上点火燃烧，借助燃料燃烧的高温作用产生一定数量的液相，把其他未熔化的烧结料颗粒粘接起来，冷却后成为多空质块矿。球团生产是使用不宜烧结的精矿粉和其他含铁粉料造块的一种方法。
固阳矿山公司球团的焙烧设备采用链篦机-回转窑方式。其工艺流程如图1所示。
图1 链回环系统
球团在连回环系统上走的过程：鼓干风机-南北回热风机-预热1段-预热2段-回转窑-1号环冷-2号环冷-3号环冷-4号环冷。
生球干燥与预热在链箅机上完成。干燥预热分为鼓风干燥段、抽风干燥段、预热I段和预热II段。
生球干燥与预热在链箅机上完成。干燥预热分为鼓风干燥段、抽风干燥段、预热I段和预热II段。其中鼓风干燥段主要是：生球在鼓风干燥段内用200～250℃的干燥气流进行干燥，除去生球的物理水。鼓风干燥段用热气流来自环冷机第三冷却段热废气。环冷机三冷段热废气温度在300～350℃之间，因此在管道上设有兑冷风阀，兑入部分冷风，以使鼓风干燥段风温控制在200～250℃。鼓风干燥段长9.0m，设3个3m风箱。鼓风干燥段干燥时间为3min。
2 鼓干风机变频改造的必要性
球团生产中首选经过鼓干风机抽取干燥气流进行干燥，除去生球的物理水。由于受球团生产中诸多因素的影响，在生产过程中常常需要根据链篦机的实际情况不断调整鼓干风机的风量、风压等风系统参数，使之满足球团生产需要。
球团鼓干风机采用液力耦合器调速，液偶调速有以下特点：
2.1液力耦合器调速
液力耦合器是通过控制工作腔内工作油液的动量矩变化，来传递电动机能量并改变输出转速的，液力耦合器可以实现负载转速无级调节，在变频器未应用以前，液力耦合器不失为一种较为理想的交流电机调速方式。液力耦合器技术存在着局限性，主要表现在：
（1）风机的效率低，损耗大，尤其低速运行时，效率极低。
（2）调节精度低、线性度差，响应慢。
（3）启动电流仍比较大，影响电网稳定。
（4）液力耦合器故障时，无法切换至工频旁路运行，必须停机检修。
（5）漏油严重，维护工作量大，影响生产。
链篦机运行工况需风量随时变化，因此该鼓风机需要多种速度来适应。由于液力耦合器不能适应频繁的调速，鼓风机基本为恒速运行，仅通过现场阀门开度来达到干燥效果，大量电量浪费在挡板上，风机运行效率低下。因此出球团鼓干风机改造势在必行。
2.2变频调速
在交流调速中，交流电机的调速公式N=60f1(1-s)/p，而电机功率P′=P(N′/N) ³，当电机频率下降时，电机的转速成比例减小，流量按（2）式比例减小，功率按（1）式大大降低，从而达到节能的目的。
其减少的功耗 △P=P0〔1-(N1/N0)³〕 （1）式
减少的流量 △Q=Q0〔1-(N1/N0)〕 （2）式
其中N1为改变后的转速，N0为电机原来的转速，P0为原电机转速下的电机消耗功率，Q0为原电机转速下所产生的流量。
由上式可以看出流量的减少与转速降低的一次方成正比，功耗的减小与转速降低的三次方成正比，因此改变频率，节能效果显著。
在节能改造实际应用过程中，变频调速是较有优势的调速方式，变频器调速的优点是调速效率高，调速精度高，调速范围宽，可实现无级调速，操作简便，且易于实现生产工艺控制自动化。所以现阶段许多的高压变频改造都是在原设备有液力耦合器的基础上进行改造。
3高压变频器技术要求及改造方案
包钢集团固阳矿山公司球团厂领导选用山东太阳集团8722c发展有限公司生产的“风光牌”高压变频器对球团鼓干风机进行变频改造，选用JD-BP38-1000F（适配1000kW/10kV电机）型高压变频器，配置手动旁路柜，一拖一控制。
3.1鼓干风机变频控制方案
球团在生产过程中常常需要根据链篦机的实际情况不断调整鼓干风机的风量等风系统参数，使之满足球团生产。通过变频调速器对链篦机处于产量小时电机自动降速运行，从而达到节能降耗的目标。
通过目前已有的DCS系统调节变频器频率来调节鼓干风机风量。利用DCS对变频器进行启动、停机、调速等控制，并可在DCS上显示变频器的运行数据和当前状态，实时监控系统运行。操作方面，有远程控制和本地控制两种控制的方式，这两种控制方式可提高系统的安全性能。变频器包括一台内置的PLC，用于柜体内开关信号的逻辑处理，以及与现场各种操作信号和状态信号(如RS485)的协调，并且可以根据用户的需要扩展控制开关量，增强了系统的灵活性。利用高压变频器根据实际需要对鼓干风机进行变速运行，既保证和改善了工艺，又达到节能降耗的目的和效果。
为了保证链篦机生产系统的可靠性，变频器装置具有工频旁路装置，当变频器发生故障停止运行时，电机切换到工频下运行，这样可以保证生产干燥要求，提高了整个系统的安全稳定性。
3.2鼓干风机主回路旁路功能
为了最大限度地提高设备的利用率，使变频发生故障时也能保证风机的正常运行，从而保证生产。保留原有工频启动系统，保留电机综合保护装置（工频时投入）。采用一拖一手动工/变频切换方案。在变频器发生故障时，能手动切换到原来的工频启动方式，保证生产继续运行。系统手动旁路柜一次回路如图2所示。
变频器高压进线端直接接于10kV电压等级的主动力电源，输出侧直接连接电机。DL用户现场高压断路器，为了实现对变频器故障保护，变频器与DL的合、分闸回路实现连锁，只有变频器控制系统正常才允许DL合闸，而变频器重故障则跳开DL。
图2 手动旁路柜
3.3 原液力耦合器的改造处理 由于设备原先使用液力耦合器，现改用高压变频控制，考虑到风机运行的稳定性，一般采用以下方法进行改造：
第一种方式是将液力耦合器保留调速开度值调整为100%输出，由变频调整电机转速。这种方法没有根除液力耦合器的弊端，对液力耦合器的维护同样存在；同时由于液力耦合器本身的效率问题，造成节能率下降。
第二种方式是拆除液力耦合器，将电机向前移位、采用直接联接方式，需重新制作电机基础，工程改造时间长，由于客户停电检修时间很短，所以此方案不可行。
第三种方式是拆除液力耦合器，将电机原地不动，采用特制挠性联轴器联接，本次改造中采用这种方式，联轴器安装十分便利，对生产不会产生较大影响。2013年11月高压变频器投入使用。经过近几个月的运行，联轴器安全可靠。
4节能计算
（1）改造现场设备介绍改造现场设备铭牌如表1所示。
（2）节能效果计算 固阳矿球团厂鼓干风机变频改造后，取得了显著的节能效果，改造前风机采用液耦启动，风门调节，风门的开启经常在70%左右；改造后，液耦去掉，采用联轴器风机与电机直接相联接，风门全开，电机变速运行。因现场工况变化不是很大，变频调速系统一般运行在41Hz左右，与调节档板时的消耗功率大大减少，节电效果与经济效益显著，变频改造前后，鼓干风机的运行数据如表2所示。
改造后，鼓干风机的节能率为：（809.3-513.2）/809.3=36.6%，该引风机年运行时间按300天，每天运行24小时。每度电按0.5元计算，年节省电费：
（809.3-513.2）kW×24h×300d×0.5元/ kW• h =1065960元。
5结束语 风光JD-BP38系列高压变频器在包钢集团固阳矿山公司球团厂鼓干风机的调速改造中应用是成功的。高压变频器的先进性、可靠性已得到许多工业应用的证实。在各行各业，对于许多高压大功率的风机水泵设备推广和采用高压变频调速技术，不仅可以取得相当显著的节能效果，而且也得到国家产业政策的支持。
