淺析轉爐除塵風機節能技術改造

孫潔

摘要：隨著企業面臨的競爭加劇，通過技術改造實現企業能耗成本的降低的重要性日漸突出。本文首先分析了我國轉爐除塵風機節能的潛力，然后說明了轉爐除塵風機存在的問題，最后詳細闡述了轉爐除塵風機的節能技術改造要點。

關鍵詞：轉爐除塵風機；節能技術；液力耦合器；變頻

中圖分類號：TE08文獻標識碼： A

一、我國轉爐除塵風機節能的潛力分析

轉爐除塵風機的節能離不開兩個方面，一個是風機的研發、設計和生產，另一個方面就是風機的使用、維護和保養。在風機的設計方面，可以考慮采用三元流動葉輪，實驗數據表明，在同等流量以及壓力條件下，風機效率至少提升5%，甚至達到10%，在制造方面，通過積極應用葉輪、蝸殼等關鍵部件的研究成果，可以進一步提升制造精度；在通風機的調節節能技術應用上，依據生產不同需求采用動葉可調、雙速電動機、液力耦合器以及多級液力傳動裝置等，在鼓風機制造上，要積極引進先進國家的研究成果，例如瑞士的大流量離心式鼓風機、日本的多級離心式鼓風機等。當然，風機使用者是風機節能的最大潛力源，也是風機節能的推動者、踐行者。通過對風機的運行裝置、風機管網配置、風機運行調節、風機選型等方面進行改造，可以實現風機效率的有效提升。

二、轉爐除塵風機存在的問題

（一）液力耦合器調速范圍窄，沖擊電流大，影響電網穩定

液力耦合器調速范圍一般在30％～97％。液力耦合器不能實現電機和風機的轉速同步，采用液力耦合器時沖擊電流較大，影響電網的穩定。在風機高速運

行時，液力耦合器有丟轉現象，影響煙塵捕集效果。液力耦合器故障時，無法再用其它方式使其拖動的風機運行，必須停機檢修。

（二）液力耦合器調速過程中發熱嚴重

實際運行時液耦基本不參與調速，風機常速運行，轉速較為穩定，風門全開。在風機運行過程中，電機始終滿負荷運行。除密切監視液耦的發熱情況外，用電量很大，也增大了維護量和維護成本。

（三）采用液力耦合器時風機和電機的運行噪音大、電耗高

采用液力耦合器時風機和電機的運行噪音達到90dB 左右。液力耦合器的效率與轉速成正比，低速時存在效率低，功率因數低，調節線性度差、控制精度差等問題。

雖然除塵系統的運行工況具有一定的復雜性，但根據不同鋼種的冶煉工況及現場除塵負荷狀況，可知當風機變頻運行的風量為額定風量的80%～90%之間時，風機能較好地滿足除塵系統的工況要求且具有一個較大的節能空間。

三、轉爐除塵風機節能技術改造

（一）工況分析

轉爐在煉鋼過程的不同階段對除塵風量需求有明顯的不同，以吹氧冶煉為最大，出鋼后為最低。通過分析轉爐煉鋼過程，對一次除塵風機的控制設計以下方案：整個吹煉工藝周期約40 min，其中高速運行段時間約15 min，中速運行段時間約15 min，低速運行段時間為10min。一次除塵風機運行在高、中、低速三種狀態，高速定為42 Hz，中速為30 Hz，低速定為22 Hz，均可以調節?？煽紤]在冶煉準備前兌鐵水時由低速轉為中速，接收到下氧槍信號后使中壓變頻器升速進入高速運行，吹煉 900 s 內提氧槍時轉中速，以防補吹產生較大煙塵，得到出鋼信號后減速進入低速運行。循環流程：

二次除塵風機在完成中壓變頻改造后，升降速線性關系明顯，響應時間更快速，滿足將前頂吸閥門、側吸閥門和吹氬喂絲閥門與吹氧狀態聯鎖控制要求以一次除塵為主，二次除塵為輔；吹氧完成后，二次除塵根據各個工藝點閥門動作狀態進行高中低速連鎖，將爐前和管道內的剩余煙氣抽走，達到環保要求。

（二）設備選型

ZINVERT 系列高壓變頻調速系統是一種集電力電子技術、微電子技術、光電通信技術、計算機技術、自動化控制技術等為一體的高新技術產品。該產品通過“功率裂變”與高壓“再生”技術（“電池組”技術）的功率單元串聯，直接帶動高壓電機，具有對電網污染小、輸出諧波小的優良特性，各項技術指標嚴格符合相應標準最嚴酷要求，無需額外加裝濾波裝置即可適配各種電機，用戶采用 ZINVERT 系列高壓變頻時無需更換原有電機。

（三）變頻裝置原理圖

變頻裝置原理圖如圖所示。

圖 變頻裝置原理圖

1、移相變壓器

電網電壓經過二次側隔離變壓器降壓后給變頻器功率單元供電，輸入隔離變壓器采用多重化設計，以達到降低輸入諧波電流的目的。

2、功率柜

功率柜為三組輸入、單組輸出的交—直—交 SPWM 電壓源型逆變器結構，功率單元通過整流、逆變過程實現對驅動電機供電電源的頻率調節。變頻器采用 5 個獨立功率單元串聯的方式來實現高壓輸出。

3、控制器

控制器是變頻器的控制中心，它完成變頻器頻率調節的全過程控制、變頻器電氣保護功能實現及變頻器的人機交互與通訊接口功能實現。

采用變頻器調速方式替代液力耦合器調速，在可靠性與綜合性能提高的同時，電機的節能效率也大大改觀。

（四）變頻改造方案

按照液力耦合器的連接尺寸設計制作了一套直接連接軸來代替液耦。連接軸的基座安裝尺寸、軸連接中心尺寸、軸頸尺寸、軸與電機及風機側的連接背靠輪均與原液耦一致。安裝時，僅需將原液耦拆除，將連接軸代替液力耦合器，現場僅作少量調整即可達到安裝要求，而不用對風機及電機做任何調整，安裝方便快捷?？紤]到變頻器故障退出運行后，為了不影響生產，確保除塵系統正常工作，系統需配置工頻旁路，變頻器出現故障時，將電機投切到工頻下運行。

（五）通訊方案

中壓變頻器可實現遠程及就地控制，就地控制為在變頻器控制柜上將遠程/ 就地選擇開關打至就地，利用設備自帶啟動、停止按鈕進行操控?？刂乒裆显O計有聲音報警器、高壓帶電指示、緊急停機按鈕、輕故障報警、重故障報警以及待機狀態指示等直觀顯示，方便就地操作。

為適應遠程操作需求，減少人力成本，改造的除塵風機主要以遠程操作為主，要求將變頻器內原有的控制器系統改為西門子ET-200 PLC 系統后作為從站，掛在與各臺除塵風機相連的主控操作系統西門子S7-400 PLC下，通過 DP 網與除塵控制系統的S7-400 PLC通訊實現遠程控制。主控系統主要負責發送轉

速指令，接收從站的各種狀態反饋信號；從站負責接收轉速指令，反饋自身運行狀態，方便值班人員在遠程監控變頻器運行狀態，發生故障時可及時采取恢復措施。

（六）電網保護

由于中壓變頻器的接入，打破原有的從高壓控制柜直接到電機狀態，改為10kV高壓控制柜至變頻器控制柜再到電機，中間的變頻器自身又屬于一個獨立的控制系統和高壓單元，為防止因變頻器故障引起高壓控制柜異常，從而導致整體電壓異?；蛘咴郊壧l等供配電事故，有必要將變頻器與高壓控制柜之間形成保護連鎖。

對于主要故障，例如重故障信號發出，高壓控制柜必須立即跳閘以防止變頻器內部故障擴大影響電網，而變頻器內部需要檢測電壓是否有輸入，在高壓控制柜未合閘時不能啟動，確保無誤操作。為了適應不同電網情況，在120t轉爐區域內變頻器采取10.5kV∶10kV電壓比例輸出，利用變頻器內部自耦變壓器進行二次調壓，主要是考慮一直以來，該區域10kV電壓偏高，長期維持在10.5kV以上，而在150t轉爐區域則采用1∶1接法，因為該區域10kV電壓保持在正常范圍（10kV左右）。

參考文獻

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