【文章內(nèi)容簡介】 機實際耗電占總耗電 % 54% 設計百葉風門調(diào)節(jié)開度 0—90176。 1實際百葉風門調(diào)節(jié)開度 2實際百葉風門調(diào)節(jié)開度 280176。 2—78176。 額定電流 1134 小時風門 80176。開度均電流 (兩小時記錄一次 ) 2134 小時風門 78176。 昆鋼草鋪新區(qū)燒結廠 2燒結主抽風機同步電機高壓變頻改造 技術方案 第 4 頁 開 度均電流 (兩小時記錄一次 ) 111 小時風門 5176。開度均電流 211 小時風門 5176。開度均電流 258A 1180 小時綜合均電流 (兩小時記錄一次 ) 329A 2180 小時綜合均電流(兩小時記錄一次 ) 345A 額定電壓 10000V 實際電壓 10000V . 主抽風機技術參數(shù) 序 號 風機參數(shù) 一、風機名牌或隨機樣本參數(shù) 二、風機實際運行參數(shù) 1 風機型號與類型 SJ17000 風機入口風壓 Psr 1 2 KPa 2* 風機進 口壓力 MPa 風機出口風壓 Psc 1 2 KPa 3 風機出口壓力 MPa 1燒結煙道壓力 2燒結煙道壓力 1 212 KPa 4 額定流量 Qe 17000 m3/min 實際流量 Qs 113580 212960 m3/min 5 風機軸功率 Nz 5424 kW 風機實際功率 Ns kW 6 風機額定轉速 n 1500 r/min 風機實際轉速 1500 r/min 7 功率因數(shù) cosφ 風門實際開度 k 1280 2278 % 8 風機調(diào)節(jié)方式 ①
口擋板 □ ②入口擋板 √ ③入口導流器 □ 對應的電動機參數(shù) 一、電機名牌參數(shù) 二、電機實際運行參數(shù) 1 電動機型號 TSK63004\1600 實際電壓 US 10 kV 2* 額定功率 Pe 6300 kW 實際輸出功率 Ps 1 4843 2 5079 kW 3* 額定電壓 Ue 10000 V 實際電流 Is 1 329 2 345 A 4* 額定 電流 Ie A 5* 功率因數(shù) cosφ 實際運行功率因數(shù) cosφ 1 2 6 電機額定轉速 n 1500 r/min 實際電機轉速 n 1500 昆鋼草鋪新區(qū)燒結廠 2燒結主抽風機同步電機高壓變頻改造 技術方案 第 5 頁 r/min 其它信息 1 單位電價：元 /kWh 聯(lián)系人： 2 年平均運行時間（小時） 8160 聯(lián)系電話： 昆鋼草鋪新區(qū)燒結廠 2燒結主抽風機同步電機高壓變頻改造 技術方案 第 6 頁 3. 系統(tǒng)節(jié)能改造分析 本項目改造工程為昆鋼草鋪新區(qū)燒結廠 300m2 燒結主抽風機電機變頻改造。該燒結機配置兩臺主抽風機，主抽風機主電機為兩臺 10kV /6300kW 同步電機。通過現(xiàn)場 勘查調(diào)研，主抽風機原啟動方式為液阻啟動方式，此方式啟動電流大，對電網(wǎng)沖擊大。主抽風機采用百葉風門調(diào)節(jié)開度 來控制現(xiàn)場工藝所需風量，風門開度及主抽風機監(jiān)控信號如圖所示。 1實際角行程電動執(zhí)行調(diào)節(jié)開度 1實際百葉風門調(diào)節(jié)開度 2實際角行程電動執(zhí)行調(diào)節(jié)開度 昆鋼草鋪新區(qū)燒結廠 2燒結主抽風機同步電機高壓變頻改造 技術方案 第 7 頁 2實際百葉風門調(diào)節(jié)開度 2主抽反饋信號 . 變頻改造節(jié)能原理 從流體力學的原理得知，使用感應電動機驅動的風機負載，軸功率 P與流量 Q，揚程昆鋼草鋪新區(qū)燒結廠 2燒結主抽風機同步電機高壓變頻改造 技術方案 第 8 頁 H 的關系為： HQP ?? 當電動機的轉速由 n1變化到 n2時 ,Q、 H、 P與轉速的關系如下 : 1212 nn ?? (1) 21212 ?????????? nnHH (2) 2p = 1p 312????????? nn (3) 可見流量 Q和電機的轉速 n是成正比關系的，而所需的軸功率 P與轉速的立方成正比關系。所以當需要 80％的額定流量時，通過調(diào)節(jié)電機的轉速至額定轉速的 80％，即調(diào)節(jié)頻率到 40Hz 即可，這時所需功率將僅為原來的 ％。 如 圖 2所示，從風機的運行曲線圖來分析采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果。 調(diào)節(jié)前管網(wǎng)特性調(diào)節(jié)后管網(wǎng)特性揚程HH 2H 1BAQ 2 Q 1n 1n 2流量 QHBDelt(P) CO 圖 2 風機的運行曲線圖 當所需風量、流量從 Q1 減小到 Q2 時，如果采用調(diào)節(jié)擋板的辦法，管網(wǎng)阻力將會增加，管網(wǎng)特性曲線上移，系統(tǒng)的運行工況點從 A 點變到新的運行工況點 B點運行，所需軸功率P2 與面積 H2 Q2成正比；如果采用調(diào)速控制方式，風機轉速由 n1 下降到 n2，其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變，但風機的特性曲線將下移，因此其運行工況點由 A點移至 C點。此時所需軸功率 P3與面積 HB Q2成正比。從理論上分析 ，所節(jié)約的軸功率 Delt(P)與（ H2HB）（ CB）的面積成正比。 考慮減速后效率下降和調(diào)速裝置的附加損耗，通過實踐的統(tǒng)計，風機通過調(diào)速控制可節(jié)能 10％～ 40％，有些風機負載節(jié)能比例達 50%以上。 . 燒結廠主抽風機能耗分析 （ 1）新區(qū)燒結原設計選型的 6100KW 電機的實際功率不能滿足生產(chǎn)需求，故實際裝備昆鋼草鋪新區(qū)燒結廠 2燒結主抽風機同步電機高壓變頻改造 技術方案 第 9 頁 的電機為 6300KW,大馬拉小車現(xiàn)象突出。 （ 2）新區(qū)燒結在實際生產(chǎn)中由于工況的波動，燒結礦生產(chǎn)并不需要額定的參數(shù)流量，而主抽風機設計采用的百葉窗式擋板閥門調(diào)節(jié)流量的傳統(tǒng)方式，增大了供風系統(tǒng)的節(jié)流損失，導 致了大量的能量損耗在擋板閥門的截流過程中。（對風機而言，最有效的節(jié)能措施是采用調(diào)速來調(diào)節(jié)流量。由于風機大都為平方轉矩負載，軸功率則與轉速大致成立方關系，所以當風機轉速下降時，消耗的功率大大下降。） （ 3）新區(qū)燒結由于采取 增加風阻、電機能耗及犧牲風機效率的傳統(tǒng)擋板調(diào)節(jié)方式來達到 流量的調(diào)節(jié)，所以煙氣對擋板閥門和管道沖擊較大，風機等相關設備運行及維護稍不小心，損壞設備嚴重。 （ 4）新區(qū)燒結的擋板閥門執(zhí)行機構為 RD14000/F105H 角行程電動執(zhí)行機構，故障較多，不能適應長期頻繁調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)線性度差，構成閉環(huán)自動 控制較難，且動態(tài)性能不理想，即使在控制系統(tǒng)反饋信號顯示為 100%時，百葉窗實際調(diào)節(jié)角度也只有 78176。，從而加大了風阻，增加電機能耗及設備損耗。（即有一部份的能量浪費在了風門的壓頭損失上。把浪費的這部分能量節(jié)省下來，就是節(jié)電了。） （ 5）新區(qū)燒結主抽風機選配的電機為同步電動機，在保證風機功率穩(wěn)定的情況下，避免了異步電動機在直接起動時（起動電流一般達到電機額定電流的 6～ 8 倍）對電網(wǎng)造成的較大沖擊，但如前所述，新區(qū)燒結在實際生產(chǎn)中由于工況的波動，燒結礦生產(chǎn)并不需要額定的參數(shù)流量，因此，同步電機消耗電能所提供的穩(wěn)定的 風機功率及壓力的一部分浪費在了調(diào)節(jié)擋板上。 （ 6） 在 383個小時 191 次有記錄時間里， 1機最大開度 80176。作業(yè)時間 268 小時，＜ 80176。作業(yè)時間 98 小時，停機時間 17 個小時，＜ 80176。作業(yè)時間占有效作業(yè)時間的 27%；2機最大開度 78176。作業(yè)時間 266 小時，＜ 78176。作業(yè)時間 100 小時，停機時間 17 個小時，＜ 78176。作業(yè)時間占有效作業(yè)時間的 27%。從上述統(tǒng)計時間中不難看出，在 366 個小時的有效作業(yè)時間里，雙機小于最大開度的作業(yè)時間占總作業(yè)時間的 27%，而在這段時間里，電機消耗的電能和所提供的功率是滿負荷時的 工作狀態(tài)，如在考慮加上調(diào)節(jié)擋板實際開度為78176。＜ 90176。的設計開度的能耗，新區(qū)燒結兩臺主抽風機電機的節(jié)能空間可觀。 . 1燒結風機節(jié)電分析 1）改造前工頻運行功率： P 工 = U I COSΦ = 10 329 =； 其中： P工 —— 工頻實際運行功率， KW. 昆鋼草鋪新區(qū)燒結廠 2燒結主抽風機同步電機高壓變頻改造 技術方案 第 10 頁 2）改造后變頻運行估算功率 : 根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，可知工頻運行時，出口入口壓差為 P 實 =（ （ ）） =,實際流量為 Q實 = 103m3/min，由此可得出變頻運行的輸入功率： P 變 =(P 實 Q實 )/（ 3600*1000） / η機械 /η風機 =（ 103 103 60） /（ 3600*1000） /其中： P變 —— 變頻運行功率， KW. 節(jié)電率：（ P工 P變） /P 工 100%=（ ） / 100%=% 按年運行 8160 小時計算，可計算出年節(jié)電量： （ *%） 8160h= 萬 度 . 2燒結風機節(jié)電分析 1）改造前工頻運行功率： P 工 = U I COSΦ = 10 345 =5079KW； 其中： P工 —— 工頻實際運行功率， KW. 2）改造后變頻運行估算功率 : 根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，可知工頻運行時，出口入口壓差為 P 實 =（ （ ）） =,實際流量為 Q實 = 103m3/min，由此可得出變頻運行的輸入功率： P 變 =(P 實 Q實 )/（ 3600*1000） / η機械 /η風機 =（ 103 103 60） /（ 3600*1000） /其中： P變 —— 變頻運行功率， KW. 節(jié)電率：（ P工 P變） /P 工 100%=（ 50793854） /5079 100%=% 按年運行 8160 小時計算，可計算出年節(jié)電量： （ 5079*%） 8160h= 萬 度 . 變頻改造后經(jīng)濟效益 序號 機組 年節(jié)電（萬度） 節(jié)電率 (%) 年經(jīng)濟效益（萬元） 1 1燒結主抽風機 % 2 2燒結主抽風機 % 注：昆鋼草鋪新區(qū)燒結廠廠用電費為 /度。 昆鋼草鋪新區(qū)燒結廠 2燒結主抽風機同步電機高壓變頻改造 技術方案 第 11 頁 4. 改造工程設計方案 . 改造目的 昆鋼草鋪新區(qū)燒結廠 300m2 燒結機配置兩臺主抽風機，主抽 風機主電機為兩臺 10kV /6300kW 同步電機，原啟動方式為水電阻軟啟動，工頻運行，通過調(diào)節(jié)主抽風機入口百葉風門開度滿足工藝對 風箱負壓、風量的需求，達到穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。風機正常運行風門開度 1主抽風機在 50176。~ 80176。之間， 2主抽風機在 50176。~78176。之間 。由于原系統(tǒng)運行方式存在著比較大的電量浪費，因此本次改造工程擬將兩臺主抽電機改一拖一 手動旁路方式 變頻調(diào)速運行，以達到節(jié)能降耗目的及改善工藝控制。 . 電氣技術方案 根據(jù)現(xiàn)場的生產(chǎn)工藝要求，改造工程項目兩臺 10kV /6300kW 主抽風機主電機按一拖一手動旁路控 制方式各配置一臺高壓變頻裝置。根 據(jù)現(xiàn)場負載情況 ， 所需高壓變頻裝置選配我公司 生產(chǎn)的高壓變頻 器 ES9000S800010K,該產(chǎn)品具有設計余量大、過載能力強，操作方便，質(zhì)量可靠等優(yōu)點 ， 配置 2 套一拖一手動旁路柜（用于變頻 /工頻切換）。 一拖一手動旁路工作方式如圖 ： 圖 同步機一拖一手動旁路系統(tǒng)圖 控制方案描述如下 : 1） QF 為用戶側高壓開關柜，其中 QS1 為單刀單擲隔離開關、 QS2 為單刀雙擲隔離 開昆鋼草鋪新區(qū)燒結廠 2燒結主抽風機同步電機高壓變頻改造 技術方案 第 12 頁 關；變頻勵磁柜與變頻器配套提供，與用戶原有勵磁柜具備切換功能 。 原水阻星點啟動柜退出作為熱備用，在變頻 運行出故障的情況下切換至原星點水阻柜工頻啟動。 2） 變頻運行時，高壓隔離開關 QS1 合閘， QS2 將投至變頻檔，勵磁系統(tǒng)切換至變頻配套專用同步勵磁控制系統(tǒng)，變頻器上電時，用戶高壓側斷路器 QF 閉合， ES9000S 高壓變頻器啟動時，以電勵磁同步機矢量控制方式拖動同步電機啟動。 3） 工頻運行時，高壓隔離開關 QS1 斷開、 QS2 投至工頻檔，將勵磁系統(tǒng)切換到原工頻勵磁系統(tǒng)；水阻軟起裝置投入工頻回路，同步電機的啟動、運行、停機過程按照原有邏輯進行。 4） 變頻停機時，從現(xiàn)場向變頻器下達 “停機 ”命令，變頻器驅動同步電機減速至完 全停機，然后停止輸出電壓電流。最后在現(xiàn)場分斷斷路器 QF，由其輔助觸點通知勵磁裝置滅磁，滅磁完成后關閉勵磁裝置電源。 5） 當變頻運行故障時，變頻器在停止電壓電流輸出的同時，立即分斷上級斷路器 QF，由變頻器主控通知勵磁裝置滅磁，待停機后手動切換至 工頻運行 ，以便工作人員在風機不停機的情況下對變頻裝置進行檢修。 6） 控制回路：在風機機旁操作箱及上位機 DCS 監(jiān)控系統(tǒng) 實施遠程調(diào)速、遠程監(jiān)控運行頻率和輸出電流等 。 . 變頻器散熱冷卻方案 根據(jù)招標方提出的技術要求，變頻器冷卻采用空 水冷卻方式，閉式冷卻塔。變頻器房不能出現(xiàn)負壓 。改造工程冷卻系統(tǒng)滿足所配功率冷卻變頻器等設備散發(fā)的熱量，保證變頻器良好的運行環(huán)境。冷卻設備安裝于室內(nèi)，不與變頻器同室，水電分離。水冷系統(tǒng)安裝后，變頻室正常運行狀態(tài)下，變頻室需保持密閉狀態(tài)。 . 空水冷卻器功率確定 根據(jù)設備的最大發(fā)熱量而定，最大發(fā)熱量為變頻器額定功率的 4％，為保證高壓變頻設備冷卻均勻，長期穩(wěn)定可靠運行， 2 套 ES9000S 高壓變頻各采用 2 臺散熱功率為 130KW 的水冷柜進行冷卻，具體布置方式詳見施工方案。 . 空水冷卻系統(tǒng)控制方式 ① 就地啟停和自動啟停（自動啟停可通過變頻 器提供一個常開無源觸點信號，閉合有效）； ② 空水冷系統(tǒng)漏水報警（常開無源觸點信號，閉合有效）； ③ 空水冷系統(tǒng)風機故障報警（常開無源觸點信號，閉合有效）； 昆鋼草鋪新區(qū)燒結廠 2燒結主抽風機同步電機高壓變頻改造 技術方案 第 13 頁 . 循環(huán)水參數(shù) 總循環(huán)水量 135T/h,供水水壓 ~， PH 值接近 7。 . 變頻勵磁裝置技術要求 原工頻勵磁柜系統(tǒng)不變，改造工程新配兩臺性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠，各種保護功能齊全，符合國家有關標準、品牌優(yōu)良的勵磁裝置，配套變頻系統(tǒng)對主抽風機進行控制。 為保障勵磁裝置散熱良好，勵磁裝置的變壓器與勵磁控制 器不裝配在一個柜內(nèi)，分開安裝。 勵磁裝置具備 4~20mA 的 AI 信號，輸出電壓可在額定值的 10%～ 125%范圍內(nèi)平滑可調(diào)，勵磁系統(tǒng)在額定輸出電壓 40%～ 100%范圍內(nèi)，能輸出額定電流并連續(xù)運行。 勵磁裝置須滿足機組變頻至工頻、工頻至變頻間切換時的無擾自動轉換。 勵磁裝置具有完備的故障自診斷、報警、保護和顯示功能，并且有友好的人機界面。 勵磁柜產(chǎn)品型號規(guī)格如下表： 名稱 型號 數(shù)量 備注 微機勵磁裝置 WKLF112B 2 進口空開及雙路電源切換接觸器、 7 寸觸摸屏、 無冗余 雙調(diào)節(jié)器、標準機柜、不含勵磁變 ，具備 4~20mA 模擬輸入接口 勵磁 變壓器 SG80 2 80KVA 純銅變壓器 . 上位機 DCS 自動控制改造方案 . 上位機 DCS 自控系統(tǒng)改造要求 新建一 PLC 站，用 S7300 系列， CPU配置 6ES7 3152EH130AB0，配置內(nèi)存卡。I/O 點備用 15%。 變頻器自配上位機操作站，與 PLC 工程師站共用，進行遠方變頻監(jiān)控和操作。上位機操作站電腦安裝在現(xiàn)主抽操作室，作為風機正常起機、停機、監(jiān)控用。操作站電腦配置：西門子工控機，因特爾雙核 以上， 2G 內(nèi)存， 500G 硬盤 可讀寫光驅 配 22顯示器、鍵盤和鼠標。 操作站電腦與 PLC 以太網(wǎng)通訊方式 新 PLC 站與現(xiàn)有 PLC 站通訊為光纖以太網(wǎng)方式，提供西門子 2 光 4 口光電交換機1 臺和 2 光 12 口光電交換機 1 臺。 昆鋼草鋪新區(qū)燒結廠 2燒結主抽風機同步電機高壓變頻改造 技術方案 第 14 頁 組態(tài)軟件用西門子 WINCC ，編程軟件用 step7 。 上位機畫面配合招標方與現(xiàn)有系統(tǒng)整合。 兩 PLC 之間聯(lián)鎖信號以硬接線方式。 電機定子電壓、電流、頻率、功率，勵磁電壓、電流，變頻器溫度、變頻器故障信息、變頻器累計運行時間須在操作站監(jiān)控電腦畫面實時顯示，同時要有趨勢、報警、歷史數(shù)據(jù)查詢、操作事件記錄功能。冷卻 系統(tǒng)運行狀態(tài)及水壓、流量、溫度等數(shù)據(jù)也應在操作站電腦主控畫面上監(jiān)控。 變頻器主要信號通過端子輸出，硬接線進 PLC，同時具備 DP 通訊接口，變頻器運行狀態(tài)、故障信息、報警信息等需通過