烧结主抽风机变频调速的节能原理及效果_李诗京

50
330
5500
70%
2009． 9
43
270
4800
95%
料层厚度 / mm 800 800
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总第 208 期
冶金设备
2013 年特刊（ 2）
根据现场反馈的信息，全年平均节省电量超过 20% 。 如果按每年运行 7920h，电费按 0． 6 元 / kWh 计算，由此可 算出两台主抽风机每年的节能效益为： 5500 × 2 × 20% × 7920 × 0． 6 = 1045 万元。 4． 2 实例二
烧结的生产过 程 是 将 含 铁 原 料、燃 料、熔 剂 等 按 适 当 的比例加水 后 制 成 的 混 合 料 装 入 烧 结 台 车，经 表 层 点 火 后，需在抽风负压下进行烧结。而烧结主抽风机担负着烧 结燃烧过程中的持续抽风功能，产生负压，使混合料在台 车上自上而下充分燃烧，形成烧结矿。由于烧结矿的产量 和质量控制受烧结风量大小、料层厚度、物料透气性、设备 漏风等诸多因素的影响较大，因此，在烧结生产过程中准
Q1 / Q2 = n1 / n2
（ 1）
输出压力 H 与转速 n2 成正比：
H1 / H2 = （ n1 / n2 ） 2
（ 2）
输出轴功率 P 与转速 n3 成正比：
P1 / P2 = （ n1 / n2 ） 3
（ 3）
显然流量、压力、转速的对应关系为：
100% 转速 － 100% 流量 － 100% 压力 － 100% 输出轴
① 作者简介： 李诗京，男，1962 年出生，毕业于北京科技大学冶金机械系流体传动及控制专业
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李诗京等： 烧结主抽风机变频调速的节能原理及效果
2013 年特刊（ 2）
号，加之计算值很难与风机设备厂家型号一致，故只能往
上放大一级，这样就造成了所选用的风机能力比实际需求
大得多，对应的风量和风压裕度可达到了 25% 左右，由此
n = （ 1 － s） 60f / p
式中 s—滑差；
P—电机极对数；
f—电机运行频率。
对交流同步电动机而言，S = 0，n = 60f / p。
结论 1： 如果平滑地改变加到电动机定子绕组的交流
电的频率 f，就可以平滑地调节电动机的转子转速 n。
2） 由流体力学原理可知：
输出流量 Q 与转速 n 成正比：
功率可用 H0 Q2 BH2 的面积来表示； 如果采用调速控制方 式，风机转速由 n1 下降到 n2 时，其管网特性并不发生改 变，但风机的特性曲线将下移，其系统的运行工况由 A 点 移至 C 点，所需功率可用 H0 Q2 CH3 的面积来表示。显然， 图中阴影面积就代表二者之差，即为可以节约的功率值。 同时，调速前后风机的效率不变，可以保证风机在高效区 运行，而风门调节将改变风机的效率，风机运行工况点偏 离额定点越远，系统效率越低。
由表 1 可见： 在生产负荷 ～ 70% 的情况下，风机工频 运行时，靠风门调节风量，存在大量的能量损失； 而采用变 频调速运行后，风机电机本体耗能下降了 13% 。
运行方式 工频运行 变频运行
表 1 400m2 烧结机主抽风机工频运行与变频运行时的参数比较
运行时间 频率 / Hz
实测电流 / A 每小时风机耗能 / kWh 风门开度
某钢厂 3 于 2010 年 4 月投产的 1 台 660m2 烧结机，烧 结机利用系数 1． 3t / （ m2 ·h） ，年产烧结矿 669 万吨，正常 生产情况下，主抽风机年工作小时为： 7920h。主抽风机系
Total No． 208 Extra Edtion（ 2） 2013
冶金设备 METALLUＲGICAL EQUIPMENT
总第 208 期 2013 年特刊（ 2）
烧结主抽风机变频调速的节能原理及效果
李诗京① 蒲小方 杨文东 童锡勇
（ 中钢设备有限公司 北京 100080）
摘要 结合烧结主抽风机的运行工况，分析了变频调速的节能原理，并列举了国内不同规模的 400m2 烧结 机、500m2 烧结机和 660m2 烧结机主抽风机成功应用变频调速的节能范例，论证了节能效果。结果表明： 通过
根据现场收集到的信息，就目前生产条件而言（ 由于 变频装置投运时间不长，属试运行期） ，节电率在 12% 以 上。如果按每年运行 7920h，电费按 0． 6 元 / kWh 计算，由 此可算出两台主抽风机每年的节能效益为：
6235 × 2 × 12% × 7920 × 0． 6 = 711 万元。 4． 3 实例三
主抽风机电动机采用同步电动机，额定功率： 7500kW ，额定电流： 495A，额定电压： 10000V。2 套变频装置采用 北京利德华福技术有限公司的产品。主抽风机电机高压 变频系统控制方式： 二拖二，可以实现 2 台变频装置的互 为备用、在线切换、同步投切的功能，大大提高了设备运行 的可靠性。该厂 400m2 烧结机主抽风机工频运行与变频 运行时的参数比较如表 1 所示。
KEYWOＲDS Main sintering exhauster Energy-saving principle Frequency conversion contr烧 结 生 产 的 主 要 设 备 之 一 ，其 风 量、
风压的变化将直接影响到烧结矿的产量和质量，而其电能 消耗约占整个烧结厂的一半左右。所以，合理控制烧结主 抽风机的运行状态，对提高烧结生产效率和产品质量、节 能降耗，具有十分重要的意义。 2 烧结主抽风机的运行工况
对烧结主抽风机的变频调速，可 达 到 节 能 降 耗，降 低 生 产 成 本 的 目 的，这 将 是 今 后 建 设 大 型 烧 结 工 程 发 展 的
方向。
关键词 烧结主抽风机 节能原理 变频调速应用
中图分类号 TF046
文献标识码 B
doi： 10． 3969 / j． issn． 1001 － 1269． 2013． z2． 051
Energy-Saving Principles and Effects of Frequency Conversion Control on Main Sintering Exhauster
Li Shijing Pu Xiaofang Yang Wendong Tong Xiyong
（ Sinosteel Equipment ＆ Engineering Co． ，Ltd． Beijing 100080）
运行方式 工频运行 变频运行
表 2 500m2 烧结机主抽风机工频运行与变频运行时的参数比较
运行时间
频率 / Hz 50
实测电流 / A 每小时风机耗能 / kWh
400
6235
风门开度 70%
2012． 8
42
250
3897
100%
料层厚度 / mm 600 600
由表 2 可见： 在正常生产条件下，当负荷率 ～ 70% 的 情况下，风机工频运行时，靠风门调节风量，存在大量的能 量损 失； 而 采 用 变 频 调 速 运 行 后，风 机 电 机 本 体 节 能 约 为 37% 。
带来的设计裕量在烧结生产中的表现就是正常生产时主
抽风机的 风 门 经 常 处 在 半 开 状 态，即： 风 门 开 度 大 多 在
45% ～ 70% 之间，电能浪费现象十分严重。
而主抽风机采用变频调速控制来调节风量、风压的方
法，其效率最高。尤其对于交流电动机来说，目前国际公
认交流变频调速是性能最佳的调速方式 ，它的特点是效
功率。
80% 转速 － 80% 流量 － 64% 压力 － 51% 输出轴功率。
结论 2： 当输出轴的转速下降 20% 时，输出轴的功率
下降 49% 。
3） 风机的风量—风压特性曲线分析
风量 Q 与风压 H 关系曲线如图 1 所示。从图 1 可见，
当所需风量从 Q1 减到 Q2 时，如果采用调节风门方式，管 网阻力将会增加，管网特性曲线上移，由 Ｒ1 变为 Ｒ2 ，系统 的运行工况点从 A 点变到新的运行工况点 B 点运行，所需
图 1 风机的风压—风量特性曲线
结论 3： 通过改变风门的开度调节风量，会增大管网 损耗，降低系统效率； 而采用调速控制来改变风量的调节 方式是提高风机运行效率，降低风机耗电量的有效途径。 4 烧结主抽风机变频调速的应用实例 4． 1 实例一
某钢厂 1 于 2009 年在 400m2 烧结机的两台 7500kW 主抽风机上采用了 2 套国产变频装置。该项目于 2009 年 6 月开始设备安装、调试，2009 年 8 月实现了 2 套变频装 置的成功投运。这是当时国产高压变频器中投入实际运 行的最大功率的高压变频装置。
某钢厂 2 于 2011 年投产了一台 500m2 烧结机，烧结机 利用系数 1． 1t / （ m2 ·h） ，年产烧结矿 440 万吨。正常生产 情况下，主抽风机年工作小时为： 7920h。主抽风机系统选 用了 2 台 SJ24000 型烧结主抽风机，风量 24000m3 / min，进
口负压 0． 0833MPa。 两台主抽风机电机选用 TD9000 － 6 /1800 同 步 电 动
机，额 定 功 率： 9000kW，额 定 电 流： 592A，额 定 电 压： 10000 V。两套变频装 置 采 用 鞍 山 荣 信 电 力 电 子 股 份 有 限 公司的产品。主抽风机电机高压变频系统控制方式： 二拖 二，可以实现 2 台变频装置的互为备用、在线切换、同步投 切的功能，大大提高了设备运行的可靠性。该厂 500m2 烧 结机主抽风机工频运行与变频运行时的参数比较如表 2 所示。
率高、调节精度高、节省能源。
3 变频调速的节能原理
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电
源变换为另一种频率的电能控制装置。变频器主要用于