变频技术在加热炉鼓风机应用的节能效果分析

变频技术在加热炉鼓风机应用的节能效果分析

摘要：针对板材厂中板线3＃加热炉鼓风机传统风量控制方法的缺点，结合变频

调速控制方法的理论和特点, 并通过具体实例对变频调速技术运用3#加热炉鼓风

机时的节能状况进行详细分析和计算，总结出了节能效果和推广该技术的意义。

关键词：中板加热炉鼓风机变频器效果分析

引言

板材厂中板线3＃加热炉年出钢总量占总产量的80%以上。由于处于高炉煤

气管网的末端，煤气热值及压力都波动都很大，生产负荷变化也较大，造成鼓风

机供风量和风压也跟着大幅的波动，给鼓风机和引风机的正常运行和加热炉最优

控制带来了较大的影响，3#加热炉现有两台鼓风机，一台是低压风机，供风量无

法满足生产要求很少使用，另一台为高压风机。引风机两台，分别是空气侧引风

机和煤气侧引风机组成，鼓风机、引风机的调节都是通过调节风管上的调节阀进

行调节，由于高压鼓风机转速高过低压鼓风机许多，所以炉子的风压、风量出现

富余，风压、风量的大幅波动严重影响炉内空煤气混合状况，增加了氧化烧损。

系统存在的主要问题有：（1）无法随时动态跟踪工艺进行风量调节以满足最佳工艺的要求，同时在生产过程中引风机、鼓风机风管上的风阀开度仅开到40%-70%，造成不必要的电能消耗。（2）由于供给的助燃风量过剩，导致钢坯氧化烧

损较高，带走的热量过多造成不必要的能源消耗和金属消耗。(3)在生产操作过程

中如果进风口风门开度调节不当，在小风量时很容易产生鼓风机共振，严重影响

设备安全运行。

一、变频节能技术原理分析

从本质上对变频节能技术进行分析的话，就是利用有效输出电压的调节，来

合理的控制风机的实际功率，实现对转速的合理调节，进而达到对风量的调整。

将变频技术应用到风机中，风口的挡板就可以不再利用，处于完全打开的状态就

可以，这样就可以利用变频技术，对风量的输出进行合理调整了。风机转速一般

按照以下公式可以得出：

n=(1－s)n0

n0=60f/p

其中n代表着实际转速，n0代表理论转速，s代表转差率，f代表电机的运行频率(60是60s)，p代表着电机极对数。从这个公式可以看出：在转差率 s忽略不

计的情况下(s=0-0.05)，电机的实际转速n=60f/p，也就是说n与f是存在正比关

系的，当n的值增加时，f的值就也会增加；当f值减少时，控制功率也必然会

减少，因此对f值进行合理的控制和调整，就可以实现对电机转速n的调节。

二、系统控制

将备用鼓风机改为变频控制，变频器选用400Kw的G130西门子变频器柜控制。既满足了助燃风量的要求，同时随时动态跟踪工艺要求进行风量调节，实现

了最佳工艺要求。引风机采用了在引风机软启动控制柜和1#、2#炉鼓风机变频控制柜之间加装转换控制柜，利用1#、2#炉变频风机控制柜控制引风机，既降低了成本投入也满足了生产要求。另外采用变频控制降低了不仅电能的消耗，同时减

少了氧化烧损，提高了产品的质量。人机界面友好，操作简单。风压控制采用变

频器，设定为固定风压时，根据流量的需求变化自动调节频率，极大的较少了高

压风机的操作强度。风压系统具有自动手动两种控制模式，增加了系统的可靠性，控制精度高。

三、节能效果分析

（1）采用变频器控制风压，缩短了工作周期，同时在需要减少风压时，变频器输出效率低，控制系统节电效果明显，大大降低了风机噪音，有效改善了工作环境；采用变频调节后，系统实现软启动，电机启动电流远远小于额定电流，减轻了对电机的损伤，延长设备使用寿命。

（2）3#加热炉低压鼓风机及引风机改变频控制，操作人员就能根据生产情况进行风压手动或自动调节电机转速来控制风量，稳定风压，对炉子燃烧控制起到一定的积极作用，降低氧化烧损，达到节能降耗降成本的终极目的。电机调频节能趋势如下表（忽略电机功率因数等的近似值）：

计算可知：改造前3#加热炉1#高压鼓风机电机电流最大时34A，最小时17A，一般在25左右，

因此鼓风机电机运行功率=315×(25/36.7)=214.56kW

采用风门调节时风门开度可以近似看做风量的比值，约3.1/5.0995≈61%，变频器效率为0.97

节电率=1-61%-3%=36%

将3#加热炉鼓风机改为变频器控制，将每天可节电214.560.3624=1854kWh左右，3#加热炉一年使用300天，每度电0.56元/kWh，估约节约电耗31.14万元。

（3）台引风机：改造前引风机运行电流在180A-200A之间运行，改造后电流正在100A-120A之间运行。按改造后电机运行电流120A算，(180-120)/180*100%=33.3%，根据

P=1.732*U*I，功率因素按0.8计算，效率按0.9计算，

P=1.732*380*180*0.8*0.9/1000=85.3kW,2台引风机每天电耗：85.3*24*2=4094.4kW/h,改造后可节能：4094.4*33.3%=1363.43 kWh, 3#加热炉一年使用300天，每度电0.56元/kWh，估约节约电耗22.9万元。

（4）3#加热炉鼓风机通过变频改造后，风量和风压控制将更加精准，可根据不同生产状况和煤气状况及时调节，大大改善炉内燃烧状况，有效降低炉内氧化烧损，经测定氧化烧损由之前的1.1%降低到现在的0.95%，积渣大幅的减少带来了客观的经济效益。三号炉按2013年1-10月生产了53万吨计，每年可以减少氧化烧损0.15%*54万=810吨，，按每吨钢坯2892元/吨，氧化铁皮600元/吨，年创效益=2892x810-810x600=185.6万元。

（5）成本投入：变频器、PLC、开关柜改造、调试编程安装施工接线估计55万元，变频电机4.5万元，电缆5万元。合计：64.5万元。

总的年经济效益计算：

总的年经济效益＝鼓风机节约＋引风机结缘＋氧化烧损减少节约-设备投入

＝31.14＋22.9＋185.6-64.5＝175.14万元

四、结语

（1）3#加热炉鼓风机通过变频改造后，风量和风压控制将更加精准，可根据不同生产状况和煤气状况及时调节，大大改善炉内燃烧状况，有效降低炉内氧化烧损，该项目投入小，见效大，在同类企业中具有很高的推广应用价值。

（2）对环境和产品质量影响；由于采用了变频控制，风量能够满足工艺要求，炉膛压力稳定。燃烧比较充分降低了烟气中的有害物质。其次由于氧化烧损降低，不仅降低了金属消耗，同时提高了产品质量。