烧结厂主抽风机变频调速节能案例分析_何青

16
～ 550
18670
26.6
表 1 可见 :在生产负荷 ～ 80 %的情况下 , 风 机工频定速运行时 , 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 本体节能为 40 %, 吨矿电耗也由 26.6 kWh/ t 降 到 16 kWh/ t , 节能效果显著 。
表 1 太钢 660 m2 烧结机主抽工频运行与主抽 变频 运行参数(2010 年 9 月数据)
电机 运行方式
台时 产量 / t·h -1
变频调速运行 650 ～ 700
工频运行 650 ～ 700
运行时实 计算每小时 吨矿
测电流值 风机耗能 电耗
/A
/ kW h / kWh·t -1
310～ 330 11202
图 1 风机的风压 -风量特性
由风 机的 特性 曲线 可以 更进 一步 说明 问 题 。 图 1 中曲线 H 为风机的风压特性 , η为风机 效率 , R 为管道的风阻特性(即挡板在某一开度 下管道的通风阻力与风量的关系), H 与 R 的交 点 A 即为风机运行的工作点 。 此时 , 风机的压 力与管道的通风阻力大小相 等方向相反 , 处于
Abstract T aking T aisteeel 660m2 sinter machine and Liansteel 280m2 sinter machine as case examples , the principle and effect of frequency control and energy saving fo r main sintering exhauster w ere discussed.T he analysis show s that , the frequency control and energy saving effect of the main sintering ex hasuter w ere influenced by many facto rs such as fan design allowance , v alve opening degree , efficiency of frequency co ntrol device, production load, air duct sy stem resistance , equipment w ear conditio n etc., and in spite of this, the electricity saving is substantial, especially under low load.
2 调速节能的基本原理
离心式风机工作原理 :当叶轮随轴旋转时 ,
叶片间的气体也随叶 轮旋转而获得离心 力 , 并 从叶片之间的出口处甩出 。 被甩出的气体进入 机壳 , 于是机壳内的气体压强增高 , 最后被导向 出口排 出 。 排出的高速 气流具有一定 的风压 。 在固定转速下 , 离 心风机的风压 -风 量特性曲 线从理论上讲是线性 的 , 但由于风机 存在风力 损失 、容积损失 、机械损失 等 , 实际的 压力与流 量特性曲线会随流量 增大而平缓下降 , 对应的 离心风机的效率 -流量曲线随流量的增大而上 升 , η曲线的最高点即效率最大 , 其位置应该与 设计风量相对 应 。 当风机 以恒速运行时 , 风机 的工况点将沿压力 -流量特性曲线移动 。 风机 运行时的工况点不仅 取决于本身的性能 , 而且 取决于系统的特性 , 当管网阻力增大时 , 管路性
分析太 钢节能的情况 , 目前太 钢产能尚未 完全释放 , 其台时产量为 650 ～ 700 t/ h , 只达额 定产量的 80 %;而风机系统能力是按额定产量
×安全系数(例如 1.3)配置的 , 所以在这种较低 负荷生产条件下 , 节能效率比额定产 量下要好 很多 。如果烧结机达到额 定产量 , 主 抽变频将 能把设计富裕量吃回来一部分 。 再者 , 太钢 660 m2 烧结机 2010 年年初 刚投产 , 设备磨 损还很 小 , 烧结机漏风率也不大 , 实际抽风的有效风量 较高 , 这也是其能耗低的一小部分原因 。
化不大 , 多数略有上升 。 另外 , 随风量 Q 降低 ,
风机的效率 η也降低(见图 1), 由式(4)可知 , 功 率 P 降低不明显, 同风量的减少不成比例。此
时,功率 P 中的大部分被用来克服管道阻力而
白白浪费了 。
稳定运转状态 。 曲线 R 与挡板的 开度有关 , 随 开度减小 , R 曲线变得陡峭(如图 2)。曲线 H 的 位置则 与转 速有 关 , 随 转速 降低 , H 曲线 下移 (如图 3)。
根据太钢现场反馈的信息 , 全年平均节省 电量 30 %。按每年运行 330 天 , 电费为 0.5 元/ kWh 计算 , 其节能效益(按平均 30 %节能率计 算)为 :
18670 ×30 %×24 ×330 ×0.5 元 =2218 万元 3.2 案例 2
涟源钢铁集团公司(以下简称涟钢)280 m2 烧结工程于 2005 年投产 , 烧结机利用系数 1.35 t/(m2·h), 年产烧结矿 300 万 t , 主机年工作 330 天(工作小时数 7 920 h , 即台时产量 3 788 t/ h)。 台车上料层总厚约为 650 mm(包括 20 ～ 40 mm 铺底料)。 主抽 风机为 两台 SJ13500 烧结 抽风 机 , 进口负压 16 500 P a , 风量 13 500 m3/ min(工 况)。每台主抽风机均由一台同步电动机拖动 , 电机额定电压等级 10 kV 、额定功率5 000 kW , 额定电流 331 A 。原生产方式为水电阻降压 , 工 频定速运行 。2010 年 , 涟钢对主抽风系统进行 了变频技术改造 , 采用荣信变频 RHVC -6300 -10.6300 kVA 变频装置 2 套 , 并于 2011 年 4 月投入运行 。 该烧结机主抽工频运行与主抽变 频运行参数如表 2 所示 。
由以上 分析可知 , 通过改变风 机的电机转 速来改变风 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 , 并且转差越 大 , 节能越显著 。
3 应用案例及分析
3.1 案例 1 山西太钢不锈钢 股份有限公司(以 下简称
太钢)于 2010 年 4 月投产 1 台 660 m2 烧结机 (台车底宽 5.0 m , 上口宽 5.5 m , 机长 120 m), 烧结 机利 用系 数 1.3 t/(m2 ·h)(设 备 能力 按 1.45 t/(m2·h)配套), 年产烧结矿 699 万 t , 主机 年工作 339.5 天(工作小时数 8 148 h , 即台时产 量 858 t/ h)。 主抽风系统选用 SJ30000 烧结主 抽风 机 2 台 , 风 量 30 000 m3/ min , 进 口 负 压 17 500 Pa 。 每台主抽风机均由一台同步电动机 拖动 , 主抽风机电动机为 10 kV 、10 760 kW 同 步电动机 , 额定电流 634 A 。采用了两台西门子 罗宾康 -IGBT 型 11 000 kVA 变频装置 。太钢 660 m2 烧结机主抽工频运行与主抽变频运行时 的参数如表 1 所示 。
Key words main sintering ex hauster ;frequency control;energy saving
1 概 述
烧结主抽风机的电能消耗约占整个烧结厂 电能消耗的一半左右 , 目前烧结主抽风 机最常 用的风量调 节方式 是通过 调节 风门 开度来 调 节 , 以满足生产要求 。 这种调节方式简单易行 , 成熟可靠 , 但它是以增加管网损耗 , 耗费大量能 源为代价的 , 是一 种浪费能源的高能耗 低效率 风量调节方式 。 如果使用变频器对风机进行变 速调节来控制烧结风量 , 就可以将风门 尽可能 地打开 , 从而节约电能 , 降低生产成本 。
DO I :10.13403/j .sjqt .2012.01.009
第 37 卷 第 1 期
烧 结球团
2012 年 2 月
Sintering and Pelletizing
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烧结厂主抽风机变频调速节能案例分析
何 青
(中冶长天国际工程有限责任公司 , 湖南 长沙 410007)
摘 要 :以太钢 660 m2 烧结机和涟钢 280 m2 烧结机为案例 , 讨论了烧 结主抽风机变频 调速节能 的原理 及效果 。 分析表明 :主抽风机变频节能的效果受风机设计裕量 、风门开度、变频装置的效率 、生产负荷 、风 道系统阻力 、设备磨损状况等诸多因素影响 , 但即使如此 , 其节电量也是很可观的 , 特别是在低负荷时尤 为显著 。 关键词 :烧结主抽风机;变频 ;节能 中图分类号 :TF083.2 ;TH44 文献标识码 :A 文章编号 :1000 -8764(2012)01 -0025 -04
正比 , 可写作 :
Q =K 1.n
(1)
风压 H 与转速 n 的平方成正比 , 可写作 :
H =K 2.n2
(2)
电动机的轴功率 P 同 Q 与 H 的积成正比 , 即同
转速 n 的立方成正比 , 可写作 : P =K 3.n3
也可表示为 :
(3)
P =Q.H/ 120η
(4)
式中 :K 1 , K 2 , K 3 为常数 ;η为风机效率 。
收稿日期 :2011 -12 -20 作者简介 :何青(1960 -), 女 , 高级工程师 , 从事电气工程设计 。
26
烧 结球团
第 37 卷 第 1 期
能曲线将变陡 。 风机调节的基本原理就是要通
过外加条件来改变风机本身的性能曲线或改变
外部管网特性曲线 , 以得到所需的最佳工况 。
对于离心式风机来说 , 风量 Q 与转速 n 成
Case Study on Varibale Frequency Speed Control and Energy Saving of the Main Exhauster in Sintering Plant
HE Qing (Z hongye Changtian I nternational Engineering Co., L td., Changsha 410007 , Hunan)
显然 , 采用转速调节时 , 当要求风量 Q 由 1
减为 1/ 2 时 , 只需使转速由 1 降为 1/ 2 即可 , 而 轴功率则由 1 减少为(1/ 2)3 =1/ 8 , 也就是节约
了 7/ 8 的电功率 , 效果非常显著 。
如果采 用传统的调节方式 , 通 过风门开度
来调节风量 , 当 Q 由 1 减为 1/ 2 时 , 风压 H 变
图 4 风机调速节能比较
E =[ 1 -(nnn)3] ×P ×T
(5)
2012 年第 1 期
何 青 烧结厂主抽风机变频调 速节能案例分析
27
式中 :E —节约电量 , kWh ; nn —额定转速 , r/ min ; N —实际转速 ;r/ min ; P —电机额定功率 , kW ; T —时间 , h 。
表 2 涟钢 280 m2 烧结机 主抽工频运行与主抽变频 运行参数(2011 年 7 月数据)
电机
料层厚度
运行方式
/ mm
风门 开度 /%
变频调速运行 590 ～ 620 85
Fra Baidu bibliotek
工频运行 590 ～ 620 85
运行时实 计算每小时
测电流值 风机耗能
/A
/ kWh
图 2 风机节流调节特性
图 3 风机转速调节特性
从图 4 可见 , 控制挡板开度使风量减少 50 %时 , 风阻曲线 R 变为 R50 , 曲线 H 不变为额 定转 速 , 所需功 率可用 0Q50 A1H1 的面积 来表 示 。而采用转速调节使风量减为 50 %时 , 风机 的风压特性曲线 H 变为 H50 , 曲线 R 不变 , 仍为 挡板全开功率 , 可用 0Q 50A 2H2 的面积表示 。 显 然 , 阴影面积就代表二者之差 , 即可以节约的功 率值 。