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
— 151 —
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
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
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
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
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
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。
Total No． 208 Extra Edtion（ 2） 2013
冶金设备 METALLUＲGICAL EQUIPMENT
总第 2来自百度文库8 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
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。
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。
ABSTＲACT Based on the operation condition of the main sintering exhausters，this article has analyzed the energy-saving principles of frequency conversion control applied on main sintering exhauster，meanwhile listed several successful domestic energy-saving application cases of different sizes such as a 400m2 sinter，a 500m2 sinter and a 660m2 main sintering exhauster on which frequency conversion control was applied，and thus demonstrated the energysaving effects． The results indicate that by the frequency conversion controlon the main sintering exhauster，the goal to decrease energy cost and production cost can be reached． This will be the trend for major sinter projects in the future．
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。
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：
确控制并不断调整主抽风机风量及负压等参数在合适的 状态下运行，是决定烧结矿产量和质量最主要的生产保障 措施之一。
常规的做法是通过改变主抽风机的风门开度来调节 风量的大小，以满足生产需要。这种调节方式简单易行， 成熟可靠，投资小，但它是以增加管网损耗，降低系统效率 为代价。且由于通过风门调节风量时，电机仍以额定转速 运行，造成很大的电能浪费。据了解，国内大多数烧结主 抽风机的选型都普遍偏大，这是因为在烧结主抽风机的选 型设计中很难准确地计算出风道系统的管网阻力，同时也 考虑到烧结工艺在长期生产过程中可能出现的各种不利 因素，如： 烧结机系统的漏风现象、烧结机设备的磨损率等 等。设计选型时通常按系统最不利条件下的最大风量和 风压裕度作 为 选 择 风 机 的 依 据，并 由 此 来 确 定 风 机 的 型
KEYWOＲDS Main sintering exhauster Energy-saving principle Frequency conversion control application
1 引言 烧结主抽风机 是 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
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
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
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
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
交流电动机（ 异步电机或同步电机） 转速的调节，是国际
公认的交流电动机最理想、最有前途的调速方案。
1） 按照电机学的基本原理，已知交流异步电动机的转
速表达式为：
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% 。
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）
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
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