燒結廠同步主引風機的調速控制

主引風機是燒結生產的主要設備之一。其風壓、風量的變化，對燒結生產的影響很大，另外，其電耗一般占整個生產線的1/3左右。因此，合理地控制主引風機的運行狀態，對燒結生產的合理控制以及大量降低生產電耗有重要意義。

1燒結主風機應用變頻調速的重要性

我國鋼鐵企業的燒結廠都廣泛存在著生產原料及工況變化的情況，為適應生產，目前只有改變主引風機的風門開度來滿足燒結生產過程的需要，這在過去幾乎成了一種統一的模式，存在著很多弊端。其一，這根本無法隨時動態跟蹤工藝進行風量調節以滿足最佳工藝的要求；其二，據我們考察寶鋼、首鋼等燒結廠的主引風機，一般風門開度都在40％～60％之間，電能的損失和浪費很大：其三，風機起動困難，起動過程故障率高，對電網影響大等。為克服這些弊端，我們想到應用變頻調速技術。

根據我們廠的生產經驗，燒結生產過程中，對風量的要求，有一個動態平衡的過程，各項技術經濟指標越先進，對平衡的要求就越高。因此，我們萌發了主引風機變頻調速改造的設想，利用良好的現代化跟蹤手段，實現配料大小循環，三機聯調，把點火溫度及主燒結負壓，一同進入大閉環控制。這些設想的實現，最重要而且最困難的就是主引風機的調速問題，隨著高新技術的迅猛發展，用高壓變頻器來實現上述連續、精確的調控，條件已經成熟。

實現主引風機變頻控制，就能合理地、隨時、動態地調節風的負壓和流量，使風量和風壓相對恒定，為均質燒結生產提供了有利條什。反之，沒有良好的調節方法、燒結氣流靠人工進行調節，根本無法合理應用，這樣就有可能出現大量生料，成品率和工序能耗等指標都難以達到良好的指標。主引 風機采刷變頻調速后，原來風門控制的風量變成由轉速來控制，從輸出功率P與風機轉速關系p=KW3（其中K為風機常數，W為電動機旋轉角頻率）可知，風量須減少時轉速下降，P隨轉速立方倍下降，克服了以前調節風門功率損耗大的問題。另外電動機起動由原來全壓或降壓起動，變成變頻起動后，起動性能大大改善，大電動機起動困難、沖擊大、易損傷等問題便迎刃而解了。

2 燒結大風機應用變頻調速的可行性

目前，許多小功率的風機應用變頻調速、效益已得到證實，但在國內，尚無燒結主引風機應用變頻調的先例，燒結風機能否應用變頻調速呢?目前，大型異步電動機變頻調速也屢見不鮮，而大型同步機應用變頻調速在國內還未有先例，同步電動機應用變頻調速究竟如何?同軸主油泵在實現風機調速后，如何補充油量?這些問題，都是應用變頻調速前要解決的。

1）為了證實燒結風機應用變頻調速的可行性，我們在燒結杯試驗中進行了變頻調速試驗，得到了一組令人滿意的數據如表1所示。

從試驗數據可見，未裝變頻前，風門開度從0～90風量基本不變，風壓從3.24～20.77kPa變化，整個試驗過程，電流保持3.4 A大致不變；裝變頻器后，風門全開，600 mm 料層時，測得風量從9 800～20000m3/h時，負壓從3.04～19.65 kPa，電流從0 6～2．6A，節電效果十分明顯。2001年1月，在羅克韋爾自動化和廣西南寧怡得發展公司格州分公司（柳州市怡得安豪科技發展有限公司）的協助下，我們正式將A-B高壓變頻器用在2 000 kW同步電動機上，進一步驗證了燒結主風機應用變頻調速的實際效果，具體如表2所示。

通過表中參數可見，在正常生產情況下．負壓下降了近4 kPa，功率節約了近600 kW，對生產工藝和節電產生了重要作用。

試驗和實踐均充分證明，燒結主風機應用變頻調速足完全可行，而且是非常成功的。

2）大型同步電動機應用變頻調速是否可行?通過我們的實踐。得到了充分的肯定。同步機應用變頻調速后，拋棄了原來的異步起動的方法，由A-B高壓變頻系統配套，采用同步起動方法，隨著電動機轉矩和轉速的變化，自動調節運行參數，整個過程十分平穩，對電網沖擊力。A-B高壓變頻器可做到同步機定、轉子電流及功率因數等各參數最佳匹配，從而使運行效果達到最佳。

3）主引風機系統潤滑在直動前由副油泵負責．起動完畢后，是由與同步機同軸的主油泵供油的。這樣，在風機變頻調速后，主油泵可能運行在低速狀態，所以，供油系統就必須考慮油量的補充問題：怡得公司在完成這個工作時，采用了付油泵變頻PID調節方式，用較少的投資，保證了主風機低速時，潤滑系統的正常供油。這也對主風機變頻調速的實施起到了重要的保證作用。

4）由于同步電動機的冷卻是自循環風冷，當電動機轉速下降時，冷卻效果也會下降，但由于風機的特性所致，低速時電動機負載成立方倍下降，所以發熱量也大大減少，實踐證明，電動機低速運轉時，溫度反而下降了。

3 具體方案的選擇及設計框圖

大功率、高電壓的變頻器，在國內使用尚不普遍，因此，進行這樣大的投資，必須認真地選擇合理的方案。中高壓變頻器，目前從主電路的結構型式可分為交-直-交和交-交兩種。交一交型變頻器由于控制方式決定了其輸出頻率只能達到l/3～182原頻率，故不能滿足我們的要求，而交-直-交型變頻器不受電源頻率的限制，頻率調節范圍寬，且元件少，利用率等能滿足我們的需要。交一直一交變頻器由于直流部分不同，又可人為電壓型和電流型。電壓型變頻器的輸出電壓為方波，當負載出現短路時或在變頻器運行時投入負載，都易出現過電流，動態響應較慢，有較大的諧波分量：電流型變頻器由于電流控制性好、可限制逆變裝置換流失敗或負載短路所引起的過電流，其運行可靠性高，當負載為電動機時，電壓近似正弦波．還能實現發電制動，把機械能變為電能回饋電網，線路結構簡單，動態響應快。通過分析比較，我們選擇了A-B 1557型電流型高壓變頻器，它能保證電網電壓在5.9～6.8 kV范圍變化時正常工作，電流諧波畸變頻≤3％，cos@≥0.98，n≥97％，變頻器能與大型PLC接口實現燒結工藝閉控制。系統框圖如圖1所示。

通過實際運行，總結出該系統具有如下特點：

1）A-B公司的電流型1557高壓變頻器，運用于燒結主風機調速系統，調速范圍大，運行平衡，具有良好的控制精度。
2）同步起動電流小、沒有任何電氣與機械的沖擊。
3）勵磁電流自動跟蹤負載與轉速變化，系統運行點優化。
4）自動化通信能力強，便于上網控制。
5）系統調試方便，運行可靠，電動機噪聲低，發熱量降低30％以上。
6）節電效果十分明顯。

4運行效果分析

1）從主風機變頻器投入后的情況看，用變頻調速與接工頻運行情況不一樣。應用變頻調速之前，電動機轉速為1 500 r/min，風門不能開完，否則電動機將過載。一般正常生產時，風門開度在80％～90％之間，因此相當部分電能消耗在風門上。2000kW電動機經常運行在滿載狀態，同時由于我們的網路電壓偏高（一般在6.3～6.7 kV），電動機工作磁通接近飽和區，激磁損失增加工作電流上升。按運行記錄，變頻器投入后，電動機只需運行在42 Hz就能滿足生產要求，生產典型參數如表3所示。

電動機在正常運行情況下，年節電為

685.9 kW×24 h×360 d×0.904=5357263 kW.h m904為其他因素系數） 電費按0.46元/kW.h，可節支246萬元/年。

2）由于變頻器系統起動性能非常理想，使大電動機的開停可隨心所欲。一些短暫的停產，都可將風機停下，節約了這部分電耗，還減少了機械和電動機的損耗，此項每年又可節支約20萬元。

3）從工藝角度看，變頻調速后，風機負壓從原來的14kPa降到了10 kPa左右，正好滿足了燒結生產的低負壓要求；同時，由于風門全打開，減少了風門損失，這部分能量在電動機不更換的情況下，相對地能使風量有所增加。另外，由于變頻調速能方便地與工藝參考量聯系起來調控，為均質燒結技術和提高燒結礦的生產質量創造了更有利的條件，這方面的效益也是非常顯著的。

5結論

根據格鋼燒結廠主引風機2 000 kW同步電動機使用美國A-B公司1557電壓變頻調速控制應用結果看，系統設計合理，安裝、調試方便，運行十分可靠，節能效果明顯．對生產工藝有良好的促進作用，是一個成功的范例。