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北京利德華福電氣技術有限公司 供稿
摘 要：本文通過對煉鐵廠礦焦配料系統生產工藝和配套礦槽除塵系統的環保生產分析，結合高壓變頻調速技術的應用特點，以實際應用案例闡述高壓變頻器在礦槽除塵系統中的環保、節能、高效的應用效果和顯著效益。
關鍵詞：礦槽除塵 高壓變頻 應用
一、系統介紹
為減少煉鐵廠礦焦配料系統(系統結構原理如下圖一所示)工作區的揚塵污染，實現環保運行，改善作業區人員工作環境。礦槽配料區為礦焦槽振動篩、配料皮帶、倉儲區等位置，配備一套多點吸附集中凈化的除塵系統。先后形成主管、分管、支管三級管路系統，通過管徑不均衡設計實現風量與揚塵點的需求匹配。在實際運行過程中，由于系統揚塵點多、控制分散、運行狀態不確定等因素，難于實現實時流量調節；且由于現有除塵風機采用入口擋板進行除塵總風量控制，而除塵風機隨風量減小時的功耗變化不大、節能效果甚微。在實際應用中造成風機運行效率低、大量電能資源浪費、設備利用率低、除塵效果差，局部除塵點污染嚴重等現象。
圖一、礦焦配料系統結構原理圖
因此，在礦槽除塵系統中針對礦槽分布的除塵點進行精細化實時工況管理，通過自動化監控提高各除塵點的工作效率、系統利用率，結合利用高壓變頻調速技術實現除塵風機高效節能運行，則有助于提高礦槽除塵系統的節電效果。
二、系統控制方案
該系統采用分散控制、集中管理的控制方式，分三級結構實現工藝需求與系統節能的雙向協調，系統結構示意圖如下所示。分散揚塵點就地實現振動篩、下料斗等工位的支路吸附點自動開閉，有效降低系統非除塵通風量的需求；中置控制器實現對揚塵點工況的集中監測，根據各工位運行情況計算礦槽除塵系統的實時風量需求。從而，給定變頻運行頻率控制值，遠傳4~20mA頻率調節指令至除塵風機變頻器實現除塵風量的連續變工況調節。除塵系統隨礦焦配料系統的運行工況結合各配料點除塵需求，實時改變風量和除塵點負壓，確保每個除塵點既達到理想除塵效果，又能有效降低除塵風機功耗，達到環保、節能、高效的目的。
由于礦槽各揚塵點多達43個以上，其中分為間歇性揚塵點、持續性揚塵點兩大類。而間歇性揚塵點中又主要以振動篩下料部分為重，占總除塵風量需求的36%。因此，僅對礦焦配料系統的A、B兩條配料輸送線的配料振動篩關聯下料位置的揚塵吸附口進行風門開閉控制，即可實現有效控制和節能法調節。而不是對所有礦槽除塵系統的所有只管路風口進行開閉調節。其主要原因是：
1. 該系統對占總除塵風量的40%以上的主要間歇性除塵點進行風量控制；即可降低風量達到理想的節能效果，又可以改善管路特性、提高既有支路風道的除塵效果。
2. 系統對振動篩部分的主要間歇性運行工況點實施風量開閉控制，系統結構簡單、易于實現、自動化程度高、故障率低、安全可靠高。
3. 對末端持續性或非確定性吸塵口，不采取風口開閉控制。
4. 根據流體力學風機功率與風量之間的相似定理P∝Q3立方成正比的關系，如下圖所示：風量低于50%水平后，風量下降所帶來的功率下降將越來越小。在50%以上區間調節20%風量帶來的功率下降收益△P=0.296Pu，50%以下區間調節20%風量所帶的節能收益△P’ =0.056Pu。顯然，在低風量條件進行開閉控制時，其設備投入與節電收益的投入產出的經濟性指標下降，不適宜50%以下的更低風量的控制調節。
綜上所述，僅對該系統A、B兩條配料輸送線的配料振動篩關聯下料位置的揚塵吸附口進行風閥控制，配合除塵風機變頻應用即可實現顯著的環保、節能效果。
中置控制器根據不同位置風閥開啟時，對末端除塵吸附點負壓的影響程度，變量調節除塵風機轉速。避免靠近煙道母管的風閥開啟時，礦槽遠端除塵效果下降；而關閉遠端風閥時,除塵風機卻節能效果不佳等情況發生。
變頻器接受中置控制器來的4~20mA轉速控制信號，自動調節礦槽除塵風機轉速。同時，系統可通過通訊方式將變頻器的運行狀態遠傳至控制室的上位機實現遠程啟停、狀態監視等功能。從而，大大提高系統的自動化控制水平，減少運行人員的操作維護量。全程自動控制和故障自診斷處理能力，保證系統在局部故障情況下能夠切除故障點，保持良好的除塵效果和最佳節能收益。在系統出現嚴重故障時，可恢復至原工頻運行而不影響安全生產。
三、系統主要技術指標
1、除塵系統主要設備參數
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除塵能力 |
76×104m3/h |
離心通風機型號 |
Y4-2X73 23.3F |
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工作壓力 |
6000Pa |
主軸轉速 |
980r/min |
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介質密度 |
1.07kg/m3 |
介質溫度 |
20℃ |
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電動機型號 |
YKK710-6W |
額定功率 |
1800kW |
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工作電壓 |
10kV |
額定電流 |
129.8A |
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功率因數 |
0.84 |
額定轉速 |
992r/min |
2、除塵系統主要工藝參數
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系統處理能力 |
76萬立方/小時 |
揚塵點數量 |
43點 |
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風機風門開度 |
65% |
振動篩數量 |
16點 |
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振動篩工作時長 |
30~90s |
振動篩停機時長 |
120~300s |
3、變頻調速系統主要技術參數
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變頻器型號 |
HARSVERT-VA10/130 |
額定容量 |
2250kVA |
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工作電壓 |
10kV |
額定電流 |
130A |
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電壓波動范圍 |
-65%~+115%Un |
過載能力 |
120%,1min ；150%,3s |
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輸入頻率 |
50Hz |
頻率輸出范圍 |
0.5~60Hz |
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功率因數 |
0.95 |
系統效率 |
96% |
4、除塵風機節能控制系統主要技術參數
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系統控制處理器 |
PLC (S7-200) |
通訊協議 |
Modbus |
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人機界面 |
HMI(TD 400) |
工作電源 |
24V DC |
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開關量輸入 |
DI 24點 |
開關量輸出 |
DO 8點 |
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模擬量輸入 |
AI 6點 |
模擬量輸出 |
AO 3點 |
四、應用效果
德勝鋼鐵煉鐵廠1250m3高爐礦焦配料系統，在礦槽除塵系統中采用變頻調速技術，同時配套應用礦槽除塵點吸附口閥門開閉控制和風機轉速閉環調節。實際運行情況證明：系統除塵點吸附口的負壓值由改造前-267Pa提高到了-312Pa，除塵效果提高11.3%，除塵控制效果得到改善明顯。除塵風機電耗水平由改造前1105.5kW下降至564.1kW，節電率48%、年可節約電量433萬度，相當于每年節省1428.9噸標準煤、減少二氧化碳排放3399噸。經濟效益和社會效益顯著，充分體現了環保、節能、高效的企業經營理念，值得在鋼鐵冶金行業大力推廣應用。
參考文獻：倚鵬.高壓大功率變頻器技術原理與應用.北京:人民郵電出版社，2008.
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