基于PLC和变频器控制的出铁场除尘风机节能改造.pdf

Topics and reviews 专题与综述 36今日自动化2018.9-10 0 引言 近年来，随着国民经济的快速发展，能源的严重 缺乏已成为制约国民经济发展的瓶颈。钢铁企业如何 节能降耗是关系到企业乃至国民经济发展的重要因素 之一。变频调速技术是当代最先进的交流电机调速技 术，它不仅能够满足用户的工艺使用要求，更重要的 是这项技术应用的风机与水泵类等具有平方转矩特性 的负载时，节能效果十分显著[1]。 1 除尘系统概况 原1高炉出铁场除尘风机为工频定速运行方式， 主要通过风门调节风量来满足实际生产需求。风机经 挡板调节后，在小流量、高扬程（与额定工况比）的 工况下运行，风机管压差增大，有很大的能量损失在 出口挡板上，造成了大量电能浪费[2]。风机的主要参 数以及在正常负荷生产状态下的工况如表1所示。 表1 风机的主要参数以及在正常负荷生产状态下的工况 负载 名称 额定 电压 （kV） 额定功 率 （kW） 额定电 流 （A） 额定 转速 （r/min） 台 数 风门 开度 运行 电流 （A） 风机 电机 68009199217583 2 高压变频器调速原理 按照电机学的基本原理，电机的转速满足如下的 关系式。 n（1-s）60f/pn0（1-s） P电机极对数；f电机运行频率；s滑差。 从式中看出，电机的同步转速n0正比于电机的运 行频率（n060f/p），由于滑差s一般情况下比较小 （0～0.05），电机的实际转速n约等于电机的同步转 速n0，所以调节了电机的供电频率f，就能改变电机 基于PLC和变频器控制的出铁场除尘风机节能改造 孙玉光 （中天钢铁集团有限公司，常州 213011） 摘要文章主要针对中天钢铁1高炉出铁场除尘风机高压变频调速改造方案进行研究，通过运行数据测试计算，验证了高压变频 器的节能效果，并达到了消除除尘风机空载浪费、改善工艺、节省检修费用和时间、延长电机使用寿命等目标。 关键词变频节能；出铁场除尘；PLC 中图分类号TF32 文献标识码A 文章编号2095-6487（2018）09-10-0036-02 推动和大幅度的提升也是有着积极的意义。 2.2 冶金电气自动化技术的发展趋势 随着现在我国的科学技术的不断的快速进步和发 展之后，在新的科学技术的支持下我国的冶金电气自 动化技术在其各个应用的领域和运用管理的发展过程 中，与该行业有关或者冶金电气自动化的技术应用和 运用管理的行业有关领域在参与生产和作业工作的一 些电气自动化技术人员以及相关的工作人员，他们本 身的技术掌握和冶金电气自动化技术的专业化程度也 在科学技术发展的要求和冶金这个行业以及相关的工 业发展的所需要的客观需求和要求的现实形势下都在 不断的提升和发展。尤其是在当前我国的企业和单位 尤其是冶金电气自动化的生产经营的负责单位和企业 的发展和优化的过程中，假如这些相关单位和企业的 管理人员在对冶金电气自动化技术相关的应用领域产 品的设计和规划以及冶金电气自动化应用到的产品的 应用和安装方面，假如这些管理人员忽视了或者说是 并没有特别的去注重它的生产经营的过程中的要经营 生产和工作作业的相关工作人员，他们本身的专业技 术也就是冶金电气自动化技术的培训，长此以往不对 其进行改善的话这带来的影响和结果就是这不利于冶 金电气自动化技术的应用和运用管理的应用和使用融 合在各个领域和行业的生产和经营的价值能够实现最 大化的效果和目的。 3 结束语 根据文章从多个角度和方面详细的探索和数据的 分析，对于当前我国的冶金电气自动化技术在实际应 用中的管理发展，相关的管理工作人员要注重该技术 的应用和相关的理论结合，才能更好的推动冶金相关 产业生产水平的不断提高和进步。 参考文献 [1] 王海芳．浅谈电气自动化技术在冶金行业中的应用[J]．通 讯世界，2015（18）146-147． [2] 辛娅玲．电气自动化技术在冶金行业的应用研究[J]．科技 与企业，2015（13）225． [3] 孙志明．冶金电气自动化控制技术探析[J]．房地产导刊， 2015（21）250． 专题与综述 Topics and reviews 372018.9-10今日自动化 的实际转速。 对于风机、水泵类（平方根转矩负载）有如下的 对应关系，电机变速前后风量（流量）、风压（水 压）、功率与转速之间关系为 Q1/Q2n1/n2 H1/H2（n1/n2） P1/P2（n1/n2） Q（流量）单位时间内进入风机的气体体积； H（压力）单位气体通过风机后所获得的能量；P （流体功率）PQH；η流体功率/轴功率。变频调 速的节能原理如图1所示。 图1 变频调速的节能原理 风机的工作介质是气体，工艺上的应用通常是 调节风量，风机的正常工作点为A，当风量需要从Q1 调到Q2时，采用挡板调节，风路阻力曲线由R1改变 为R2，其工作点调至B点，其功率从0-Q1-A-H1所围成 的面积变为0-Q2-B-H2所围成的面积，其功率变化很 小，而其效率却随之降低。 当采用变频调速时，不用档板调节，其风路阻力 特性基本保护曲线R1不变，此时可以按需要升降电 机转速，改变设备的性能曲线，图中从n1到n2，其工 作点调至C点，使其参数满足工艺要求，其功率变为 0-Q2-C-H3所围成的面积，同时其效率曲线也随之平 移，依然工作在高效区。由于功率随转速三次方变 化，故节能效果显著。其节能量为H3-C-B-H2所围成 的面积P（H2-H3）Q2。 可以得出通过变频调速方式改变风量，风量下降一 半时，风机轴功率将下降87.5，节能效果极其显著。 3 系统设计方案 在本次改造方案中，变频器选用的是襄樊大力 DLHVF系列高压变频器，并根据出铁场除尘的工作特 点，采用高、低速控制方式来实现系统的自动操作。 本系统设计依托原有的施耐德Quantum 系列PLC系 统，在系统中分别增加相应的输入输出信号，并在原 操作系统画面中进行相关信号的显示。即高炉在出铁 时，系统采用高速40 Hz工作，在闲时系统采用10 Hz 工作方式。系统高、低速判断是该控制系统运行控制 的关键所在。在判断高炉是否出铁时采用增加2路控 制信号[3]。高炉冲渣水压力信号6 kPa且高炉冲渣泵 运行时，系统自动转为高速运行模式。炉前出铁口增 加红外线测温，对准出铁罐位。当温度大于850持 续1 min以上转为高速模式。同时由于考虑到变频故 障时，系统则采用工频运行方式。 4 节能效益分析 4.1 理论经济效益 （1）由高速运行时，变频40 Hz，消耗功率为 512 kW，在低速运行时，变频10 Hz，消耗功率32 kW。 （2）采用高低速度控制后，时间比为低速20， 高速80，平均功率416 kW。 （3）采用新的高低速控制方式每月节约电 （800-416）kW720 h276 480 kWh。 4.2 实测经济效益 分别在电源进线端，安装电度表，同时取一路 风机运行信号，接入累时器来分别监测风机的耗能 情况变化。改造前，6月份测得风机的每小时耗电为 536.65 kWh，以此为基础，改造后三个月的节电情 况如表2所示。 表2 改造后三个月的节电情况 时间 电表读数 （倍率1800） 累时器 读数（h） 每小时用电量 （kWh） 每月节电量 （kWh） 9月3832.715833.1171.88275766 8月3760.515077184.5263760 7月3683.814328.7189.45256580 6月360613589.5536.65 4.3 间接经济效益 采用高压变频器调速方案，除了能够节约大量能耗 外，还具有如下优点①实现电机的无级调速，平滑稳 定的调整风量，操作更加简单，提高了工作效率。 ②采用变频调速，可以实现电机的软启动和软制 动，减少了对电网的冲击，延长了电机、轴承等设备 的使用寿命。③变频器具有的过流、短路等保护功 能，以及各运转设备之间的连锁控制，机组运行更加 安全可靠。④风机转速的降低，有效的降低了现场工 作环境的噪音污染。 5 结束语 该技改项目在中天钢铁1高炉投运后，通过近一 年来的监测，系统运行稳定，在保证除尘达到既定目 标的同时，节电效果明显。同时由于频率的下降，电 动机轴承温度、轴向振动也明显下降，为公司创造了 巨大的经济效益。同时该系统的成功经验，也已应用 于其他高炉项目。 参考文献 [1] 周亮，魏国庆，任洪华，等．高炉出铁场除尘风机变频改造 [J]．山东冶金，2011，33（5）216． [2] 任兆华，王君连，刘松斌，等．除尘风机的高压变频节能改 造[J]．冶金自动化，2011，35（1）65-68． [3] 穆慧灵，刘松斌．风机和泵类负载高压变频节能潜力分析及 估算[J]．冶金自动化，2014（6）1-5．