煤气鼓风机变频改造实践.pdf

总第 1 8 1期 2 0 1 1年 8月 南方金属 S 0UTHERN ME n L S S u m． 1 81 Au g 2 01 1 文章编号 1 0 0 9 9 7 0 0 2 0 1 1 0 4 0 0 6 0 0 3 煤气鼓风机变频改造实践 苏喜钦， 黄智坚 广东省韶关钢铁集团有限公司， 广东 韶关 5 1 2 1 2 3 摘要 文章介绍了变频调速技术在煤气鼓风机控制系统中的应用， 技术改造后的节能效果及经济效益 关键词 变频调速；节能； 煤气鼓风机；P L C 中图分类号 T F 3 2 1 ． 8 文献标识码 A M o d i fi c a t i o n s o f t h e f r e q u e n c y c o n v e r s i o n f o r g a s b l o we r S U X i q i n ．H U A N G Z h i - j i a n S h a o g u a n I r o n＆ S t e e l G r o u p C o ， L t d ， S h a o g u a n 5 1 2 1 2 3 ， G u a n g d o n g Ab s t r a c t T h e s p e e d r e g u l a t i n g t e c h n i q u e f o r e q u e n e y c o n v e r s i o n u s e d for g a s b l o w e r w a s d e s c r i b e d．a n d t h e e n e r g y s a v i n g e f f e c t s a n d e c o n o mi c b e n e fi t s o f t h e t e c h n i c a l mo d i fi c a t i o n d e mo n s t r a t e d i n t h e a r t i c l e ． Ke y wo r dss pe e d r e g ul a t i o n wi t h e qu e n c y c o n v e r s i o n；e n e r gy s a v i n g；g a s b l o we r ；PL C． 0 前 言 要， 又 达到了 节能降 耗的目 的 交流变频调速技术是一项集现代先进电力电子 技术和计算机技术于一体的高效节能技术． 它以其 优异的调速和起制动性能， 高效率、 高功率因数和节 能效果 ， 广泛的适用范 围及其 它许多优点而被 国内 外公认为是最有发展前途的调速方式． 煤气鼓风机的特点是当转速一定 、 而进 口压力 稍有波动时， 排气量不变， 转速和排气量之间保持恒 正比的关系． 由于广东省韶关钢铁集团有限公司 以下简称“ 韶钢” 焙烧厂是煤气的末端用户 ， 受高 炉生产及其他用户影响大， 造成鼓风机进 口压力波 动变化大， 原工艺是通过调节进 口的预旋流器 的开 度来稳定出口压力 ， 而 由于电机是工频运行 ， 其转速 不变 ， 也就是说输 出功率不随负荷的变化而变化 ， 能 量都损失在阀门上， 而且这种调节方式动作频繁， 运 行人员劳动强度大， 供气压力也不稳定． 针对这种情况 ， 韶钢焙烧厂采用交流变频器与 P L C、 压力变送器等组成风压 闭环 自动控制系统 ， 对 现有 7台煤气鼓风机进行变频改造 ， 实现 电机随负 荷的变化而变速运行 ， 自动调节风量． 既满足生产需 1 工况分析 鼓风机系统构成 如下 风机 型号 3 1 6 5 A ／ 3 2 2 ， 进 1 5 流量 2 0 0 m ／ m i n ， 进 口压力 3 0 0 0 P a ，出口压 力2 3 0 0 0 P a ； 电机型号 Y 3 1 5 S一 2 ， 功率 1 1 0 k W， 电 压 3 8 0 V， 电 流 1 9 9 ． 8 A， 频 率 5 0 H z ， 功 率 因数 0 ． 8 9， 转速 2 9 8 0 r ／ m i n ． 鼓风机的特性曲线如 图 1 所示． Q Q， Q 图 1 鼓风机特性曲线 图 1中曲线 1 为风机在恒速下调节风门时的风 收稿 13 期 2 0 1 1 0 3 0 2 作者简介 苏喜钦 1 9 7 8 一 ， 男， 1 9 9 7 年毕业于韶关学院机械制造工艺及设备专业， 助理工程师 总第 1 8 1 期 苏喜钦 ， 等 煤气鼓风机变频改造实践 6 1 压 一风量 一9 特性 ； 曲线 2为恒速下调节风门时 的功率 一 风量 P Q 特性； 曲线 3为管网风阻 R Q 特性． 假设风机在设 计时工作 在 A点效率最 高 ， 输出风量 Q 1 1 0 0 ％． 此时 ， 轴功率 P 与 Q 、 H 的 乘积面积 A H O Q ， 成正 比 A H O Q 为耗能 ， 根据生 产工艺要求 ， 当风量需从 Q 。 减少到 Q 例如 5 0 ％风 量 时 ， 如采用调节风门的方法调整风量 ， 相 当于增 加了管网阻力， 使管网阻力特性由曲线 3变到曲线 4 ， 系统 由原来 的工况点 A变到新 的工况点 B运行 ， 尽管此时风量由Q 。 减小到 Q ， 但风压反而由日 增 加到 ， 轴功率 尸 2 与 Q 、 的乘积面积 B H 2 0 Q 成正比， 功率的减少并不多， 可见耗能仍然很大． 采用电气传动调速装置来调节风机电动机的转 速是实现经济地调节风量 、 有效节能的最佳方法． 我 们选用变频调速装置对原煤气鼓风机系统进行 了改 造 ， 将 电机恒速运行改为按负荷变化的变速运行 ， 得 到风机合适的功率输出， 达到了节能降耗的目的． 2 风机变频调速节能原理 交流异步电动机的转速公式为 凡 6 o f／P 1 一 s 1 由式 1 可 以看 出， 电源频率 ．厂与转速 1 1 , 成正 比 即通过改变频率可改变电机的转速． 当改变风机 的转速， 由额定转速 n 调整到某一转速 r t 时， 理论 上风量、 风压及轴功率变化的关系如下 Q Q n 2 ／ n 1 ， H 2 H 1 n 2 ／n 1 2， P 2 Pl 2 ／ n 1 3 ． 可见 ， 风量与转速的一次方成正 比， 风压与转速的平方成 正比， 轴功率与转速的三次方成正比． 由图1 可以看 出当风机转速由n 降到 n ， 根据风机参数的比例定 律 ， 在转速 n 下的风压 一风量 特性 如 曲线 5所示． 可见 ， 在满 足同样风量 Q 的情况下 ， 风压 大幅 度降低， 功率 P 。 相当于面积 C H 3 0 Q 明显减小， 节 省的功率损耗 △PP 一P 2与 面积 啦 C成 正 比， 节能效果十分 明显． 所以， 采用改 变风机转速 的 方法对风量和风压进行控制是最合理和经济的． 3 系统构成及其实现 对原有煤气鼓风机加装变频调速装置 ， 并且在 鼓风机系统出 口的管道 上安装压力变送器 ， 测定管 道的风量变化， 通过 P L C对管道压力信号的变换和 处理， 为变频调速装置提供参变量， 实现对频率的自 动调整， 也就是说对电机的转速进行调整， 以达到根 据负荷变化调整输出功率， 节能降耗的目的． 3 ． 1 硬件组成 系统构成如图 2所示． J 操作台l I 上位 机J 下一 一 厂 P L C 厂 叫 设定压力 卜 _ ． - _ ] ． 一 J _ 1 一广 r_ l 压力 变送器l l变频器 千转速控制一 I 风机占 1 __ 皇 _ 趸 速 图 2系统构成示意 各部分主要功能分述如下 1 变频器． 选用美 国 A ． B的 P o w e r F l e x 7 0 0变频 器 ， 具有手动和 自动调速功能． 2 压力变送器． 选用重庆横河川仪有 限公司的 智能式变送器 E J A 1 1 0 A， 测定管道 的风量变化． 3 P L C ． 选用西门子 S 73 0 0可编程序控制器 ， s 73 0 0 P L C完成整个系统的信号采集 、 控制功能． 4 操作台． 实现系统操作控制和参数的设定与 显示 以及风机运行状态指示． 5 上位机．选用美 国 D I G G C O M 工控机 ， 完成 整个系统 的工艺流程 、 设备运行状态的显示和监控、 实时曲线的显示、 历史数据的保存、 权限管理、 操作 查询 、 报警等功能． 系统的控制过程 为 由压力变送器将 出口压力 测出， 并转换成与之相对应的4 ～ 2 0 m A标准信号， 送到 P L C与工艺所需 的控制指标 设定压力 进 行 比较， 得出偏差． 其偏差值由 P L C按预先规定的调 节规律进行运算得出调节信号， 该信号直接送到变 频器， 使其按照指令自动变频调节电机转速 当出口 压力高于设定压力时， 频率下降， 电机减速 当出口 压力低于设定压力时， 频率上升， 电机加速． 调整风 机出口汇总管处压力 自动跟踪设定压 力 ， 实现 自动 恒压控制 ， 保证系统稳定和供气质量． 3 ． 2软件框图 P L C软件采用梯形图语言， 实现各种逻辑顺序 控制， 风压闭环控制等， 程序框图如图3 所示． 在软件设计中利用 P L C定时中断功能完成数 据采样， 数字滤波， P I D运算及控制输出． 4 改造效果 4 ． 1 节电 节电效果非常显著， 功率因数提高， 平均节电率 62 南方金属 S 0 U T H E R N ME T A L S 2 0 1 1 年第 4期 5 2 ％， 改造前后实测数据如表 1 晤 l数 据 采 样l ] [ l 数字滤波1 ． ． 1 压力 P I D 控制I 一 控制量输出给变频器 是否改变参数设定值 、、、、、、 读入参数调节设定值 N 雾 ●Y 丽 丽 控制量输出 图 3 软件流程 表 1 改造前与改造后实测电机参数 节约功率 1 3 9 8 6 W 焙烧厂煤气加压站7台加压机为 2 4 h全天工 作 ， 除去检修时间按每年 3 6 0 d计 ， 电费价格按 0 ． 6 7 ； Y V _ ／ k W． h计 ， 每年可节约 电费 7台机共约 5 6 ． 7万 元， 不到两年可收回投资成本． 4 ． 2 其他效果 1 系统采用 闭环控制 ， 参数超调波动 范围小 ， 偏差能及时进行控制 ， 控制精度可达 5 ‰， 实现了 自 动恒压控制 ， 供气质量和管网运行安全性大大提高． 2 采用变频调 速技术后 ， 由于 电机 、 风机 的转 速普遍下降 ， 减缓 了风机 叶轮、 轴 承和密封件 的磨 损 ， 变频风机的振动明显好于原工频风机 ， 有利于延 长设备的检修周期和使用寿命， 降低维修费． 3 采 用变频后 ， 就不 必用 预旋 流器调 节供气 量 ， 克服了因预旋流器故障对生产带来的影响． 4 由于变频器十分灵敏和 自身所具有 的过 电 压、 欠电流 、 过流 、 过载和过热等保护功能， 不但降低 故障率， 并能及时提供故障信息， 方便查找． 5 变频风机实现 了软起动 、 低 频起动 ， 电流很 小， 避免了原来工频起动数倍 于额定起 动电流对 电 网和机械设备的冲击． 6 噪声低， 运行参数观测直观， 可同时显示压 力 、 频率 、 电流 、 流量 、 温度等 ， 并带有声光报警功能． 管道阀门全部打开 ， 阀门损失大大降低． 5 结论 变频调速技术用于煤气鼓风机控制系统 ， 具有 调速性能好 、 节能效果显著 、 运行工艺安全可靠 、 操 作简便等优点． 减轻了运行人员的劳动强度 ， 深受运 行人员和维修人员的欢迎． 它的成功应用 ， 说 明它是 一 项成熟可靠 、 应用广泛的高新技术 ， 具有很大的推 广价值． 上接 第 5 9页 G 4 2 C O O X 8 0 Z 2 ； 建立刀尖半径补偿； G O 1 Z O F 0 ． 3 5； 进刀加工起始点； G O 3 X 8 0 Z一 6 0 R 1 0 0； 加工圆弧 ； G O 1 X 1 1 0 ； 退 刀 ； G 4 0 C O O Z 1 0 0； 取消刀补； 圆弧面加工完成后， 经严格的检验， 完全符合设 计要求． 同理可以根据 c型刀具补偿方法， 选择刀 具在前刀座坐标系中假想刀尖对应的号码 T， 测量 刀尖圆弧半径 ， 在对刀过程中设置到偏置页面下． 即可编程加工其它各型面． 值得注意的是， 在对刀完 成后 ， 通常 z轴要偏移一个刀尖半径值 ， 偏移 的方 向根据假想刀尖方 向和对刀点， 否则在起刀时会 过 切一个刀尖半径值． 4 结语 C N C数控车床 B、 C型两种刀尖半径补偿方法， 在实际加工中得到广泛应用， 特别是在加工精度较 高的工件时． 刀尖半径补偿方法的应用 ， 提高了工件 加工精度， 同时， 扩展了机床加工工件范围． 参考文献 [ 1 ] 明兴祖． 数控加工技术 [ M] ． 北京 化学工业 出版社 2 0 0 3 ．