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厂房降温设备阿钢炼钢厂电炉除尘风机变频调速装置应用磁力机械油
摘要：本文结合电炉除尘工艺，介绍了阿钢电炉除尘风机变频调速工程控制方案，总结出在冶金行业除尘风机上应用高压变频调速工程，节电效果是非常显著的。
关键词：电炉 生产工艺 高压变频器 节电
一、阿钢公司介绍
阿钢是西林钢铁集团有限公司控股的子公司，位于距省城哈尔滨东南22公里的阿城市。企业按照总体规划，以轻轨和矿用钢等系列产品为主导，开发研制出XY30高性能超低温新钢种，成为铁道部重点推广产品已投入青藏线使用。
目前阿钢炼钢厂拥有国内先进的60 吨超高功率直流电弧炉2座，75吨LF钢包精炼炉2座，年可生产80万吨钢。
二、改造原因
炼钢厂电炉除尘工程自2004年10月投入运行以来，用电消耗很大，仅2005年全年用电2172万度，全年电费1136万元，吨钢除尘电耗57 度，吨钢除尘费用30元。针对电炉除尘风机耗电大的现状，设备工程部电气技术人员研究多种节电途径，具体尝试了以下几种办法：
1．随电炉负荷变化来调节风机风门，控制风机电流节电。但是现有除尘工程风门在半开状态时，管阻很大，风机及其管路喘振现象严重，以此办法调节，对风机传动部位磨损大，会损坏风机轴承的部件，不利于除尘工程安全运行。所以风门在半开状态时工程无法长期运行。
2．现阶段风机风门只能在全关或全开两种状态运行。在电炉停炉一小时以上时，将风机风门全关闭，此时电机电流降为额定电流的50%，有明显节电效果，但是风门从全开到全关闭方式切换的瞬间，风机、管路及厂房振动相当大，担心影响厂房框架结构及其基础牢固，不利于长期采用。
3．在电炉负荷不大时，特别是夜间将两台二次除尘小风机停电进行节能，这样每天节电6000度，但是环保方面能否达到标准是值得考虑的，不是解决问题的长久之计。
鉴于上述情况，设备工程部积极研究科学的节电办法应对电炉除尘风机节电技术，在此期间通过查找相关资料，认为采用高压变频调速技术根据电炉冶炼各工艺各阶段烟尘量变化来调整电机运行转速，从而达到节电目的是切实可行的。经过论证，公司批准在两台电炉一次除尘风机的1000kW/6kV电机上安装高压变频调速装置。
三、 变频调速的原理
根据异步电动机转速公式：n＝60f（1-s）/p，可以看出，转差率s变化不大，可视为恒定，电机极对数p一旦电机制造完成也是常数，所以电机转速n与电源频率f是成正比的。只要改变频率f，即可改变电机转速，当频率f在0－50Hz之间变化时，电机转速调节范围是非常宽的。根据流体力学流量与风机转速的关系可知，电机功率P与转速n的立方成正比，随着转速的降低，电机功率以转速的三次方关系递减。因此随着电机转速的降低，电机消耗的电能下降幅度很大。可见，使用高压变频器对电炉一次除尘风机调速的节电效果将非常显著。
四、炼钢厂电炉除尘工艺及设备参数介绍
1．炼钢厂共有两台直流电弧炉，电炉冶炼时周期性供电吹氧，为满足节能和环保要求，要求两台电炉的一次风机在整个冶炼周期内变速运行，供电吹氧时高速运行，不吹氧时低速运行。正常情况下，电炉每90分钟生产一炉钢，每炉钢生产周期可划分下列步骤：①加废钢铁水5分钟，②供电及吹氧60分钟，③等样、出钢、堵出钢口25分钟。其中①③时间段内烟尘较少，一次风机可以低速运行，频率控制在10——20Hz，在②时间段内烟尘较大，风机高速运行，频率控制在40-45Hz。
图2：电炉炼钢生产工艺流程图
2．除尘风机及配套电机的参数表：
五、电炉除尘风机变频调速工程控制方案
1．高压变频器直接与电机连接，变频拖动方式为一拖一，设有工频旁路。由变频运行方式转换到工频运行方式时，采用手动切换，电动机可不通过高压变频器而经过旁路直接启动。
2．风机调速与电炉取样出钢联锁，设置高低速两档运行，实现手动/自动调速切换功能。操作台设置“手动/自动”调速切换开关和“速度种类”转换开关，平时可根据生产情况，高压变频器自动实现高、低速运行，如因生产需要可改为手动来实现调速运行的目的。
3．高压变频器具有远程和本机控制功能。本机控制时通过高压变频器控制柜上触摸屏可就地人工启动、停止高压变频器，可以调整电机转速、频率。远程控制放在炉前控制室，设有操作台和上位机，由配电工操作控制。通过上位机配电工可以随时了解设备的运行情况，通过操作台可实现对高压变频器进行简单的远方操作。配电工可以根据工况自由选定高压变频器“手动/自动”调速运行。
六、项目实施过程
2006年4月27日通过公司组织的招标方式最后选购了北京利德华福电气技术有限公司生产的高压变频器，产品型号：HARSVERT－A06/130，高压变频器于6月25日到货开始安装，8月9日正式调试，8月10日投入运行至今。
七、项目实施后效果
盘根的密封是靠对轴套的“包紧力”获得的，而因此产生的磨擦热积聚会造成轴承的“抱死”。所以必须靠泄漏来排热，而泄漏会使轴承缺油“干磨”，导致设备出现严重故障。本文通过对锅炉引风机常见的轴承箱漏油原因的分析，提出对引风机原油封进行改造，应用一种防止引风机漏油的新磁力机械油封结构。
铝电解生产烟气净化用离心锅炉引风机功率一般达800KW以上、转速730r／min、流量Q＝500000m3／h、介质比重0.745kg／m3、最高环境工作温度60℃、润滑油32＃机械油。原轴承箱压盖和转轴之间的密封结构为盘根密封，密封性能较差。由于转轴的转速较高，在离心力的作用下，轴承箱内的润滑油沿轴从端盖甩出，漏油现象非常普遍，造成轴承箱、联轴器及周围地面沾满油污，给安全生产带来隐患，造成润滑油浪费，污染了生产环境，有时造成引风机缺油而损坏。因此，改进原油封结构，使用寿命长的新型油封结构以取代原油封是非常必要的。
一、原密封结构存在的问题
引风机运行中油环下端浸入油池中，把润滑油搅起，沿压盖内表面淌下，直接滴到旋转轴上，轴上积油很多，被旋转轴带动，油沿轴爬行，进入盘根与轴之间的间隙，由于盘根在安装中间隙和预紧力不易掌握，安装中有可能已经造成盘根破损，运转一段时间后盘根被磨损，造成盘根与转轴的间隙变大，因而润滑油不断沿轴向外甩出，即发生漏油。从以上分析可以看出盘根结构存在的主要问题是盘根材质较差、安装不易掌握，运转一段时间后间隙变大起不到有效的密封作用。
据电解铝厂对12台锅炉引风机24个轴承座的48个动密封点1年内的泄漏情况统计，有70％的使用寿命在1个月左右，维修强度非常之大。统计情况如表1
二、磁力油封的选用
1、磁力油封的结构磁力机械油封，由两部分组成：一部分为静环，主要由耐磨合金制成的遇热稳定、光滑的静密封面，一个不锈钢结合盖固定于轴承箱端盖上，结合盖与端盖之间采用密封胶或O型圈进行密封；另一部分为内含磁性元件的动环，动密封面是由排热性与耐磨性极佳的含碳复合材料制成，并且采用浮动式设计，可长期在与静环的吸引下与之保持贴合，为了达到与静环长期的吸合，磁力油封的磁性元件采用在高温及高速的环境下都不会消磁的永磁材料，而且为了满足浮动式设计的要求，动环由特殊的氟橡胶O型圈固定在轴上，O型圈与轴的摩擦力大于动环之间磁力的剪切力。
整个磁力机械油封装置在设计上均考虑长寿命使用，设计上自身保护的特性与结构采用特殊材料，均是在恶劣环境下及反复变化时能够保持耐用的基础。磁力机械油封可在干态下或存在润滑的工况下工作，在有水侵蚀的情况下也无所谓。适应于立式或卧式、低速或高速、干摩擦或润滑状况下的减速机、齿轮箱、风机、泵和电机等转机设备。
2、磁力油封的选用1）设备精度要求径向跳动：最大0.5mm轴向蹿动：最大0.35mm垂直度：最大0.05％×轴径（如：直径50mm的轴，垂直度要求0.025mm。表座吸在轴上，表针指在静环表面，轴旋转1周的最大公差）
轴的公差：最大±0.04mm，建议±0.025mm
轴光洁度：最大64Rms，建议32Rms
静环安装处公差：H62）适用条件工作参数：温度160℃；压力3.3公斤，线速度60m／s，一般规格20～320mm。
3、磁力油封的安装步骤1）在清洁表面上将动静环掰开，而非划开，动环先放回盒内。
2）将静环外涂一层硅油，油脂不要与密封面接触，且在端盖后阶面上均匀地抹一层密封胶。
3）用木棒或紫铜棒（不要损坏静环面）将静环压入壳体直到平整地靠在台阶面上，再将沾在摩擦面上的胶和杂质擦干净。
4）在动环O型圈内涂上润滑油，将动环套在轴上推进，不要推到位。
5）将端盖套轴上推进，动静环接触后，一起推到最终位置。
6）端盖上紧后，使用附带卡片作为一个工具将O型圈向内推入以防止其在安装时变形。
注意：如果静环与端盖配合过松，可加压板，整个安装过程中务必使摩擦副之间保持清洁。
4、应用情况某电解铝厂2004年3月改造的油封，在1＃风机上进行了试运行，随后又在4＃、7＃上进行了安装，经过1年多的运行，轴承箱压盖密封处无任何泄漏，完全满足设计要求。在此之前，原密封结构由于经常发生泄漏，净化岗位操作员的工作量很大，在每天的巡检中都要对轴承座润滑油进行补充，而且还发生过一起因漏油造成的设备抱轴事故，导致电机烧毁，直接经济损失数10万元。由于漏油的普遍性也使现场卫生一直难以解决，给设备现场管理带来了难度。改造后，在换油周期内润滑油基本不需要补充，大大减轻了工人的劳动强度，现场状况明显改观，也为生产平稳运行创造了有利条件。
磁力机械油封密封这种改进方法，只需改造轴承压盖与静环之间的配合尺寸，对原结构改动很小，这种密封结构简单，安装方便，消耗动力小。运用磁力技术，采用机封理念全新设计的全浮动密封面结构，使动静环结合面始终保持紧密接触，即使在较大的轴的跳动下，亦可实现有效密封。此外，通过调整结构参数，将该油封也成功地应用到了其它轴承座转轴密封上，同样取得了满意的效果。因此磁力机械油封是未来解决转轴密封的发展方向，有极大的推广价值。
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