锋速达通风降温系统
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生产负压风机冶金行业除尘工程风机的节电改造葛州坝水泥厂风机高
自进入二十一世纪以来，冶金行业进行了大规模的技术改造，根据国家的环保要求，其烟尘治理已达到新的水平：
1、 各生产工段已普遍采用除尘设备（布袋除尘器或电除尘器），除尘工程运行基本良好，满足了环保要求；
2 、除尘工程主风机装机功率容量大，液力偶合器、变频器等调速装置已普遍应用于风机的启动、调速运行；
3 、一些断续生产的工段，根据生产工艺特点，自动控制除尘工程主风机高速、低速运行，具有良好的节电效果；如焦化除尘、高炉除尘、转炉一次除尘等;
4 、另一些断续生产的工段，由于自动控制较复杂，运行方式以最大烟尘量设定风机参数长期运行，耗电量大，调速装置未达到最佳应用状态；如电炉除尘、转炉二次除尘等。
5、一些连续生产工段，烟尘排放点比较多，但每个排放点烟尘量较小，除尘工程烟尘扑集罩较分散，采用一套除尘工程收尘，除尘工程主风机以最大风量长期运行，采用调节风管阀门控制风量来满足烟尘排放点的收尘，此运行方式耗电量也比较大。
根据以上情况，深入分析实际的生产工艺，利用现有设备，采用有效的自动控制手段，可进一步降低除尘工程风机的耗电量，达到最佳的节电效果。
二、节电方案
1、 加强除尘工程设备的管理，保证除尘工程管道及除尘设备的阻力参数在允许的范围内运行, 尽量维持风机以较低转速运行；
2、 根据生产工艺过程的要求，通过检测烟尘扑集罩内的有关参数及生产工艺过程的其它参数，自动调节风机的转速，根据风机功率与风机转速的3次方成正比的关系，尽量降低风机转速，以达到最佳的节电效果。
三、自动控制方案
方案一： 根据生产工艺的要求，除尘风机与相关生产设备联锁，开炉时自动达到风机低速位，闭炉冶炼时自动使风机达到高速位，该开关量信号的传送可采用控制电缆送至风机控制计算机或PLC，另外，亦可采用无线传输设备进行信号的传送。
方案二： 检测烟尘扑集罩的有关烟气参数及工艺参数，根据其参数值自动调节除尘风机的转速而达到节电的目的，信号传送可采用电缆或无线传送。
四、具体方案分析
1、电炉车间除尘工程风机节电方案分析：
（1）工艺过程
某钢厂电炉为扩容的70t ABB交流电弧炉, 除尘器工程采用布袋式除尘器，设计过滤面积11985m2，最大除尘风量450000 m3／h。
电炉炼钢周期为70~85分钟左右，其中装料6~10%，送电熔化25~30%，吹氧30~35%，还原期15~20%，冲渣出钢6~8%。在不同的生产工艺阶段，电炉产生的烟气量和烟气温度不同，且差异较大。加料过程中,主要是装料时废钢及渣料产生的扬尘，需要的除尘风量不大，要求粉尘不扩散，不污染电炉周边工作环境为标准。送电过程中是原料送电拉弧加热，引发可燃废弃物燃烧产生废气。此时，电炉需要将炉料加热至熔化状态，要求烟尘能够及时排出，又不能过多的带走炉体热量以保证炼钢周期。而在吹氧期间，不仅要求除尘工程能够及时迅速的将废气和粉尘排走，又必须保证炉体有合适的吹炼温度，确保终点温度。因此，对除尘工程要求较高。进入还原期，吹氧告一段落，粉尘度再一次降低。在冲渣出钢时，主要排放物是冲渣产生的水蒸汽和少量废气。
通过对冶炼工艺的分析：电炉在炼钢过程的不同阶段对除尘风量的大小有明显的不同，以吹氧冶炼为最大，加料除尘为最低。原电炉车间已配置一次除尘工程, 二次除尘工程、精练炉除尘工程；除尘工程风机均配置了液力偶合器调速装置。鉴于电炉除尘工程中除尘风机的运行方式和设备特点，对除尘风机的控制制定如下方案。
（2）工程控制方案
由于不同工艺阶段的烟气温度有明显差异，因此温度的高低直接反映了电炉的
运行工况。采集烟道进口温度作为工程调节的基本参量，从工程角度讲，温度变送器可以在恶劣的工业场合应用，抗干扰能力强、工作稳定性好、控制精度高、安全可靠、免维护且价格便宜。基于此原因，选用除尘烟道进口烟气温度作为工程调节的基本参量，同时以吹氧量和冷风门开度作为除尘风量的修整参量；通过ROLCOX多变量控制器进行除尘风机转速的自动控制，控制工程具有响应速度快、控制品质高,从而可实现除尘风量的自动控制，达到良好的除尘效果,降低运行人员劳动强度,提高工程效率，控制逻辑见图一所示。
为了保证工程的可靠性，另外增加除尘风量手动控制回路，对除尘风量的控制
采用分段调速的方式由炉前操作台控制风机转速，从而实现不同运行工况下的风量调节。控制逻辑图如下。
（3）控制工程特点
a、 除尘工程风机功耗随电炉炼钢生产工艺变负荷运行，提高了工程效率；实现了除尘工程的最佳工况运行。可取得显著的节能效果。
b、大大有效降低了除尘工程负荷率，延长了除尘器、除尘风机、除尘电机、烟道等设备的使用寿命。
c、对降低炉内热量损失，合理控制过程温度，确保终点温度起到一定的作用。
d、对除尘工程进行调速改造，有助于改善炉内吹炼工况，缩短炼钢时间，提高钢产量改善出钢品质。
e、降低补炉期间的能耗和炉衬排热损失。
2、转炉车间除尘工程风机节电方案分析：
（1）工艺过程
某钢厂转炉吹炼工艺周期对除尘风机的工艺要求如下
A到B为兑铁加废钢时间,
B到C为风机升速时间，
C到D为吹氧时间，
D点风机开始减速，
D到E为倒炉测温取样时间，
E到F为出钢时间，
F到G为溅渣时间，
整个吹炼工艺周期约40分钟，其中风机高速运行时间（C到D）15分钟,其他时间风机低速运行。
（2）工程控制方案
在上图B点，将炉前、炉后和氧气流量信号送到除尘工程PLC站，通过用户程序处理后，输出到继电器，由继电器提供一对闭合节点（继电器吸合时，风机高速运转；继电器释放时，风机低速运行），当在炉前操作并有氧流量时，继电器吸合，风机开始从低速向高速升速，在C点现场操作工进行吹炼。在D点，准备出钢; 炉前工转换开关转到炉后或没有吹炼的时间超过15分钟，继电器释放，风机开始降速，降速时间不作具体要求，但在减速过程中如果需要提速，风机应能满足提速要求。
一般转炉车间一次除尘工程风机已经按以上工艺进行控制,但是二次除尘工程风机等是不调速运行，浪费大量电能。
2X45T转炉车间二次除尘工程风机控制工程如下:
3、多烟尘扑集罩除尘工程风机节电方案分析：
（1）工艺过程
大型高炉一般设2个以上出铁口，轮换出铁操作，出铁口的大量烟尘通
过烟尘扑集罩送至同一除尘工程排出，出铁口工作时打开烟罩阀门，非工作时关闭阀门；除尘工程的总风量应等于或大于所有出铁口工作打开烟罩阀门时风量的总和。除尘工程风机一直以最大风量运行，不调速,消耗大量电能。
在满足各出铁口烟尘扑集罩正常吸尘风量的情况下，如果采用开闭阀门与
除尘风机转速相结合的控制方式，尽量降低风机转速，则可达到节约电能的目的。
（2）工程控制方案
当所有的出铁口烟尘扑集罩阀门全部打开时，风机以最高转速运行，其它
情况在保证每一烟罩除尘效果的前提下，根据烟罩阀门的开、关情况自动调节风机转速，尽量降低风机转速。
控制工程图如下(以三个出铁口为例):
五、节电效益分析
以某钢厂90T电炉除尘工程为例:
1、除尘工程风机配置：
一次除尘工程风机功率 2700KW 额定转速 996RPM(液力偶合器调速)
二次除尘工程风机功率 1600KW 额定转速 990RPM(液力偶合器调速)
精练炉除尘工程风机功率 500KW 额定转速 1491RPM(液力偶合器调速)
2、运行状况
一次除尘工程 风机电流 121A 转速 750RPM（不调速）
二次除尘工程 风机电流 46A 转速 666RPM（不调速）
精练炉除尘工程 风机电流 23A 转速 1150RPM（不调速）
3、节电分析
采用以上的控制方案，风机转速以平均下降20%，每天运行10小时，其它时间按现状况转速运行，每年运行330天，电费0.68元/度,根据风机功率与风机转速的3次方成正比进行计算:
电炉一次除尘工程、二次除尘工程、精练炉除尘工程每年合计可节电300万度,节约电费200余万元。
如果风机转速平均下降30%，每天运行10小时，其它时间按现状况转速运行，每年运行330天，电费0.68元/度, 除尘工程每年合计可节电400余万度,节约电费275万元。
六、投资 （一套除尘工程）
1、一次检测元件及信号传输设备和电缆 3.8万元；
2、除尘工程PLC增加ROLCOX控制模块 6.8万元；
3、软件编程、安装、调试 8.8万元；
4、其它 2.0万元
合计:21.4 万元；
七、节电方案实施步骤
1、了解现有生产工艺的运行方式，统计、检测除尘工程的有关参数。
2、根据实际的运行情况选择控制方案，购置设备。
3、设备安装、调试、运行、检测。
八、结论
在冶金行业的一些生产工段, 除尘工程风机虽然配置有调速设备,但是生产过程中一直以较高风速运行,浪费大量电能.在深入分析实际生产工艺的基础上，利用现有的调速设备，采用有效的自动控制方案，增加极少的改造费用，即可进一步降低除尘工程风机的耗电量，达到最佳的节电效果。
一、前言
变频调速技术现已被应用于各行各业，我公司于2004年起开始将高压变频器应用于水泥行业的电机节能改造，至今已成功用于水泥厂窑尾通风机、高温风机、窑头EP风机、生料磨循环风机的节能改造，取得了许多成功的改造经验，并取得了显著的经济效益。2006年1～2月，我公司对葛州坝水泥厂3#、5#窑的窑尾高温风机及窑头EP风机成功进行了变频改造，下面对改造情况作一总结。
二、变频调速节电原理
异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率f来改变同步转速而实现调速的，在调速中从高速到低速都可以保持较小的转差率，因而消耗转差功率小，效率高，是异步电动机的最为合理的调速方法。
由公式 n＝60f/p（1—s）
可以看出，若均匀地改变供电频率f，即可平滑地改变电动机的同步转速。异步电动机变频调速具有调速范围宽、平滑性较高、机械特性较硬的优点，目前变频调速已成为异步电动机最主要的调速方式，在很多领域都获得了广泛的应用。
变频调速具有如下显著的优点：
（1）由设备设计余量而导致“大马拉小车”现象，因电机定速旋转不可调节，这样运行自然浪费很大，而变频调节彻底解决了这一问题；
（2）由负载档板或阀门调节导致的大量节流损失，在变频后不再存在；
（3）某些工况负载需频繁调节，而档板调节线性太差，跟不上工况变化速度，故能耗很高，而变频调节响应极快，基本与工况变化同步；
（4）异步电动机功率因数由变频前的0.85左右提高到变频后的0.95以上；
（5）可实现零转速启动，无启动冲击电流，从而降低了启动负载，减轻了冲击扭振。
（6）高压变频器本身损耗极小，整机效率在97％以上。
对离心式风机而言，流体力学有以下原理：输出风量Q与转速n成正比；输出压力H与转速n2正比；输出轴功率P与转速n3正比；即：
Q1/Q2＝n1/n2
H1/H2＝（n1/n2）2
P1/P2＝（n1/n2）3
当风机风量需要改变时，如调节风门的开度，则会使大量电能白白消耗在阀门及管路工程阻力上。如采用变频调速调节风量，可使轴功率随流量的减小大幅度下降。变频调速时，当风机低于额定转速时，理论节电为
E=〔1-（ n′/n）3〕×P×T （kWh）
式中： n－额定转速
n′—— 实际转速
P——额定转速时电机功率
T——工作时间
可见，通过变频对风机进行改造，不但节能而且大大提高了设备运行性能。以上公式为变频节能提供了充分的理论依据。
三、窑尾高温风机工程简介
葛州坝水泥厂生产线为干法悬窑，其窑烧成工程流程简图如图1所示。
图1 窑烧成工程流程简图
旋窑是一个有一定斜度的圆筒状物，预热机来的料从窑尾进入到窑中，借助窑的转动来促进料在旋窑内搅拌，使料互相混合、接触进行反应，物料依靠窑筒体的斜度及窑的转动在窑内向前运动。窑内燃烧产生的余热废气，在窑尾高温风机的作用下，通过预热器对进入窑尾前的生料进行预热均化，降温后的余热废气再通过高温风机抽出进入废气处理（除尘及排出）。
葛州坝水泥厂的3#、5#窑，日产分别为2000t、2500t，到现在运行已近多年。生产线原配置的余热发电机组，由于发电成本较高，现已停产。
日产2500t的5#窑生产线，高温风机电机配置为6kV1600kW，窑尾EP风机配置为6kV280kW。日产2000t的3#窑生产线，高温风机电机配置为6kV1400kW，窑尾EP风机配置为6kV260kW。在高温风机的电机与风机之间，配有液力耦合器对风机进行调速，整个工艺过程主要是通过 DCS的控制来调节液力耦合器的速度从而调整风机的风量，达到控制窑内负压。窑尾EP风机依靠风门来进行调节。
由于使用年限较长，目前液力耦合器漏油严重，运行中每天需加油2～3次，以补充漏油，油面调整的控制回路失灵不能自动调节，在运行中靠手动调节置于固定转速比。在运行是时仍靠风机挡板进行风量调节，当窑工程工况变化较大时，现场值班人员根据中控制室的指令对液力耦合器的勺杆进行手动调节，运行操作非常不便。
前段时间，水泥厂准备对两条生产线进行提产，但由于高温风机中液力耦合器漏油严重，出力受到限制，不具备提产的条件，故提产一直未能实现。
2006年1～2月，我公司为该水泥厂2000t、2500t两条生产线的高温风机及窑头号EP风机进行了变频调速改造，目前运行情况良好，2000t的生产线的产量目前达2300t，2500t的生产线的产量目前达2900t，而高温风机变频调节的耗电量还稍少于原液力耦合器调节的耗电量。
四、高温风机变频改造方案
经过对原工程进行分析，对原工程的风压控制由原来的液力耦合器调节改为变频器调节，即取消原液力耦合器，将电机与液力耦合器之间用一连接轴取代液力耦合器连通，而由变频器对电机本身进行调速，最后达到调整窑尾预热器（高温风机入口）的压力为工况要求值。
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