變頻節(jié)電技術(shù)在煉鋼廠高壓電動機上的應(yīng)用

施處良，朱紅莉

（1.中天鋼鐵集團有限公司，江蘇 常州 213011；2.江蘇省電力公司 新聞中心，南京 210024）

電動機是風(fēng)機、泵、壓縮機、機床等各種機械設(shè)備的驅(qū)動裝置，廣泛應(yīng)用于冶金、石化、化工、煤炭、建材、公用設(shè)施等多個行業(yè)和領(lǐng)域，是用電量大的耗電機械。據(jù)初步統(tǒng)計測算，2011年，我國電動機保有量約17億kW，總耗電量約3萬億kWh，占全社會總用電量的64%，其中工業(yè)領(lǐng)域電機總用電量為2.6萬億kWh，約占工業(yè)用電的75%，節(jié)能潛力大。

1 項目建設(shè)背景

中天鋼鐵集團有限公司成立于2001年9月，經(jīng)歷10余年發(fā)展，企業(yè)總資產(chǎn)達500億元，年產(chǎn)鋼能力突破1 000萬t。集團第二燒結(jié)廠、第二煉鐵廠有10臺高壓電動機，分別是第二燒結(jié)廠的2臺560 kW除塵風(fēng)機、1臺6300kW主抽風(fēng)機及第二煉鐵廠3臺1250 kW礦槽除塵風(fēng)機及2臺710 kW、2臺630 kW噴煤排粉風(fēng)機，10臺機械額定總功率達到13 850 kW。

第二燒結(jié)廠、第二煉鐵廠的10臺高壓電動機依靠風(fēng)門調(diào)節(jié)，經(jīng)計量測算其實際運行功率見表1，比較高壓電動機功率可以看出10臺高壓電動機械實施節(jié)能改造后節(jié)電潛力很大。通過對10臺高壓電動機應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)進行節(jié)能改造，可節(jié)約電費消耗，降低燒結(jié)、煉鐵生產(chǎn)工序能耗，達到降本增效目的。

表1 10臺高壓電動機械參數(shù)表kW

2 變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)原理

第二燒結(jié)廠、第二煉鐵廠10臺高壓風(fēng)機主要依靠出口風(fēng)門開度的大小來調(diào)節(jié)風(fēng)量，其實是改變管道中氣體阻力改變風(fēng)量，屬于典型的風(fēng)機變轉(zhuǎn)矩負載類型，它滿足變轉(zhuǎn)矩負載的工作特性關(guān)系。氣體由機械電機的轉(zhuǎn)速傳輸，若機械的轉(zhuǎn)速不變，其特性曲線H-Q亦保持不變。當風(fēng)門全開時，管阻特性曲線R1－Q與特性曲線H－Q相交于點A，風(fēng)量為Qa，風(fēng)機出口壓頭為Ha。若關(guān)小風(fēng)門，管阻特性曲線變?yōu)镽2－Q，它與特性曲線H－Q的交點移到點B，此時風(fēng)量為Qb，風(fēng)機出口壓頭升高到Hb，則壓頭的升高量為：ΔHb=Hb-Ha，于是產(chǎn)生了陰影部分所示的能量損失：ΔPb=ΔHb×Qb，如圖1所示。

圖1 風(fēng)機風(fēng)壓與風(fēng)量關(guān)系曲線圖

若改變電動機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)機械管道中的風(fēng)量，實質(zhì)是節(jié)約了氣體的能量，從而改變了風(fēng)量。額定轉(zhuǎn)速時的特性曲線Ha-q與管阻曲線交于A點（見圖2），風(fēng)量為Qa，壓頭為Ha。若機械轉(zhuǎn)速降低，特性曲線變?yōu)镠c－Q，它與管阻曲線R1-Q的交點將下移到C，風(fēng)量變?yōu)闉镼c。假設(shè)Qc的流量值是靠機械的風(fēng)門開度來控制達到的，則與管阻曲線R2－Q的交點將上升到B點。與風(fēng)門控制方式相比，其節(jié)省的能量為：P＝（Hb－Hc）×Qb（或Qc）。

圖2 風(fēng)機揚程與風(fēng)量關(guān)系曲線圖

將調(diào)節(jié)風(fēng)門和調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速這2種方法比較可見，在風(fēng)量相同的情況下，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速避免了風(fēng)門控制下因壓頭的升高和管阻增大所帶來的電能損失。在風(fēng)量減小時，轉(zhuǎn)速控制使壓頭大幅降低，所以它只需一個比風(fēng)門控制小得多的壓頭就滿足機械運行工況參數(shù)，而且節(jié)省電量，這也就是變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)的原理。

3 項目建設(shè)內(nèi)容

對第二燒結(jié)廠、第二煉鐵廠10臺高壓電動機械進行節(jié)電技改的可行性認證，并對10臺高壓電動機進行節(jié)電效益評審，在認證確認的基礎(chǔ)上，對相關(guān)風(fēng)機單獨安裝電能表、計時器等計量器具，以確定耗電風(fēng)機技改前的小時用電量。集團投入1 054萬元引進10臺日本安川FSDrive-MV1000系列變頻器（型號：CIMR-MV2BH5HD）及旁路柜、勵磁柜、PLC柜等配套設(shè)施，重新建設(shè)變頻器電氣室，敷設(shè)高壓電纜、動力電纜、信號電纜等機械通信設(shè)備，對第二燒結(jié)廠、第二煉鐵廠10臺高壓電動機進行變頻改造，更改集散控制系統(tǒng)（DCS）程序，采用變頻模式控制電動機及負載。同時為保證變頻器設(shè)備在合適溫度環(huán)境中高效運行，在變頻器電氣室內(nèi)安裝了空調(diào)制冷設(shè)備等措施。經(jīng)過前期10臺高壓耗電機械用電量的跟蹤測算，第二燒結(jié)廠、第二煉鐵廠10臺高壓耗電機械節(jié)電效果達到了前期預(yù)期目標。

4 項目節(jié)能效益及社會效益

改造后，通過每月對安裝的電能表和計時器進行抄表，及時跟蹤節(jié)電運行情況，將改造后10臺高壓電動機的小時耗電量與電動機技改前的小時耗電量進行比較和測算，獲得10臺高壓電動機械的節(jié)電率，第二燒結(jié)廠、第二煉鐵廠10臺高壓電動機年節(jié)電量。

第二燒結(jié)廠、第二煉鐵廠10臺高壓電動機實施技改前后的耗電量、節(jié)電率和年節(jié)電量數(shù)據(jù)見表2。

從表2中可以看出，第二燒結(jié)廠、第二煉鐵廠10臺高壓電動機進行變頻改造后，平均節(jié)電率達40%，其中第二煉鐵廠9號高爐排粉風(fēng)機、石灰窯排粉風(fēng)機變頻改造后節(jié)電率超過60%。節(jié)電率高的原因主要有2方面：一是變頻器設(shè)備選型好。運用日本安川先進的FSDrive-MV1000進口變頻器設(shè)備，安全、高效、節(jié)能、穩(wěn)定；二是加強變頻器設(shè)備日常運行與維護管理。安排專人定期對變頻器設(shè)備進行巡檢，遇到異常情況及時反饋信息，分析原因，使變頻器設(shè)備始終穩(wěn)定高效運行。第二燒結(jié)廠、第二煉鐵廠10臺高壓耗電機械實施節(jié)電改造后年可節(jié)約電量1 970.63萬kWh，按電力折標系數(shù)3.3 tce/萬kWh核算，第二燒結(jié)廠、第二煉鐵廠10臺高壓電動機年節(jié)約標準煤6 503.1 tce，減排CO21.62萬t/年、SO2107.3 t/年，該項目獲得直接經(jīng)濟收益1 048.3萬元/年。

表2 節(jié)電改造前后的耗電量、節(jié)電率和節(jié)電量數(shù)據(jù)表

5 結(jié)束語

中天鋼鐵集團有限公司引進國家鼓勵的節(jié)能技術(shù)——變頻節(jié)能技術(shù)，運用日本安川的先進的FSDrive-MV1000、型號為CIMR-MV2BH5HD的變頻節(jié)能技術(shù)和設(shè)備實施節(jié)能技術(shù)改造，取得了明顯的節(jié)電效益。下一步，在總結(jié)第二燒結(jié)廠、第二煉鐵廠10臺高壓電動機實施變頻改造取得經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，公司繼續(xù)使用安川FSDrive-MV1000變頻節(jié)能設(shè)備對公司高耗電的機械設(shè)備進行節(jié)能改造，在公司全面推廣使用，降低生產(chǎn)工序能耗，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高能源利用效率。

[1]孫傳森.變頻器技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]蔡增基，龍?zhí)煊?流體力學(xué)泵與風(fēng)機[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.