1、1三安钢铁厂转炉二次除尘高压风机变频改造摘 要：为生存而战，与钢铁行业“严冬”搏击。效益最大化是我们赖以生存的先决条件。利用成熟稳定的科技技术来提高企业生产装置的管理水平和节能降耗是我司首选的手段之一。除了变频器本身节能降耗，我们还通过系统方案、改造实施的优化实现降本增效，保证改造的效益最大化。 关键词：效应最大化；节能降耗；降本增效 中图分类号：TB 文献标识码：A doi：10.19311/ki.1672-3198.2016.15.101 1 项目背景 福建三安钢铁有限公司位于福建省泉州市安溪县，是一家国有控股，形成烧结、炼铁、炼钢、轧钢及水、电、风、气工序在内的冶金联合企业。三安炼钢厂共
2、 3 座 50T 转炉，二次除尘系统是转炉的关键设备，是保证环保治理达标的关键设备。 改造前两台二次除尘风机采用液力耦合器调速，液力耦合器工作原理是用电动机带动其输入轴旋转，将液压油用离心式泵轮甩出后进入涡轮旋转，最终将能量传递到输出轴。采用液力耦合器调速输出力矩小于输入力矩，无论风机出力大小，电机要始终恒速运转，风机风量调节靠液力耦合器控制油压实现，能量消耗较大。此外，采用液力耦合器调速2存在效率低、设备故障率高、调速精度低、范围窄等缺陷、不能满足转炉快节奏生产。高压变频器技术在调速方面具有节能效果显著、调速精度高、范围广、响应快等优点。 2 系统方案 2.1 系统主回路方案 根据我公司风机
3、负荷的重要性，我们决定采用的变频控制为一拖一方案，就是一台变频器带一台风机电机。具体的设计方案如图 1 所示。 QF 为炼钢高配室内的真空断路器，QS1、QS2、QS3 为 3 台高压隔离刀闸。电机变频拖动时断开 QS3，闭合 QS1 和 QS2。电机工频拖动时断开QS1 和 QS2，闭合 QS3。QS2 与 QS3 不能同时闭合，并具有机械互锁功能。为了实现对故障变频器的保护，变频器重故障状态下将发出跳闸指令，与高压配电室的高压真空断路器 QF 进行连锁跳闸，断开高压变频器电源。 2.2 控制方案 变频器采用两种控制方案，分别是上位机集中操作和变频器柜门操作。通讯控制技术成熟稳定，取消硬线控
4、制部分，简化操作系统的同时节约投资的材料费用及施工费用。控制流程如图 2 所示。 风机电控系统设备主要有高压电机、变频器、远程工控机、工程PLC、高压真空断路器及高压真空开关柜操作箱组成。 3 改造实施 3.1 变频器安装 3为方便本厂 6 台高压变频器的统一管理，将此两台高压变频器安装于一次除尘变频器室旁的风机房配电室。改造前将风机房配电室将原有的 8 个开关柜（800*600*2200/宽*深*高）约 80 个空开集中于两个新的开关柜（1200*1000*2200） 。优化风机房配电系统的同时节省了新建高压变频器室的费用。改造前后如图 3 所示。 3.2 电缆敷设 高压配电室与变频器室距离
5、约 450 米，高压配电室与电机距离约 400米，电机与变频器室距离约 120 米。电缆走向敷设线路图如图 4 所示。 将原电机到高压配电室 160 米处截断，倒抽至变频器室。截断处做中间接头对接 200 米高压电缆至变频器室。截断时为了确保截断是正确的电缆，我们每隔 2 米将需截断电缆做好标记，并由施工方及我厂改造施工负责人共同确认两遍。 敷设两条 7*2.5mm2 保护跳闸控制电缆及一条两芯 DP 电缆。通讯电缆敷设时与高压电缆做好隔离屏蔽，以保证通讯的可靠性。 3.3 系统调试 3.3.1 变频器机旁操作 变频器启动后通过变频器触摸屏调节变频器输入频率，测量电机转速，频率与电机转速成线性
6、变换：5Hz：100r/min、15Hz：300r/min、25Hz：500r/min、35Hz：700r/min、45Hz：900r/min。 3.3.2 上位机集中操作 将上位机与变频器构成控制系统，上位机和变频器可以通过特定的4通讯协议实现数据交换，这样上位机就可以随时控制每一台变频器的工作状况，并及时做出响应。 数据交换：通过适配器 PM-125 实现 PROFIUBS-DP 现场总线协议与具有 RS485 接口串口变频器直接的数据交换。数据交换如图 5 所示。 图 5 中，Eo 是 PROBIFUS 输出数据的事务号；i 是输出数据包含要发送的串口数据个数；D1Di 是 PM-125
7、 适配器要发送给用户串口设备的数据；Ei 是 PROBIFUS 输入数据的事务号；j 是输入数据包含已接收到的串口数据个数；D1DJ 是 PM-125 适配器从用户的串口设备接收到的数据。 通讯协议配置：通过配置软件 PMA-123-V1.1.0 配置现场总线网关设备 PM125 的相关参数及命令。可配置的参数为通讯波特率、奇偶效验方式、停止位、控制方式、字符超时时间、字符个数、起始符、结束符、自动发送、自动发送周期、使用 CRC 效验。例如我们将频率输入的参数设置为：功能码“6” ；Modbus 寄存器起始地址“1280” ；数据个数“1” ；内存映射起始地址“4002H” ；内存映射位偏移
8、量“0” ；字节个数“0” ；字节交换“不交换” ；效应类型“CRC” ；扫描方式“快速扫描” ；助记符“无” 。 硬件组态：通过西门子 PLC 的 STEP7 软件，把 PM125 作为从站，挂在二次除尘 400PLC 下，1#、2#风机的 PROFIBUS 地址分别为 10 和11。PM125 配置为 8 字输出，8 字输入，输入起始地址为 PIW608，输出起始地址为 PQW544，组态地址对应如表 1 所示。 如表 1 所示： 风机实际频率值包含两位小数，如实际频率为 50.00Hz，则发送数5值为 50.00*100=5000，十六进制表示为 01388. 风机实际电流包含两位小数，
9、如 0x0686 转换为十进制 1670，则实际输出电流为16.70A； 风机实际电压十六进制直接转换为十进制，单位 V，如 0x0F76 表示 3958V； 风机故障字当值为 0 时正常，非 0 时故障； 风机状态字当值为 0 时停止，非 0 时运行； 风机操作方式当值为 1 时本地，2 时远程，3 时上位机操作； 风机启动/停止当值为 0 时启动，非 0 时停止； 风机给定频率值包含两位小数，如设置频率为 50.00Hz，则发送数值为 50.00*100=5000，十六进制表示为 0x1388； 风机转速自动控制：将某台转炉停炉检修信号通过以太网通讯，传至二次除尘 400PLC，作为判断条
10、件，使变频器频率输出由 45Hz 降为35Hz，对应二次除尘高压风机由高速 900r/min 降至低速 700r/min。 4 成本、利润统计、经济（社会）效益分析及投资回收年限 4.1 投资费用统计 总投资费用=备件费用+施工费用=552800+180000=732800 元 4.2 节电统计 耦合器实测的耗电情况与变频器实测的耗电情况表 2。 单台转炉二次除尘风机变频调速与耦合器调速年节电比较： 每周平均每座转炉计划停炉检修 12 个小时。 高速年节电情况：（620-590）kW?h（168-12）小时3 座炉646 周=64.584 万 kW?h（扣除大修两周） 。 低速年节电情况：（4
11、00-290）kW?h12 小时3 座炉46 周=18.216 万 kW?h（扣除大修两周） 。 两台年节电效益：（64.584 万 kW?h+18.216 万 kW?h）0.52 元/kW?h2=86.112 万元。 4.3 通过变频改造后可减少的备件费用和检修费用 总检修维护费用=（每年单台更换润滑油费用+耦合器备件费用+耦合器检修费用）2=（1.1308+2.7988+2.5）2=12.86 万元 4.4 投资回收年限 （1）年经济效益：86.112+12.86=98.972 万元； （2）总投资费用：73.28 万元； （3）改造后一年收益：98.972-73.28=25.692 万元；满足改造后一年内收回投资费用的要求。 5 结束语 提高自动化水平，节约能源，年可得经济效益 98 万元，改造后一年内可收回投资成本。除了显著的经济效益，本次变频改造在降低设备维护成本、延长设备使用寿命、简化操作等方面也有着诸多优势。 参考文献 1科陆变频.CL2700 系列高压变频器调速系统用户使用说明书Z. 2.上海泗博自动化技术有限公司.PM125 产品手册Z.
