本文分析了高炉鼓风机的工艺及可靠性要求.doc

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本文分析了高炉鼓风机的工艺及可靠性要求，介绍了ZINVERT系列高压变频调速系统在溧阳市三维焦炼厂炼铁高炉鼓风机变频调速改造的技术方案和节能效果等应用情况，为高压变频在高炉鼓风机的应用提供了一定的经验。
关键词：高压变频器  高炉鼓风机  节能
1、用户及炼铁高炉鼓风机工艺要求简介 
溧阳市三维集团，是主要从事生铁冶炼的经济实体。焦炼厂位于江苏溧阳南渡镇，于2003年5月投资兴建。该厂现有3个128立方的高炉，其工艺设备，计量测试，除尘环保，厂房和绿化水平具有当前国内同行业领先水平，年产生铁量为50万吨。
炼铁过程实质上是将铁从自然状态——矿石等含铁化合物中还原出来的过程。通常分为烧结和炼铁两段工序。烧结：就是把铁矿粉造块，为高炉提供精料的一种方法，是利用铁矿粉、熔剂、燃料及返矿按一定比例制成块状冶炼原料的一个过程。炼铁：高炉的冶炼过程主要目的是用铁矿石经济高效的得到温度和成分合乎要求的液态生铁。
高炉冶炼的全过程可以概括为：
在尽量低能量消耗的条件下，通过受控炉料及煤气流的逆向运动，高效率的完成还原、造渣、传热及渣铁反应等过程，得到化学成分与温度较为理想的液态金属产品。高炉生产是连续运行的。一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。生产时，从炉顶（一般炉顶是由料种和料斗组成，现代高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风（1000～1300摄氏度），吹入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。
高炉鼓风机是高炉最重要的动力设备，它不但直接提供高炉冶炼所需的氧气，而且提供克服高炉料柱阻力所需的气体动力。高炉冶炼要求鼓风机能供给一定量的空气，以保证燃烧一定的碳；其所需风量的大小不仅与炉容成正比，而且与高炉强化程度有关、一般按单位炉容2.1～2.5m3／min的风量配备。但实际上不少的高炉考虑到生产的发展，配备的风机能力都大于这一比例，因此一般采用入口风门、出口放风阀进行风量、风压控制，以及防止风机的喘振。
高炉鼓风机的由于风门的损耗、风机的效率低、放风损耗巨大，因此采用高压变频器改造的节能空间巨大。但是由于高炉鼓风机作为高炉生产的关键设备，电动机功率容量大，要求保证持续工作，在高炉生产中的运行中断特别在出铁水时将造成灌渣事故，导致高炉堵炉、停产、焦比上升，造成较大的经济损失，因此目前对高炉鼓风机进行高压变频改造的极少，主要原因用户对高压变频器设备的运行可靠性的疑问。广州智光电机有限公司的ZINVERT系列高压变频器以其可靠性制造与技术、大量的稳定可靠的运行业绩赢得广大用户的信任，三维焦炼厂选用其对＃1、＃2高炉鼓风机进行了高压变频调速改造。
3、改造方案
目前三维焦炼厂有2个高炉进行生产，3号炉在建设之中。其高炉风机原来采用定子串水阻启动，通过风机入口风门和出口放风管风门进行风量风压调节。此次三维焦炼厂采用广州智光电机有限公司生产的ZINVERT—A9H1500/10Y型高压变频调速装置，对其1#、2#高炉1250kw高炉风机电机进行变频调速节能改造。以下以2#高炉风机变频应用为例进行介绍。
      3.1 2#高炉风机及配套电机参数

      3.2 高炉变频改造方案
      此次改造采用的为ZINVERT-A9H1500/10Y一拖一手动旁路高压变频调速系统，装置一次接线如图4所示。10kV电源经变频装置刀闸K1到高压变频装置，变频装置输出经刀闸K2与水阻柜串联接至电动机，正常时先将水阻柜旁路再进行变频启动电动机；10kV电源还可经刀闸K2切换至工频侧通过串水阻降压起动电动机。一旦变频装置出现故障，即可马上断开输入侧10kV开关及刀闸K1，将变频装置隔离，切换刀闸K2至工频侧，把水阻柜投入，在工频电源下起动电机运行。刀闸K1、K2之间具有闭锁和防止误操作功能。

图4 高压变频调速系统一次主接线图
      ZINVERT型智能高压变频调速系统内核控制由双DSP完成，装置在现场运行时其运行频率设定方式有多种方式。现场采用远程操作台的控制仪表进行频率或转速给定。高压变频器变频运行时，用户可根据实际炼铁过程中的压力需求，在控制室对鼓风机的变频系统进行调整设定频率以满足工况需求。
4、项目改造总结及收益分析
由于某些因素的制约，此次选用的为ZINVERT手动旁路变频系统。而高炉风机运行工况要求其24h连续运行，偶然跳闸或停机会对整个生产甚至高炉本身都会造成比较严重的影响。而在高炉炼铁生产时，每1个小时就要出一次铁，因而对变频的可靠性要求非常高。为防止再出现类似情况，提高高炉风机运行可靠性，经总结分析，建议以后对高炉风机变频改造采取以下方案。即采用ZINVERT系列自动旁路变频系统。广州智光电机有限公司拥有自主研发的“STT”技术（转速跟踪技术），能够为正在旋转的电机进行工变频自由切换提供有力的保证，提高变频可靠性。当变频故障时，变频无需跳闸而能够自动进行带电切换到工频状态运行，整个过程不会超过5秒钟；而当变频故障恢复后，又可通过人工进行带电切换回变频运行，而无须等电机停下。从而可以大大地提高了高炉生产运行的可靠性。
根据用户提供的2007年5月1日～8月20日期间的运行频率和变频节能测试数据记录，采用变频改造后，变频调速系统一般运行在40～48Hz，正常生产时运行频率一般在45～46Hz，（如图6中变频运行监视界面），对应输入运行功率为1000kW左右，用户节电测试结果变频装置投入运行时：
减小输入功率：1287.5-1000=287.5（kW）；
      节能比率：287.5/1287.5=22.3%；
      按平均每天运行24小时，电价0.5元/度，一年运行330天计算，每年可以节约电费约为：V= =113.85（万元）。
      两台高炉的鼓风机进行变频改造后年节约电费可达220万元以上。
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