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1引言

　　鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟重要基礎產(chǎn)業(yè)，能源消耗量約占全國工業(yè)總能耗的15%，廢水和固體廢棄物排放量分別占工業(yè)排放總量的14%和17%，是節能減排的重點(diǎn)行業(yè)。在鋼鐵企業(yè)中，燒結工序能耗僅次于煉鐵工序，占總能耗的9%~12%，節能潛力很大。在燒結工序總能耗中，有近50％的熱能以燒結機煙氣和冷卻機廢氣的形式排入大氣。由于燒結冷卻機廢氣為中低溫廢氣，溫度在150℃～450℃之間，且波動(dòng)范圍較大，加上此前余熱回收技術(shù)的局限，燒結余熱利用往往是投資高，效率低，投資回收周期長(cháng)，長(cháng)期以來(lái)得不到有效利用。隨著(zhù)國內燒結機面積不斷的擴大，燒結礦生產(chǎn)效率越來(lái)越高，其在冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣所攜帶的熱量已經(jīng)引起了人們的高度關(guān)注。國內自主設計、制造的燒結機余熱發(fā)電機組也發(fā)展起來(lái)。

2燒結余熱循環(huán)利用介紹

　　 燒結余熱回收主要有兩部分：一是燒結機尾部廢氣余熱，二是熱燒結礦在冷卻前空冷時(shí)產(chǎn)生的廢氣余熱。這兩部分廢氣所含熱量約占燒結總耗能的50%，充分利用這部分熱量是提高燒結能源利用效率，顯著(zhù)降低燒結工序能耗的途徑之一。

　　目前，國內燒結廢氣余熱回收利用主要有三種方式：一是直接將廢煙氣經(jīng)過(guò)凈化后作為點(diǎn)火爐的助燃空氣或用于預熱混合料，以降低燃料消耗，這種方式較為簡(jiǎn)單，但余熱利用量有限，一般不超過(guò)煙氣量的10%；二是將廢煙氣通過(guò)熱管裝置或余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，并入全廠(chǎng)蒸汽管網(wǎng)，替代部分燃煤鍋爐；三是將余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽用于驅動(dòng)汽輪機組發(fā)電。

3濟鋼400㎡燒結余熱發(fā)電工藝介紹

　　濟鋼煉鐵廠(chǎng)燒結余熱發(fā)電工程設計發(fā)電能力14000kW。由一臺Q334（272）/450（330）-55.5(14)-2.35(0.3)/400（210）雙壓余熱鍋爐和一臺BN14-2.25/（0.3）+QF-W15-2補汽凝汽式汽輪發(fā)電機組成。具體工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 濟鋼煉鐵廠(chǎng)燒結余熱發(fā)電工藝流程圖

　　通過(guò)引風(fēng)機將帶冷機1號、2號煙囪的煙氣引出，混合后進(jìn)入有效余熱鍋爐，加熱鍋爐內的水產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽和低壓飽和蒸汽，供給汽輪機發(fā)電。但是在這個(gè)過(guò)程中引風(fēng)機排出煙氣溫度仍在150℃以上，這部分煙氣熱量也是可以再次循環(huán)利用的。濟鋼400㎡燒結余熱發(fā)電配備循環(huán)風(fēng)機(使用沈陽(yáng)鼓風(fēng)機廠(chǎng)F32型鼓風(fēng)機)一臺，配套西安西瑪YJTKK7105-6(10kV /1600kW)變頻調速三相異步電動(dòng)機一臺，啟動(dòng)方式采用變頻啟動(dòng)。引風(fēng)機排出的煙氣經(jīng)過(guò)三通擋板閥一部分排向大氣，一部分經(jīng)循環(huán)風(fēng)機增壓后返回環(huán)冷機風(fēng)池。既作為冷卻介質(zhì)冷卻燒結礦，同時(shí)提高環(huán)冷機排煙溫度。

　　燒結余熱發(fā)電是一項將燒結廢氣余熱資源轉變?yōu)殡娏Φ墓澞芗夹g(shù)。該技術(shù)不產(chǎn)生額外的廢氣、廢渣、粉塵和其他有害氣體，能夠有效提高燒結工序的能源利用效率，平均每噸燒結礦產(chǎn)生的煙氣余熱回收可發(fā)電20kW·h，折合噸鋼綜合能耗可降低約8千克標準煤，從而促進(jìn)鋼鐵企業(yè)實(shí)現節能降耗目標。

4風(fēng)機水泵類(lèi)負載節能分析

　　一般異步電動(dòng)機的同步轉速為：n1＝60f/p

　　而異步電動(dòng)機轉速n與同步轉速n1存在一個(gè)滑差關(guān)系： n= n1（1-s）=60f/p（1-s）

　　由上式可以得到，改變異步電動(dòng)機的轉速可以通過(guò)改變f、p、s可以達到。

　　針對某一電動(dòng)機而言p是一定的，而通過(guò)改變s進(jìn)行調速空間非常小，所以變頻調速通過(guò)改變定子供電頻率f來(lái)改變同步轉速是異步電動(dòng)機的較為合理的調速方法。 　　

　　若均勻地改變供電頻率f，即可平滑地改變電動(dòng)機的同步轉速。異步電動(dòng)機變頻調速具有調速范圍寬、平滑性較高、機械特性較硬的優(yōu)點(diǎn)，目前變頻調速已成為異步電動(dòng)機較主要的調速方式，在很多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應用。

　　根據流體力學(xué)相似定律： Q1/Q2＝n1/n2 輸出風(fēng)量Q與轉速n成正比；

　　　　　　　　　　　　　 H1/H2＝(n1/n2)2 輸出壓力H與轉速n2正比；

　　　　　　　　　　　　　 P1/P2＝(n1/n2)3輸出軸功率P與轉速n3正比。 　　

　　當風(fēng)機風(fēng)量（水泵流量）需要改變時(shí)，如調節風(fēng)門(mén)（閥門(mén)）的開(kāi)度，則會(huì )使大量電能白白消耗在閥門(mén)及管路系統阻力上。如采用變頻調速調節風(fēng)量（流量），可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。變頻調速時(shí)，當風(fēng)機（水泵）低于額定轉速時(shí)，理論節電為：

　　E=〔1-( n′/n) 3〕×P×T (kW·h)

　　式中： n——額定轉速

　　　　　 n′—— 實(shí)際轉速

　　　　　 P——額定轉速時(shí)電機功率

　　　　　 T——工作時(shí)間 　　

　　可見(jiàn)，通過(guò)變頻對風(fēng)機（水泵）進(jìn)行控制，不但節能而且大大提高了設備運行性能。以上公式為變頻節能提供了充分的理論依據。

5高壓變頻器選型及變頻調速方案

5.1變頻器選型

　　經(jīng)過(guò)大量的技術(shù)論證，并且對目前高壓變頻器市場(chǎng)充分考查后，選用了山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-1600F高壓變頻器對循環(huán)風(fēng)機進(jìn)行變頻控制，不但節約能源而且大大提高了設備運行性能。

　　表1   循環(huán)風(fēng)機電機參數：

　　表2   山東新風(fēng)光JD-BP38-1600F高壓變頻器技術(shù)參數：

5.2變頻調速方案

　　通過(guò)對循環(huán)風(fēng)機動(dòng)力系統的研究、分析，綜合其中存在的問(wèn)題，以“先保證系統安全可靠，結構合理，提供較佳性?xún)r(jià)比方案”的原則對系統進(jìn)行方案設計，決定采用一拖一手動(dòng)方案。其一次電路如圖2所示：

圖2  高壓變頻系統一次接線(xiàn)圖

　　QF為用戶(hù)原高壓開(kāi)關(guān)；

　　K1、K2和K3為變頻器旁路開(kāi)關(guān)柜高壓隔離開(kāi)關(guān)；

　　BPQ為風(fēng)光JD-BP38-1600F高壓變頻器；

　　M為高壓電動(dòng)機。

　　變頻器控制風(fēng)機為一拖一控制，旁路開(kāi)關(guān)柜用于工/變頻切換。K1，K2和K3為3個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)，要求K2和K3不能同時(shí)閉合，在機械上實(shí)現互鎖的同時(shí)實(shí)現電磁互鎖。K2斷開(kāi)，K1和K3閉合，風(fēng)機變頻運行；K1和K3斷開(kāi)，K2閉合，風(fēng)機工頻運行。

5.3高壓變頻調速系統優(yōu)勢

　　（1）電機拖動(dòng)風(fēng)機可實(shí)現軟起動(dòng)和軟停止。

　　（2）可實(shí)現線(xiàn)性調速，可以根據生產(chǎn)需要線(xiàn)性調節風(fēng)機風(fēng)量。

　　（3）調速區段內的設備調節和優(yōu)化控制由機組DCS完成，DCS負責采集模擬量、開(kāi)關(guān)量等信號，變頻器輸出的模擬量、開(kāi)關(guān)量信號全部進(jìn)入DCS系統，形成閉環(huán)控制，同時(shí)實(shí)現相關(guān)輔機聯(lián)鎖功能等。

　　（4）系統設有就地和遠方兩種控制途徑，就地控制是在變頻器處通過(guò)變頻器觸摸屏進(jìn)行操作或應急處理；遠方控制是在控制室內進(jìn)行，分為兩種工作方式：一種為遠方手動(dòng)方式，在這種工作方式下，操作員通過(guò)DCS系統的CRT手動(dòng)給定信號，調節變頻器，改變電機轉速，達到調節風(fēng)量的目的；一種方式為遠方自動(dòng)方式，在這種工作方式下，轉速給定是在DCS系統中根據工況運用相關(guān)算法進(jìn)行運算，得出相應風(fēng)壓值，轉換成對應頻率值，輸出給變頻器，調節風(fēng)機的速度，使系統參數跟隨給定值變化，從而達到自動(dòng)調節風(fēng)量的目的。

　　（5）信息傳遞：變頻器可以實(shí)現與機組DCS系統的雙向信息傳遞，可完成自診斷、報警和接收指令的功能。變頻器可提供給DCS系統如下參量：輸出轉速、輸出電流、變頻器溫度等反饋信息，通過(guò)4～20mA電流源模擬量輸出。提供的開(kāi)關(guān)量有：變頻器報警及故障信息、啟停狀態(tài)信息、高壓開(kāi)關(guān)控制信號（高壓合閘允許、高壓開(kāi)關(guān)緊急分斷）等。變頻器接收的DCS的模擬量信號為遠控轉速給定，開(kāi)關(guān)量為遠方啟/停、高壓就緒信號等。

　　（6）完備的保護功能：變頻器內保護配置齊全，有運行中開(kāi)門(mén)、冷卻風(fēng)扇停運、變頻器過(guò)熱、輸入電壓過(guò)低、負載超速、功率單元異常等各種類(lèi)型報警檢測功能，并完全具備對自身及電機的保護功能。

　　（7）安全運行保障：

　　a 機組運行過(guò)程中，由于各種原因發(fā)生廠(chǎng)用電切換，會(huì )造成控制電源消失，變頻器兩路電源可自動(dòng)切換。

　　b 當變頻器出現單元故障，變頻器可將故障單元旁路，并進(jìn)行“星點(diǎn)漂移”，避免不必要的停機。

　　c 當變頻器整體故障或控制電源消失或按下緊急停機按鈕時(shí)，高壓變頻器高壓開(kāi)關(guān)跳閘，切斷電源，同時(shí)參與聯(lián)鎖。

　　（8）系統的變頻風(fēng)機實(shí)現變頻供電和電網(wǎng)供電相互切換運行，可手動(dòng)切換，當變頻器發(fā)生異常后，風(fēng)機仍需要運行，這時(shí)可將電機切換到工頻電網(wǎng)起動(dòng)。

　　（9）變頻風(fēng)機具有互鎖功能，確保同一電機不出現變頻、工頻同時(shí)驅動(dòng)，具有完善的保護、報警功能（包括信號檢測系統在內）。

6現場(chǎng)應用及節能效果

　　（1）現場(chǎng)應用情況

　　濟鋼燒結余熱發(fā)電自2010年7月份投產(chǎn)以來(lái)運行良好。由于余熱發(fā)電項目是余熱回收現效益最大化，但在生產(chǎn)過(guò)程中首先保證燒結礦的冷卻質(zhì)量再談?dòng)酂峄厥铡＿@就要求冷卻風(fēng)鼓風(fēng)量與引風(fēng)量有個(gè)良好的匹配問(wèn)題。在這個(gè)問(wèn)題上循環(huán)風(fēng)機變頻器發(fā)揮了重要作用。通過(guò)變頻器調節循環(huán)風(fēng)機的轉速，來(lái)調節冷卻機的鼓風(fēng)量，使燒結礦冷卻效果良好同時(shí)又使發(fā)電量最大化。

　　（2）節能效果

　　在正常生產(chǎn)情況下，本臺循環(huán)風(fēng)機變頻器運行頻率在20-30Hz,高壓側輸入電流在45-70A。與同功率電機運行狀況比較循環(huán)風(fēng)機節能效率大約為38%，節能效果十分明顯。

7結論

　　 近幾年，隨著(zhù)雙壓、閃蒸發(fā)電和補汽蒸汽式汽輪機在技術(shù)上獲得突破，燒結余熱發(fā)電技術(shù)已逐漸進(jìn)入成熟階段，同時(shí)其在節能環(huán)保、減少污染排放、經(jīng)濟效益等方面的顯著(zhù)優(yōu)勢使得其發(fā)展迅速。燒結余熱發(fā)電系統循環(huán)風(fēng)機電機采用JD-BP38-1600F高壓變頻器，不但操作方便、維護量小，而且有明顯的節能效果。通過(guò)變頻對風(fēng)機（水泵）進(jìn)行控制，再次實(shí)現節能項目中的設備節能，具有顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，值得大力推廣。