包鋼集團球團廠鼓干風機高壓變頻改造
1引言
包鋼集團固陽礦山公司是包頭鋼鐵集團的一個全資子公司。一期球團生產線建設1條240萬t/a鏈箅機-回轉窯球團生產線及配套設施。貧礦經過選礦后的精礦粉和富礦加工過程中產生的富礦粉不能直接進入高爐冶煉，必須重新造成塊。常用的造塊方法有燒結和球團。在粉狀鐵物料中配入相當數量的容積和燃料，在燒結機上點火燃燒，借助燃料燃燒的高溫作用產生一定數量的液相，把其他未熔化的燒結料顆粒粘接起來，冷卻后成為多空質塊礦。球團生產是使用不宜燒結的精礦粉和其他含鐵粉料造塊的一種方法。
固陽礦山公司球團的焙燒設備采用鏈篦機-回轉窯方式。其工藝流程如圖1所示。
圖1 鏈回環系統
球團在連回環系統上走的過程：鼓干風機-南北回熱風機-預熱1段-預熱2段-回轉窯-1號環冷-2號環冷-3號環冷-4號環冷。
生球干燥與預熱在鏈箅機上完成。干燥預熱分為鼓風干燥段、抽風干燥段、預熱I段和預熱II段。
生球干燥與預熱在鏈箅機上完成。干燥預熱分為鼓風干燥段、抽風干燥段、預熱I段和預熱II段。其中鼓風干燥段主要是：生球在鼓風干燥段內用200～250℃的干燥氣流進行干燥，除去生球的物理水。鼓風干燥段用熱氣流來自環冷機第三冷卻段熱廢氣。環冷機三冷段熱廢氣溫度在300～350℃之間，因此在管道上設有兌冷風閥，兌入部分冷風，以使鼓風干燥段風溫控制在200～250℃。鼓風干燥段長9.0m，設3個3m風箱。鼓風干燥段干燥時間為3min。
2 鼓干風機變頻改造的必要性
球團生產中首選經過鼓干風機抽取干燥氣流進行干燥，除去生球的物理水。由于受球團生產中諸多因素的影響，在生產過程中常常需要根據鏈篦機的實際情況不斷調整鼓干風機的風量、風壓等風系統參數，使之滿足球團生產需要。
球團鼓干風機采用液力耦合器調速，液偶調速有以下特點：
2.1液力耦合器調速
液力耦合器是通過控制工作腔內工作油液的動量矩變化，來傳遞電動機能量并改變輸出轉速的，液力耦合器可以實現負載轉速無級調節，在變頻器未應用以前，液力耦合器不失為一種較為理想的交流電機調速方式。液力耦合器技術存在著局限性，主要表現在：
（1）風機的效率低，損耗大，尤其低速運行時，效率極低。
（2）調節精度低、線性度差，響應慢。
（3）啟動電流仍比較大，影響電網穩定。
（4）液力耦合器故障時，無法切換至工頻旁路運行，必須停機檢修。
（5）漏油嚴重，維護工作量大，影響生產。
鏈篦機運行工況需風量隨時變化，因此該鼓風機需要多種速度來適應。由于液力耦合器不能適應頻繁的調速，鼓風機基本為恒速運行，僅通過現場閥門開度來達到干燥效果，大量電量浪費在擋板上，風機運行效率低下。因此出球團鼓干風機改造勢在必行。
2.2變頻調速
在交流調速中，交流電機的調速公式N=60f1(1-s)/p，而電機功率P′=P(N′/N) 3，當電機頻率下降時，電機的轉速成比例減小，流量按（2）式比例減小，功率按（1）式大大降低，從而達到節能的目的。
其減少的功耗 △P=P0〔1-(N1/N0)3〕 （1）式
減少的流量 △Q=Q0〔1-(N1/N0)〕 （2）式
其中N1為改變后的轉速，N0為電機原來的轉速，P0為原電機轉速下的電機消耗功率，Q0為原電機轉速下所產生的流量。
由上式可以看出流量的減少與轉速降低的一次方成正比，功耗的減小與轉速降低的三次方成正比，因此改變頻率，節能效果顯著。
在節能改造實際應用過程中，變頻調速是較有優勢的調速方式，變頻器調速的優點是調速效率高，調速精度高，調速范圍寬，可實現無級調速，操作簡便，且易于實現生產工藝控制自動化。所以現階段許多的高壓變頻改造都是在原設備有液力耦合器的基礎上進行改造。
3高壓變頻器技術要求及改造方案
包鋼集團固陽礦山公司球團廠領導選用山東新風光電子科技發展有限公司生產的“風光牌”高壓變頻器對球團鼓干風機進行變頻改造，選用JD-BP38-1000F（適配1000kW/10kV電機）型高壓變頻器，配置手動旁路柜，一拖一控制。
3.1鼓干風機變頻控制方案
球團在生產過程中常常需要根據鏈篦機的實際情況不斷調整鼓干風機的風量等風系統參數，使之滿足球團生產。通過變頻調速器對鏈篦機處于產量小時電機自動降速運行，從而達到節能降耗的目標。
通過目前已有的DCS系統調節變頻器頻率來調節鼓干風機風量。利用DCS對變頻器進行啟動、停機、調速等控制，并可在DCS上顯示變頻器的運行數據和當前狀態，實時監控系統運行。操作方面，有遠程控制和本地控制兩種控制的方式，這兩種控制方式可提高系統的安全性能。變頻器包括一臺內置的PLC，用于柜體內開關信號的邏輯處理，以及與現場各種操作信號和狀態信號(如RS485)的協調，并且可以根據用戶的需要擴展控制開關量，增強了系統的靈活性。利用高壓變頻器根據實際需要對鼓干風機進行變速運行，既保證和改善了工藝，又達到節能降耗的目的和效果。
為了保證鏈篦機生產系統的可靠性，變頻器裝置具有工頻旁路裝置，當變頻器發生故障停止運行時，電機切換到工頻下運行，這樣可以保證生產干燥要求，提高了整個系統的安全穩定性。
3.2鼓干風機主回路旁路功能
為了最大限度地提高設備的利用率，使變頻發生故障時也能保證風機的正常運行，從而保證生產。保留原有工頻啟動系統，保留電機綜合保護裝置（工頻時投入）。采用一拖一手動工/變頻切換方案。在變頻器發生故障時，能手動切換到原來的工頻啟動方式，保證生產繼續運行。系統手動旁路柜一次回路如圖2所示。
變頻器高壓進線端直接接于10kV電壓等級的主動力電源，輸出側直接連接電機。DL用戶現場高壓斷路器，為了實現對變頻器故障保護，變頻器與DL的合、分閘回路實現連鎖，只有變頻器控制系統正常才允許DL合閘，而變頻器重故障則跳開DL。
圖2 手動旁路柜
3.3 原液力耦合器的改造處理 由于設備原先使用液力耦合器，現改用高壓變頻控制，考慮到風機運行的穩定性，一般采用以下方法進行改造：
第一種方式是將液力耦合器保留調速開度值調整為100%輸出，由變頻調整電機轉速。這種方法沒有根除液力耦合器的弊端，對液力耦合器的維護同樣存在；同時由于液力耦合器本身的效率問題，造成節能率下降。
第二種方式是拆除液力耦合器，將電機向前移位、采用直接聯接方式，需重新制作電機基礎，工程改造時間長，由于客戶停電檢修時間很短，所以此方案不可行。
第三種方式是拆除液力耦合器，將電機原地不動，采用特制撓性聯軸器聯接，本次改造中采用這種方式，聯軸器安裝十分便利，對生產不會產生較大影響。2013年11月高壓變頻器投入使用。經過近幾個月的運行，聯軸器安全可靠。
4節能計算
（1）改造現場設備介紹改造現場設備銘牌如表1所示。
（2）節能效果計算 固陽礦球團廠鼓干風機變頻改造后，取得了顯著的節能效果，改造前風機采用液耦啟動，風門調節，風門的開啟經常在70%左右；改造后，液耦去掉，采用聯軸器風機與電機直接相聯接，風門全開，電機變速運行。因現場工況變化不是很大，變頻調速系統一般運行在41Hz左右，與調節檔板時的消耗功率大大減少，節電效果與經濟效益顯著，變頻改造前后，鼓干風機的運行數據如表2所示。
改造后，鼓干風機的節能率為：（809.3-513.2）/809.3=36.6%，該引風機年運行時間按300天，每天運行24小時。每度電按0.5元計算，年節省電費：
（809.3-513.2）kW×24h×300d×0.5元/ kW? h =1065960元。
5結束語 風光JD-BP38系列高壓變頻器在包鋼集團固陽礦山公司球團廠鼓干風機的調速改造中應用是成功的。高壓變頻器的先進性、可靠性已得到許多工業應用的證實。在各行各業，對于許多高壓大功率的風機水泵設備推廣和采用高壓變頻調速技術，不僅可以取得相當顯著的節能效果，而且也得到國家產業政策的支持。
