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在线式烟气检测仪在电炉除尘风机变频节能改造上的应用

一、引言:
  随着国家政策对环境保护的进一步要求,节能降耗、提高生产效率成为企业提高产品市场占有率 、 竞争力的有效手段之一。而国产高压大功率变频调速技术的日益成熟,使得该项技术广泛应用于冶金、石油、化工、电力、水泥、给排水、制药、造纸、污水处理等各个行业。江阴兴澄特种钢铁有限公司正是在这种形势下,对电炉除尘系统进行高压变频技术研究改造的。电炉主要是通过用废钢、铁合金和部分渣料进行配料冶炼,根据不同的钢种要求,可以接受高炭铬铁水,然后熔制出碳钢或不锈钢钢水供炼铸用。电炉在生产过程中,产生大量烟尘,污染环境,根据国家法规,需除尘处理。电炉冶炼一般分熔化期、氧化期和还原期,其中氧化期强化脱炭,在上述三个冶炼期中,氧化期产生的烟气量最大,含尘浓度和烟气温度最高。 因此,电炉除尘系统按照氧化期的最大烟尘排量进行设计,吹氧时期占整个炼钢周期的 40%左右。此时风机处于满载运行,而其他时间风机处于轻载工况。
二、原系统工艺介绍
  除尘系统配套炉型为30吨电炉一座,40吨LF炉一座,系统配有液力偶合器,但在使用过程中发现,如果将液偶的开度降低,那么电机实际功率大幅度降低,可液偶降低一定开度时,液偶油温升高,并且逐渐接近警戒值,油温上升时间短,下降时间长,不得已为了降温又只能提高液偶开度,转速增加,节能效果不明显。因此,液力偶合器在实际使用过程中, 不论电炉处于哪一个冶炼周期中,除尘风机均全速运行,效率低,功耗大,急需对原电炉除尘风机进行节能改造。

本次改造的为1#除尘系统风机,其电机运行如下:

额定功率实际功率实际电压实际电流功率因素液偶开度
6KV/1250KW1200KW6KV143-135A0.88全开
项目改造前能耗情况:                                (年运行7500小时)
机组功率电压工频运行功率年耗电量
1#除尘系统风机1250KW6KV1200KW900万KW·h

三、项目实施方案
1、安装手动旁路高压变频调速系统
  根据电机参数选用苏州吉能电子科技有限公司生产的BE-4T-Y06/154型高压变频调速系统,并配置XGNP01-7.2手动旁路柜。BE-4T-Y06/154型高压变频调速系统占地面积小,性能稳定,节约土建成本;自带手动旁路柜,如果变频系统处于检修维护阶段,则直接切换到工频继续保证生产的连续运行,一次原理图如下:


  手动旁路柜中,共有3个高压隔离开关,为了确保不向变频器输出端反送电,QS21与QS22采用一个双刀双掷隔离开关,实现自然机械互锁。当QS1、QS22闭合,QS21断开时,电机变频运行;当QS1、QS22断开,QS21闭合时,电机工频运行,此时变频器从高压中隔离出来,便于检修、维护和调试。
2、选择生产线的停产维护阶段拆除液力偶合器
  液力偶合器拆除后电机与风机的连接一般有两种方式,第一种即拆除后将电机前移,直接与风机轴接在一起;第二种即液偶拆除后风机和电机保持原来位置不动,通过在两者之间加装传动轴实现电机和风机的动力连接。
  第一种方式,施工时间长,需要重新建造电机基座平台,改造后效率高。而第二种方式,施工时间短,直接在液偶基础上制作轴承支架和传动轴即可,改造后效率相对前一种略低。为了提高改造效率,并结合生产的实际情况,选择第一种方式。

3、安装吉能JN-DF500S烟尘监测仪实现自动控制
  原有除尘系统中没有烟气压力、烟气流量和烟气密度的检测装置,如果采用一般除尘风机变频改造时的分档位控制方式无法实现,因此建议采用目前最先进的激光烟气分析仪,安装风道母管进口一侧附近,进行烟气的监测,将烟气浓度的信号直接传输给高压变频调速系统,实现闭环运行,浓度高则变频输出频率高,浓度低,则变频输出频率低,控制完全自动化。这种方式既解决有利于原有除尘风机的精确控制,又提高了除尘风机的自动化程度。


JN-DF500S烟尘监测仪基本工作原理

DF500S-JN烟尘检测仪应用示意图


四、项目改造运行情况
  项目改造后,风机转速通过烟尘检测仪所测烟气浓度实现实时控制,在满足生产工艺的情况下最大限度的提升节能空间,实现自动控制降低管理维护成本,下图为烟尘检测仪在一定生产周期内变频器输出电功率及输出频率时间图,清晰的反应出烟尘检测仪在工作过程中对风机转速的控制作用,完美匹配电炉除尘风机运行转速生产工艺要求。节能效果显著。
输出电功率时间图
输出功率/KW


运行频率时间图

根据项目运行后统计测量,平均节电量为350kw。按年运行时间7500小时计算,年节电量约为260万kw•h。
本项目实施合同能源管理,节能服务公司与用能单位分享比例为75%:25%,合同周期为三年。按合同约定电价0.58元/kw•h,
每年收益:260*0.58*0.75=113.1万元,分享期三年共:113.1*3=339.3万元。
社会效益:三年节电量约为780万kw•h,折合标煤:2730吨,减少二氧化碳排放6825吨。
其他效益:
1)改变调速方式,优化生产工艺,延长了设备使用寿命
  采用高压变频器节电装置后,风机经常运行在低速状态下,因而大大减小了风机叶轮的磨损,较少了风机振动和轴承的磨损。延长了风机的大修周期,节省了检修费用和时间。而且省掉了因液偶所带来的维修费用。
2)电机软启动,无冲击电流
  变频器对电机进行软启动,根据电机的现场使用要求,可以改变电机的启动时间和变频点,电机启动曲线,使得电机在负载后完好地适应负载和工艺要求,可确保电机的安全运行并延长其使用寿命,节能维护费用。
3)高功率因素
  变频器在整个调节范围内都维持高功率因素,标准值达到0.95以上,负载极小时功率因素也可以达到0.9以上,所以不需要增加功率因素补偿设备。
4)输出脉冲转矩小
  变频器不需要外部输出滤波器就可以提供正弦输出电压,变频器有较低的输出电压失真,几乎不增加电机的运转噪音。变频器大大降低了输出的谐波电流(低于4%),避免了电动机发热和转矩脉动。从而减少了设备上的机械应力。
五、结语
  本项目采用苏州吉能电子科技有限公司在线式烟气检测技术,在传统风机变频节能改造的基础上实现风机转速变频控制,更高精度的匹配生产工艺要求,最大限度的提升节能空间。项目改造后,设备运行状况良好,节能效果显著。项目完工后,先后通过江苏省节能服务中心项目节能量审核验收并获得国家合同能源管理财政奖励资金,社会效益显著。
  除尘风机做为钢铁、建材等行业重点能耗设备,实现节能减排具有深远的现实意义,而在线式烟气检测技术的应用树立了除尘风机节能改造的典型,极具推广价值。


改造前除尘风机系统


改造前:液力偶合器


改造后风机与电机直接连接


 
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