基于铁水预处理除尘风机节能的高压变频技术应用

□夏时谦

高压变频技术在钢铁行业的运用非常广泛，尤其在风机、水泵类负载中。但高压变频器的运用通常都没有结合风门/阀门自动控制，也没有做到风机转速与实际生产工况的自动连锁，使得高压变频技术的节能效果大大降低。通过生产工艺工况，控制除尘阀门自动开闭，再根据除尘阀门组合状态、模拟现场工况信号来实现除尘风机转速自动控制，可实现降低除尘系统电耗，有效降低生产成本的效果。

一、炼钢厂铁水预处理除尘工艺和设备参数

某炼钢厂生产所需高炉铁水由高炉专用70 吨铁水罐承装，放置在专用走行上，由火车机车牵引，从高炉经铁路线运送至其炼钢主厂房一端。厂房内设2 条铁水停放线上。在厂房内使用铸造吊车从铁水罐专用走行上将高炉铁水罐吊起，将铁水折兑到铁水预处理扒渣位的炼钢厂140 吨铁水包内。通常情况下，约2 罐高炉铁水罐铁水可折满1 个铁水包。

该钢厂配备了2 套双工位铁水预处理站。在铁水预处理站可进行铁水称量、测温取样、扒前渣和铁水脱硫处理。铁水处理完毕后，通过装载铁水包的铁水车开至铁水预处理的吊罐位，再用240/65t 吊车将脱硫后的铁水包吊起，吊运至转炉炉前，兑入150 吨转炉。

铁水在由高炉铁水罐折入炼钢厂铁水罐时，烟尘较大。每套铁水预处理站配备1 套铁水预处理除尘。铁水预处理除尘负责治理相关作业过程产生的烟尘。铁水预处理除尘采用布袋式除尘方式。除尘系统将各抽风点捕集的烟气经管道送入长袋低压脉冲袋式除尘器，净化后经风机、烟囱外排。

每套铁水预处理除尘系统配高压电机1 台(2 套相同)，相关参数如表1 所示，其中高压电机使用选用高压变频器驱动，变频调速。

表1 某钢厂铁水预处理除尘风机高压电机参数表

铁水预处理除尘系统各除尘抽风点阀门分布情况如表2所示。每工位的折罐位、扒渣位相对铁水车位置相同，使用带电液推杆的翻板切换上方除尘吸风口。当翻板转向西头，为折罐位除尘;当翻板转向东头，为扒渣位除尘。同工位折罐位、扒渣位顶部共用一路除尘管路，该管路由一台DN2700mm 电磁式切断阀控制。

表2 某钢厂铁水预处理除尘抽风点阀门分布情况

该厂正常生产时，除尘风高压变频器设定为35Hz，可满足两个工位同时兑铁折罐时的除尘要求，高压变频器控制电机转速已降低一定电耗。但生产过程中，两个工位同时兑铁折罐情况较少，除尘风机生产中全程按35Hz 运行，存在严重的能源浪费。

二、控制优化

(一)除尘阀控制优化。阀门控制设置设“自动/手动”两种控制模式，在HMI(人机界面)画面上可进行模式切换。在自动模式下，预处理对应铁水车到折罐位/扒渣位后(通过铁水车定位行程开关判断)，相关信号持续10S 以上，且铁水车倾翻复位信号保持，对应顶部DN2700mm 电磁式切断阀自动到开到位，且电液推杆将翻板推至折罐位。当铁水车在折罐位/扒渣位，且铁水车倾翻复位信号消失持续10S，电液推杆将翻板推至扒渣位。

预处理对应铁水车离开折罐位/扒渣位后(通过铁水车定位行程开关判断)，相关信号持续10S 以上，对应顶部DN2700mm 电磁式切断阀自动到关到位，且电液推杆将翻板推至折罐位。当折罐位/扒渣位顶部DN2700mm 电磁式切断阀自动到关到位前，需判断同一铁水预处理另一工位的顶部DN2700mm 电磁式切断阀的开闭状态。如另一工位DN2700mm 电磁式切断阀已在关闭位，则本工位DN2700mm电磁式切断阀不能关闭。直至另一工位DN2700mm 电磁式切断阀到打开位置，本工位DN2700mm 电磁式切断阀才继续执行关闭动作。即两个工位的DN2700mm 电磁式切断阀开关状态互锁，至少保证一台阀门在开状态，防止除尘管道蹩压吸瘪。

在手动模式下，手动操作阀门开关，在“准备好”条件下，不受生产状态连锁控制。当手动切至自动模式后，保持原手动状态前阀位，直至下个工况状态下自动调节。

(二)风机转速自动控制。风机转速控制设置设“自动/手动”两种控制模式，在HMI(人机界面)画面上可进行模式切换。

在自动模式下，在铁水预处理生产时，当铁水车在折罐/扒渣位信号持续保持10S 以上，且天车大车在任意一个折罐位位置信号持续保持10S 以上，且其折罐位对应顶部DN2700电磁式切断阀在开状态，则除尘风机转速自动由低速20Hz提到30Hz。

当两台铁水车在折罐/扒渣位信号同时持续保持10S 以上，且天车大车分别在两折罐位位置信号持续保持10 秒，且两折罐位对应顶部DN2700 电磁式切断阀均在打开状态，则除尘风机转速自动由由30HZ 提到35Hz。

当任意一个折罐/扒渣位顶部DN2700mm 电磁式切断阀自动到关到位信号持续保持10S 以上，且天车大车在任意一个折罐位位置信号消失30S 以上，且该工位对应铁水车分别在其折罐/扒渣位信号消失保持30S 以上，则除尘风机转速自动由35Hz 降到30Hz。

当任意一个折罐/扒渣位顶部DN2700mm 电磁式切断阀自动到关到位信号持续保持10S 以上，且天车大车在两个折罐位位置信号同时消失30S 以上，且铁水车分别在两折罐/扒渣位信号消失保持30S 以上，则除尘风机转速自动由30Hz降到20Hz。

三、效益计算

(一)电耗统计。经过现场改造和控制程序优化调试，改造前后电耗情况如表3、表4 所示。

表3 改造前1 ～4月电耗数据统计

表4 改造后6 ～9月电耗数据统计

(二)降电耗效益计算。改造后的4 个月中，铁水预处理除尘风机(2 套)合计吨钢电耗仅为1．21 度，与改造前吨钢2．63 相比，吨钢电耗降低了1．42 度，降幅达54%。按电价0．61 元/度计算，吨钢降成本0．866 元。改造后的4 个月中，该炼钢厂产量为627，543 吨，4 个月合计降成本54．35 万元。

四、结语

从以上生产数据的分析，可得出结论通过实现除尘阀门自动控制和风机转速自动控制，有效发挥了高压变频器的节能优势，实现了降低除尘系统电耗，有效降低生产成本的效果。

［1］任英．高压变频调速技术在发电厂中的应用［J］．上海电气技术，2012

［2］林道远．高压变频调速节能控制技术在水电厂水泵系统中的应用［J］．科技创新导报，2013

［3］万玲．铁水预处理过程控制及应用［J］．冶金自动化，2009

［4］潘世日，李秀平．影响炼钢转炉除尘水絮凝效果的因素研究［J］．工业水处理，2014