1 引言

眾所周知，對引風機、水泵調(diào)速運行節(jié)約能源的潛力相當?shù)拇?。但是，需要指出的是，?jié)能源的潛力的大小不能一概而論，要根據(jù)現(xiàn)場的實際工況作具體分析，這才是科學的思維方法。下面就寶鋼第一煉鋼廠og除塵引風機調(diào)速節(jié)能的潛力進行分析計算。

2 og除塵及引風機基本工況

寶鋼第一煉鋼廠共有3座300噸氧氣頂吹轉爐。寶鋼一期工程(包括1＃、2＃轉爐)于1985年9月建成投產(chǎn)寶鋼一期工程建成后年產(chǎn)鋼水318.5萬噸。3＃轉爐為二期工程建成，建成后，寶鋼的年鋼水產(chǎn)量增加到650萬頓。
每臺轉爐配有一套獨立采用了濕式除塵法的og除塵系統(tǒng)。og系統(tǒng)的主要設備有轉爐排氣處理設備及通風處理設備。先由排氣冷卻裝置(由裙罩、上下煙罩等組成)將轉爐煙氣在未燃燒的狀態(tài)下吸入，冷卻到1000℃以下，然后經(jīng)通風除塵裝置除去灰塵。除塵器采用具有文氏管和彎管脫水器的二級除塵器。引風機為雙吸入式渦輪型。最大容量210×103nm3/h，升壓到1750mmh2o。
在實際生產(chǎn)過程中，引風機已由液力偶合器實現(xiàn)全速和低速(實測約1150rpm)兩檔速度運行，電動機直接起動，全速運行。引風機的入口閥常保持在83％的開度。由熱工自動化儀表系統(tǒng)檢測轉爐裙罩處的煙氣微壓力p，經(jīng)運算處理，然后將其結果去調(diào)整p0擋板的開度，使轉爐裙罩處的煙氣微壓力p始終穩(wěn)定在3mmh2o左右。吹氧時產(chǎn)生的co含量達60％以上的煙氣在未燃燒的狀態(tài)下冷卻除塵，然后送入轉爐煤氣柜回收。而含co不達標的煙氣經(jīng)除塵后放散。og除塵系統(tǒng)示意圖如圖1所示。圖1中p是轉爐裙罩處的煙氣微壓力檢測點。k0是引風機入口閥，k1、k2是切換閥，當轉爐的煙氣有回收價值時切換閥k1閉合，k2打開，煙氣進入煤氣柜;反之k1打開，k2閉合煙氣被放散。p0是轉爐裙罩處的微壓力調(diào)節(jié)閥。

3 現(xiàn)場工況調(diào)查

為了分析計算改為便利，使計算結果更趨合理，于2002年11月我們對og除塵系統(tǒng)的工況作了更進一步調(diào)查，采集了1＃、2＃轉爐在煉鋼過程中的23組參數(shù)，整理后例于附表中。
原設計每煉一爐鋼的時間是41min。其中吹氧煉鋼時間18min，非吹氧煉鋼時間23min。

圖1 og系統(tǒng)圖

在使用液力耦合器分兩檔對引風機實現(xiàn)開環(huán)調(diào)速的同時還用p0擋板對裙罩處的煙氣壓力進行閉環(huán)調(diào)節(jié)，使其壓力保持在＋3mmh2o。
在吹煉時轉爐發(fā)生的煙氣量大，引風機高速運行，引風機實測速度在1440～1456rpm之間波動，電動機的電流在135a～189a之間變化，p0擋板的開度在37％～73％之間變化(調(diào)節(jié))，引風機進風閥的開度始終保持在83％不變，風量在223×103nm3/h～123×103nm3/h之間變化;非吹煉時轉爐發(fā)生的煙氣量小，引風機低速運行。引風機的實際運行速度在1110～1141rpm，引風機進風口閥門的開度亦始終保持在83％不變，電動機電流在108a～110a之間變化，p0擋板的開度在37％～41％之間變化，風量152×103nm3/h～158×103nm3/h。

4 引風機調(diào)速節(jié)能潛力分析

原設計引風機已經(jīng)分兩檔速度運行。從引風機調(diào)速節(jié)能的觀點看，引風機低速運行時已經(jīng)節(jié)約了一部分能量。但是，用風機調(diào)速節(jié)能的理論進一步分析，卻還有兩部分相當可觀的能量可以通過引風機進一步調(diào)速運行節(jié)約下來。其一，p0擋板造成的管路阻力增加所消耗的能量。如圖2所示，

圖2 調(diào)整風機速度時的特性

系統(tǒng)管路的自然阻力特性曲線為r，引風機在全壓(全速)運行時輸出1.0q(pu)的流量。但是，往往系統(tǒng)不是總需要最大流量1.0q(pu)，而是需要如圖3所示的q2或q3的流量。為了滿足系統(tǒng)流量的要求，因而用人為的增加管路的阻力(本系統(tǒng)是利用p0擋板和引風機入口閥)的辦法來滿足流量(或壓力)要求。當用人工阻力特性曲線為r1或r2時，分別得到流量q1或q2。

其二，液力偶合器本身所消耗的能量。因為液力偶合器的效率很低，其效率與它的輸出轉速成正比，如圖4所示。其能量的損耗相當嚴重，所以液力偶合器極不適應于較低速度范圍內(nèi)的調(diào)速運行。

圖3 調(diào)整風機速度時的特性

圖4 液力耦合器效率曲線

圖5 風機速度/流量調(diào)整特性

不難看出，在實際運行中液力偶合器沒有按原設計在600~1430rpm范圍內(nèi)對引風機調(diào)速，而是在約1140rpm和1430rpm兩點上調(diào)速出發(fā)點之所在。根據(jù)上述理由筆者認為改液力偶合器調(diào)速為交流電動機變頻調(diào)，擴大對引風機的調(diào)速范圍，取消管路的附加阻力p0擋板和引風機的入口閥(或將它們的開度置于100％)，使管路的阻力特性曲線保持r0。用改變引風機的速度n1、n2、n3……來滿足系統(tǒng)需要的流量q1、q2、q3……使引風機運行在c、b、a……點上。從圖5可以明顯看出，c、b、a點處的縱坐標、橫坐標與縱軸、橫軸圍成的矩形的面積一個比一個小。這說明系統(tǒng)排出氣體的流量越小，所耗的功率越小。

5 引風機調(diào)速節(jié)能潛力計算

(1) 主要技術數(shù)據(jù)及計算條件:
l 電動機:pe=3100kw、ue=10kv、ie=210a、ne=1490r/mim、、η=0.96;
l 引風機:pfe=3100kw、nfe=1430r/min、qe=210×103nm3/h、調(diào)速范圍600r/mim～1430r/min(原設計)、風壓1750mmh2o(原設計)。
l 計算公式:引風機流量:q∝n，引風機功率:p∝t.n∝n3
l 按每座轉爐每一晝夜煉35爐鋼，每年330天煉鋼計算。
l 煉一爐鋼時間:t0=41分鐘，吹煉時間t1=18min、引風機高速運行;非吹煉時間:t2=23min分鐘、引風機低速運行。
(2) 節(jié)能潛力計算
l 計算使用液力偶合器并且p0擋板配合調(diào)速時，系統(tǒng)消耗的平均功率以及最大功率。
a) 吹煉時
引風機高速運行在1456r/min、煙氣平均流量、電動機平均負荷電流:。此時電動機消耗的平均功率:

吹煉時電動機消耗的最大功率:取表中的第23組數(shù)據(jù):

b) 非吹煉時

c) 電動機消耗的平均功率:

(3) 計算直接用變頻器連續(xù)調(diào)速分別消耗的平均功率:
考慮到p0擋板參與調(diào)整時系統(tǒng)已經(jīng)輸出qmax=230nm3/h的流量，電動機實際消耗的功率是pmax=2812kw。故下面以此基數(shù)計算。
l 吹煉時消耗的平均功率:
計算時取變頻器的效率ηb=0.98，
電動機的效率ηd=0.96。
吹煉時的實測的平均煙氣流量:
利用的關系式，計算引風機排出煙氣流量時應達到的轉速:

計算引風機排出煙氣時所消耗的平均功率為:
l 非吹煉時消耗的平均功率:
非吹煉時實測排出的平均煙氣流量:

利用n∝q的關系式，計算引風機排出煙氣流量時相應具備的轉速:

利用p∝n3的關系式，計算引風機排出 煙氣時消耗的平均功率:
(3) 引風機改變頻調(diào)速后1年節(jié)約的電能和電費:
吹煉時節(jié)約的功率:
煉1爐鋼吹煉時節(jié)約的電能:
(度)
非吹煉時節(jié)約的功率:
δp2=pmax-p2=1622-1022=600(kw)
煉1爐鋼非吹煉時節(jié)約的電能:

煉1爐鋼節(jié)約的總電能:
δw0=δw1+δw2=277+230=507(度)
1座轉爐1年節(jié)約電能:
w1n=507×35×300=532(萬度)
3座轉爐1年節(jié)約電能:
w3n=507×35×300×3=1600 (萬度)
3座轉爐1年節(jié)約的電費:以寶鋼內(nèi)部結算價0.21元/度計算rmb3=0.21×1600＝336 (萬元/年);以市價0.50元/度計算rmb4=0.5×1600=800(萬元/年)。

5 結束語

雖然在計算過程中忽略了一些次要因素，如變頻器的自身損耗沒有考慮進去，煙氣流量是按采集數(shù)據(jù)的平均值考慮的，而采集數(shù)據(jù)的時間間隔非均等，這些會使計算結果與工況實際之間出現(xiàn)一些誤差。但是，可以斷定這些誤差的影響是可以忽略的。再從二煉鋼og引風機調(diào)速運行的實際情況看，可以判定計算結果是可信的。一煉鋼是300t轉爐，采用濕式除塵法;而二煉鋼是250t轉爐，采用干式除塵法。二煉鋼的引風機功率是1650kw，其負荷還不滿。由此，我們認為:對一爐鋼og除塵引風機節(jié)能潛力計算的結果是符合實際情況的。
從計算的結果可以看出這是一個相當有經(jīng)濟效益的改造項目。按照寶鋼內(nèi)部結算價計算電費，兩年之內(nèi)就可以收回投資。如果按照市價計算電費。一年之內(nèi)即可收回投資。有關方面正在考慮這方面的工作。

參考文獻
[1] 滿永奎等. 通用變頻器及其應用[m]. 北京:機械工業(yè)出版社.

作者簡介
鐘述文 高級工程師 82年1月畢業(yè)于北京鋼鐵學院工業(yè)自動化專業(yè)，工學學士。70年參加工作，長期從事自動化專業(yè)工作。曾參加過就港、本鋼、鞍鋼、首鋼、唐鋼、寶鋼的建設。83年自部隊轉業(yè)進寶鋼且一直從事本專業(yè)的技術工作。