1 引言
昆鋼25mw煤氣發(fā)電機組是余熱余能利用項目，利用高爐、焦爐富裕煤氣燃燒發(fā)電。由于高爐煤氣和焦爐煤氣供氣比例變化，相應的輔機的流量也要跟隨進行調(diào)節(jié)。自投產(chǎn)以來該機組引、送風機的風量調(diào)節(jié)方式是采用風機進風擋板節(jié)流調(diào)節(jié)，由于這種原始的調(diào)節(jié)方法僅僅是改變通道的流通阻力，而驅動源的輸出功率并沒有改變多少，浪費了大量的電能，致使廠用電率高，供電標煤耗高，發(fā)電成本不易降低，選擇合適的節(jié)能設備對引送風機進行節(jié)能改造成為昆鋼的共識。
變頻調(diào)速技術是當代最先進的調(diào)速技術，它不僅能夠為我們提供舒適的工藝條件，滿足用戶的使用要求，更重要的是這項技術應用在風機、泵類等具有平方轉矩特性的負載時，可以節(jié)約大量的電能。

2 風機使用工況
25mw煤氣發(fā)電機組設計使用710kw引風機2臺，450kw送風機1臺，電壓等級為6kv。送風機設計流量182160m³/h、引風機設計流量332906m³/h。
引、送風機負荷情況：
（1）當焦氣用量>30%，高氣用量<70%時，送風擋板開完并通過送風再循環(huán)風管（φ600）回30%，引風擋板開度為70%，此時發(fā)電機負荷為：2.7萬kw；
（2）當焦氣用量<30%，高氣用量>70%時，送風擋板開完并通過送風再循環(huán)風管（φ600）回5%－10%，引風擋板開度為85%－98%(此種情況在日常運行中占多數(shù)時間)，此時發(fā)電機負荷為：2.7萬kw。
改造前引、送風機的擋板開度由操作人員根據(jù)焦氣與煤氣的混合比手動調(diào)節(jié)。
送風機當前啟動方式為全壓直接啟動；引風機當前啟動方式為水電阻降壓啟動。

3 項目實施情況
3.1 節(jié)電潛力測評
根據(jù)25mw煤氣發(fā)電機組的生產(chǎn)過程、生產(chǎn)環(huán)境等諸多因素，為保證每臺設備的改造達到預期的效果，對風機在不同工況下的運行情況進行了測試，了解設備的節(jié)能潛力。
（1）運行情況簡述
鍋爐送、引風機作為鍋爐高效、安全運行的重要環(huán)節(jié)。設計時，一般鍋爐送、引風機的富裕量較大。當鍋爐負載輕時，必須對送、引風機實行流量調(diào)節(jié)。熱電廠對送、引風機的流量調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)閥來實現(xiàn)。本次對送、引風機在兩種工況下的運行情況進行了測試，如表1，表2和表3所示。

表1 引/送風機電機銘牌參數(shù)

表2 測試數(shù)據(jù)一

表3 測試數(shù)據(jù)二

（2）節(jié)電分析
送風機
原系統(tǒng)工況：
閥門開度94%時電機的輸入功率為：450×68.9%=310kw；
閥門開度46%時電機的輸入功率為：450×41.66%=187.5kw；
電機的平均輸入功率為：249kw。
采用變頻器后的工況：
風機的額定有效功率：182160×6160/（3600×102×9.8）=312kw；
采用變頻器后按平均輸出頻率70%(35hz)，此時風機的有效功率為：
312×0.73=107kw；
風機的輸入功率為(風機效率按70%估算)：107 / 0.7 = 153kw；
電機效率按80%估算；
變頻系統(tǒng)綜合效率為：95%；
得到系統(tǒng)的輸入功率為：
153/(0.8×0.95)=201kw
采用變頻器后的節(jié)電率計算：
（1–201/249）×100%=20%
年節(jié)電計算：
按全年運行7000h計，每年就節(jié)電一項可節(jié)省電費（按0.45元/kw·h計算）：
7000×0.45 ×249×20%=156,870.00元。
引風機
原系統(tǒng)工況：
閥門開度89%時電機的輸入功率為：608.87kw；
閥門開度59%時電機的輸入功率為：324.88kw；
電機的平均輸入功率為：467kw。
采用變頻器后的工況：
風機的額定有效功率：332906×4830/(3600×102×9.8)=447kw；
采用變頻器后按平均輸出頻率75%(38hz)，此時風機的有效功率為：
447×75%=188.6kw。
風機的輸入功率為(風機效率按70%估算)：188.6 / 0.7 = 269kw；
電機效率按80%估算；
變頻系統(tǒng)綜合效率為：95%；
得到系統(tǒng)的輸入功率為：
269/(0.8×0.95)=354kw。
采用變頻器后的節(jié)電率計算：
(1–354/467)×100%=24%
年節(jié)電計算：
按全年運行7000h計，每年就節(jié)電一項可節(jié)省電費（按0.45元/kw·h計算）：7000×0.45×467×24%= 353,052.00元
通過對引、送風機的現(xiàn)場測試、工藝分析和對相關數(shù)據(jù)的計算和節(jié)能分析可以看出，對其進行變頻節(jié)能改造是可行的。
3.2 改造方案的確定
通過對引、送風機的節(jié)能潛力測評，進一步了解到引送風機具有的節(jié)電潛力，最終通過招標采購選擇北京利德華福電氣技術有限公司為設備供貨商，選用1臺harsvert-a06/085型高壓變頻器對引風機進行變頻改造，選用1臺harsvert-a06/055型高壓變頻器對送風機進行變頻改造。
送風機變頻控制為一拖一手動/變頻切換方案，配備1臺變頻器。變頻調(diào)速系統(tǒng)接于6.3kv電壓等級的廠用電電源系統(tǒng)，用于電動機的變頻調(diào)速系統(tǒng)。變頻調(diào)速系統(tǒng)可在現(xiàn)場進行控制，也可通過上級計算機系統(tǒng)遠程控制，根據(jù)運行工況按變頻器自身設定程序，實現(xiàn)對引、送風機電動機轉速控制。引、送風機高壓變頻一次系統(tǒng)的原理如圖1所示。

圖1 引、送風機的高壓變頻器一次系統(tǒng)原理圖

其中qf表示高壓開關、tf表示高壓變頻器、m1和m2表示引風機電動機、m3表示送風機電動機； qf1、qf2、m1、m2、m3為現(xiàn)場原有設備。qs2和qs3之間、qs5和qs6之間、qs8和qs9之間均存在機械閉鎖關系，防止變頻器輸出側與6kv電源側短路。
引風系統(tǒng)正常運行時，斷開qs3、閉合qf1、qs1、qs2開關，1#引風機處于變頻運行狀態(tài)；2#引風機處于工頻備用狀態(tài)。當1#引風機變頻運行故障跳閘時，2#引風機投入變頻運行，1#引風機處于工頻備用狀態(tài)。
3.3 dcs系統(tǒng)與變頻器的接口設計
25mw發(fā)電機組采用delta-v dcs控制系統(tǒng)，為確保改造后系統(tǒng)運行的穩(wěn)定可靠以及改造工作的一次成功，我們組織相關技術人員對dcs系統(tǒng)與變頻器的接口設計作了多次討論，形成一致意見認為：
（1）原dcs系統(tǒng)空置的i/o點不足以滿足本次改造的需要，增加i/o模塊存在著需增加系統(tǒng)授權等繁瑣手續(xù)，且在較短的停產(chǎn)時間內(nèi)完成dcs系統(tǒng)程序的改動存在較大的風險，不宜在dcs系統(tǒng)上完成大量的變頻器接口控制功能。同時，為考慮減輕操作人員的工作量，變頻器的調(diào)速操作功能在原dcs系統(tǒng)實現(xiàn)，增加2個變頻器調(diào)速操作的彈出式窗口；
（2）基于原dcs系統(tǒng)空置的i/o點不足的原因，考慮新上一套plc系統(tǒng)來完成與變頻器的控制接口，主要承擔變頻器的啟/停操作、實時數(shù)據(jù)監(jiān)測、報警監(jiān)控、變頻器旁路開關與高壓斷路器的聯(lián)鎖控制以及工/變頻切換時水阻降壓啟動裝置的切換控制等工作；
（3）由于變頻器本身是一個諧波干擾源，為避免變頻器產(chǎn)生的諧波干擾危及到整個機組的安全運行，新增plc系統(tǒng)的設計在遠端（與變頻器接口部分）,可采用硬接線方式連接，而在近端（與dcs接口部分）采用網(wǎng)絡通訊方式，杜絕變頻器諧波串入dcs系統(tǒng)。
根據(jù)上述思路，本次改造采用一套獨立的plc變頻控制系統(tǒng)來實現(xiàn)改造所需完成的各項功能。主要設備包括：上位監(jiān)控計算機系統(tǒng)、plc主控站、plc遠程站和數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡。plc系統(tǒng)采用siemens公司s7-300+et200系統(tǒng)設備，系統(tǒng)主要結構框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)主要結構框圖

高壓變頻器本身是一項成熟產(chǎn)品，現(xiàn)場不需做大量的調(diào)試調(diào)整，因此整個改造工作的難點就集中在
變頻器與原有控制系統(tǒng)的接口上。在我廠25mw機組高壓變頻節(jié)電改造中，由于我們提前考慮到這一細節(jié)，在設計上新增了一套變頻監(jiān)控plc系統(tǒng)以實現(xiàn)變頻器與dcs系統(tǒng)的柔性連接，使得大量的接口調(diào)試工作可以在靜態(tài)情況下（變頻器未送電前）完成，變頻器在較短的時間就能夠投入使用，改造一次成功。

4 項目實施最終實測效果
引送風機變頻節(jié)電改造后經(jīng)過一個月時間的運行，經(jīng)過云南省能源利用監(jiān)測中心測試，系統(tǒng)達到了預期的效果：實施變頻改造后，廠用電有明顯下降，設備均實現(xiàn)了軟起動，改善了設備的運行工況，極大地減輕了設備起動時對供配電系統(tǒng)的沖擊。改造前后的實際測量數(shù)據(jù)對比結果如表4和表5所示。

表4 送風機改造前后一覽表

表5 引風機改造前后一覽表

實施變頻節(jié)電改造后，使電機總輸入功率由原來的974.37kw降至680.88kw，節(jié)約電功率為293.49kw，節(jié)電率達30.12%，年可節(jié)電234.79萬kw·h（運行時間按8000h/年計），節(jié)約電費105萬元(電費按0.45元/kw·h計)，運行兩年多來實際每天節(jié)電約7044kw·h，節(jié)電效果十分明顯。

5 結束語
本項目高壓變頻改造工程于2007年1月8日開始，經(jīng)過精心組織，利用2007年1月12日至16日六高爐檢修和25mw發(fā)電機組停機檢修的間隙實施完成了2臺高壓變頻器的安裝調(diào)試工作。
此次改造的成功，使我們對高壓變頻調(diào)速技術在實際應用中的種種擔憂得到了圓滿的解決，同時也為我廠實施高壓變頻節(jié)能改造項目積累了豐富的實踐經(jīng)驗。

作者簡介
廖巨華 女 1988年畢業(yè)于昆明理工大學電氣專業(yè)，電氣高級工程師，一直從事電氣工作，現(xiàn)任昆鋼動力能源分公司熱電車間副主任。

參考文獻(略)

作 者：昆明鋼鐵集團有限公司 廖巨華