林均川

(福建三安鋼鐵有限公司,福建 泉州362411)

1 項(xiàng)目背景

福建三安鋼鐵有限公司位于福建省泉州市安溪縣,是一家國有控股,形成燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼及水、電、風(fēng)、氣工序在內(nèi)的冶金聯(lián)合企業(yè)。三安煉鋼廠共3座50T轉(zhuǎn)爐,二次除塵系統(tǒng)是轉(zhuǎn)爐的關(guān)鍵設(shè)備,是保證環(huán)保治理達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵設(shè)備。

改造前兩臺(tái)二次除塵風(fēng)機(jī)采用液力耦合器調(diào)速,液力耦合器工作原理是用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)其輸入軸旋轉(zhuǎn),將液壓油用離心式泵輪甩出后進(jìn)入渦輪旋轉(zhuǎn),最終將能量傳遞到輸出軸。采用液力耦合器調(diào)速輸出力矩小于輸入力矩,無論風(fēng)機(jī)出力大小,電機(jī)要始終恒速運(yùn)轉(zhuǎn),風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)靠液力耦合器控制油壓實(shí)現(xiàn),能量消耗較大。此外,采用液力耦合器調(diào)速存在效率低、設(shè)備故障率高、調(diào)速精度低、范圍窄等缺陷、不能滿足轉(zhuǎn)爐快節(jié)奏生產(chǎn)。高壓變頻器技術(shù)在調(diào)速方面具有節(jié)能效果顯著、調(diào)速精度高、范圍廣、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。

2 系統(tǒng)方案

2.1 系統(tǒng)主回路方案

根據(jù)我公司風(fēng)機(jī)負(fù)荷的重要性,我們決定采用的變頻控制為一拖一方案,就是一臺(tái)變頻器帶一臺(tái)風(fēng)機(jī)電機(jī)。具體的設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)主回路方案

QF為煉鋼高配室內(nèi)的真空斷路器,QS1、QS2、QS3為3臺(tái)高壓隔離刀閘。電機(jī)變頻拖動(dòng)時(shí)斷開QS3,閉合QS1和QS2。電機(jī)工頻拖動(dòng)時(shí)斷開QS1和QS2,閉合QS3。QS2與QS3不能同時(shí)閉合,并具有機(jī)械互鎖功能。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)故障變頻器的保護(hù),變頻器重故障狀態(tài)下將發(fā)出跳閘指令,與高壓配電室的高壓真空斷路器QF進(jìn)行連鎖跳閘,斷開高壓變頻器電源。

2.2 控制方案

變頻器采用兩種控制方案,分別是上位機(jī)集中操作和變頻器柜門操作。通訊控制技術(shù)成熟穩(wěn)定,取消硬線控制部分,簡化操作系統(tǒng)的同時(shí)節(jié)約投資的材料費(fèi)用及施工費(fèi)用?？刂屏鞒倘鐖D2所示。

圖2 控制流程圖

風(fēng)機(jī)電控系統(tǒng)設(shè)備主要有高壓電機(jī)、變頻器、遠(yuǎn)程工控機(jī)、工程PLC、高壓真空斷路器及高壓真空開關(guān)柜操作箱組成。

3 改造實(shí)施

3.1 變頻器安裝

為方便本廠6臺(tái)高壓變頻器的統(tǒng)一管理,將此兩臺(tái)高壓變頻器安裝于一次除塵變頻器室旁的風(fēng)機(jī)房配電室。改造前將風(fēng)機(jī)房配電室將原有的8個(gè)開關(guān)柜(800?600?2200/寬?深?高)約80個(gè)空開集中于兩個(gè)新的開關(guān)柜(1200?1000?2200)。優(yōu)化風(fēng)機(jī)房配電系統(tǒng)的同時(shí)節(jié)省了新建高壓變頻器室的費(fèi)用。改造前后如圖3所示。

圖3 變頻器安裝方式

3.2 電纜敷設(shè)

高壓配電室與變頻器室距離約450米,高壓配電室與電機(jī)距離約400米,電機(jī)與變頻器室距離約120米。電纜走向敷設(shè)線路圖如圖4所示。

圖4 改造前后接線圖

將原電機(jī)到高壓配電室160米處截?cái)?倒抽至變頻器室。截?cái)嗵幾鲋虚g接頭對(duì)接200米高壓電纜至變頻器室。截?cái)鄷r(shí)為了確保截?cái)嗍钦_的電纜,我們每隔2米將需截?cái)嚯娎|做好標(biāo)記,并由施工方及我廠改造施工負(fù)責(zé)人共同確認(rèn)兩遍。

敷設(shè)兩條7?2.5mm2保護(hù)跳閘控制電纜及一條兩芯DP電纜。通訊電纜敷設(shè)時(shí)與高壓電纜做好隔離屏蔽,以保證通訊的可靠性。

3.3 系統(tǒng)調(diào)試

3.3.1 變頻器機(jī)旁操作

變頻器啟動(dòng)后通過變頻器觸摸屏調(diào)節(jié)變頻器輸入頻率,測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速,頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速成線性變換:5Hz:100r/min、15Hz:300r/min、25 Hz:500r/min、35Hz:700r/min、45Hz:900r/min。

3.3.2 上位機(jī)集中操作

將上位機(jī)與變頻器構(gòu)成控制系統(tǒng),上位機(jī)和變頻器可以通過特定的通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,這樣上位機(jī)就可以隨時(shí)控制每一臺(tái)變頻器的工作狀況,并及時(shí)做出響應(yīng)。

數(shù)據(jù)交換:通過適配器PM-125實(shí)現(xiàn)PROFIUBSDP現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議與具有RS485接口串口變頻器直接的數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)交換如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)交換

圖5中,Eo是PROBIFUS輸出數(shù)據(jù)的事務(wù)號(hào);i是輸出數(shù)據(jù)包含要發(fā)送的串口數(shù)據(jù)個(gè)數(shù);D1～Di是PM-125適配器要發(fā)送給用戶串口設(shè)備的數(shù)據(jù);Ei是PROBIFUS輸入數(shù)據(jù)的事務(wù)號(hào);j是輸入數(shù)據(jù)包含已接收到的串口數(shù)據(jù)個(gè)數(shù);D1～DJ是PM-125適配器從用戶的串口設(shè)備接收到的數(shù)據(jù)。

通訊協(xié)議配置:通過配置軟件PMA-123-V1.1.0配置現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)關(guān)設(shè)備PM125的相關(guān)參數(shù)及命令?？膳渲玫膮?shù)為通訊波特率、奇偶效驗(yàn)方式、停止位、控制方式、字符超時(shí)時(shí)間、字符個(gè)數(shù)、起始符、結(jié)束符、自動(dòng)發(fā)送、自動(dòng)發(fā)送周期、使用CRC效驗(yàn)。例如我們將頻率輸入的參數(shù)設(shè)置為:功能碼“6”;Modbus寄存器起始地址“1280”;數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)“1”;內(nèi)存映射起始地址“4002 H”;內(nèi)存映射位偏移量“0”;字節(jié)個(gè)數(shù)“0”;字節(jié)交換“不交換”;效應(yīng)類型“CRC”;掃描方式“快速掃描”;助記符“無”。

硬件組態(tài):通過西門子PLC的STEP7軟件,把PM125作為從站,掛在二次除塵400PLC下,1＃、2＃風(fēng)機(jī)的PROFIBUS地址分別為10和11。PM125配置為8字輸出,8字輸入,輸入起始地址為PIW608,輸出起始地址為PQW544,組態(tài)地址對(duì)應(yīng)如表1所示。

表1 硬件組態(tài)地址對(duì)應(yīng)表

如表1所示:

①風(fēng)機(jī)實(shí)際頻率值包含兩位小數(shù),如實(shí)際頻率為50.00 Hz,則發(fā)送數(shù)值為50.00?100＝5000,十六進(jìn)制表示為0×1388.

②風(fēng)機(jī)實(shí)際電流包含兩位小數(shù),如0x0686轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制1670,則實(shí)際輸出電流為16.70A;

③風(fēng)機(jī)實(shí)際電壓十六進(jìn)制直接轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制,單位V,如0x0F76表示3958V;

④風(fēng)機(jī)故障字當(dāng)值為0時(shí)正常,非0時(shí)故障;

⑤風(fēng)機(jī)狀態(tài)字當(dāng)值為0時(shí)停止,非0時(shí)運(yùn)行;

⑥風(fēng)機(jī)操作方式當(dāng)值為1時(shí)本地,2時(shí)遠(yuǎn)程,3時(shí)上位機(jī)操作;

⑦風(fēng)機(jī)啟動(dòng)/停止當(dāng)值為0時(shí)啟動(dòng),非0時(shí)停止;

⑧風(fēng)機(jī)給定頻率值包含兩位小數(shù),如設(shè)置頻率為50.00 Hz,則發(fā)送數(shù)值為50.00?100＝5000,十六進(jìn)制表示為0x1388;

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制:將某臺(tái)轉(zhuǎn)爐停爐檢修信號(hào)通過以太網(wǎng)通訊,傳至二次除塵400PLC,作為判斷條件,使變頻器頻率輸出由45Hz降為35 Hz,對(duì)應(yīng)二次除塵高壓風(fēng)機(jī)由高速900r/min降至低速700r/min。

4 成本、利潤統(tǒng)計(jì)、經(jīng)濟(jì)(社會(huì))效益分析及投資回收年限

4.1 投資費(fèi)用統(tǒng)計(jì)

總投資費(fèi)用＝備件費(fèi)用＋施工費(fèi)用＝552800＋180000＝732800元

4.2 節(jié)電統(tǒng)計(jì)

耦合器實(shí)測(cè)的耗電情況與變頻器實(shí)測(cè)的耗電情況表2。

表2 改造前后耗電量統(tǒng)計(jì)表

單臺(tái)轉(zhuǎn)爐二次除塵風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速與耦合器調(diào)速年節(jié)電比較:

每周平均每座轉(zhuǎn)爐計(jì)劃停爐檢修12個(gè)小時(shí)。

①高速年節(jié)電情況:(620-590)kW·h×(168-12)小時(shí)×3座爐×46周＝64.584萬kW·h(扣除大修兩周)。

②低速年節(jié)電情況:(400-290)k W·h×12小時(shí)×3座爐×46周＝18.216萬k W·h(扣除大修兩周)。

兩臺(tái)年節(jié)電效益:(64.584萬k W·h＋18.216萬k W·h)×0.52元/k W·h×2＝86.112萬元。

4.3 通過變頻改造后可減少的備件費(fèi)用和檢修費(fèi)用

總檢修維護(hù)費(fèi)用＝(每年單臺(tái)更換潤滑油費(fèi)用＋耦合器備件費(fèi)用＋耦合器檢修費(fèi)用)×2＝(1.1308＋2.7988＋2.5)×2＝12.86萬元

4.4 投資回收年限

(1)年經(jīng)濟(jì)效益:86.112＋12.86＝98.972萬元;(2)總投資費(fèi)用:73.28萬元;

(3)改造后一年收益:98.972-73.28＝25.692萬元;滿足改造后一年內(nèi)收回投資費(fèi)用的要求。

5 結(jié)束語

提高自動(dòng)化水平,節(jié)約能源,年可得經(jīng)濟(jì)效益98萬元,改造后一年內(nèi)可收回投資成本。除了顯著的經(jīng)濟(jì)效益,本次變頻改造在降低設(shè)備維護(hù)成本、延長設(shè)備使用壽命、簡化操作等方面也有著諸多優(yōu)勢(shì)。

[1]科陸變頻.CL2700系列高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)用戶使用說明書[Z].

[2].上海泗博自動(dòng)化技術(shù)有限公司.PM125產(chǎn)品手冊(cè)[Z].