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希望森蘭高壓變頻器在青島鋼鐵集團(tuán)燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

希望森蘭高壓變頻器在青島鋼鐵集團(tuán)燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞: 希望森蘭高壓變頻器 余熱發(fā)電系統(tǒng)

摘要:鋼鐵工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),能源消耗量約占全國(guó)工業(yè)總能耗的16%,廢水和固體廢棄物排放量分別占工業(yè)排放總量的15%和18%,是節(jié)能減排的重點(diǎn)行業(yè)。在鋼鐵企業(yè)中,燒結(jié)工序能耗僅次于煉鐵工序,占總能耗的10%~12%,節(jié)能潛力很大。在燒結(jié)工序總能耗中,有近50%的熱能以燒結(jié)機(jī)煙氣和冷卻機(jī)廢氣的形式排入大氣。由于燒結(jié)冷卻機(jī)廢氣為中低溫廢氣,溫度在150℃~450℃之間,且波動(dòng)范圍較大,加上此前余熱回收技術(shù)的局限,燒結(jié)余熱利用往往是投資高,效率低,投資回收周期長(zhǎng),長(zhǎng)期以來(lái)得不到有效利用。隨著國(guó)內(nèi)燒結(jié)機(jī)面積不斷的擴(kuò)大,燒結(jié)礦生產(chǎn)效率越來(lái)越高,其在冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣所攜帶的熱量已經(jīng)引起了人們的高度關(guān)注。國(guó)內(nèi)自主設(shè)計(jì)、制造的燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電機(jī)組也發(fā)展起來(lái)。

1、引言


鋼鐵工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),能源消耗量約占全國(guó)工業(yè)總能耗的16%,廢水和固體廢棄物排放量分別占工業(yè)排放總量的15%和18%,是節(jié)能減排的重點(diǎn)行業(yè)。在鋼鐵企業(yè)中,燒結(jié)工序能耗僅次于煉鐵工序,占總能耗的10%~12%,節(jié)能潛力很大。在燒結(jié)工序總能耗中,有近50%的熱能以燒結(jié)機(jī)煙氣和冷卻機(jī)廢氣的形式排入大氣。由于燒結(jié)冷卻機(jī)廢氣為中低溫廢氣,溫度在150℃~450℃之間,且波動(dòng)范圍較大,加上此前余熱回收技術(shù)的局限,燒結(jié)余熱利用往往是投資高,效率低,投資回收周期長(zhǎng),長(zhǎng)期以來(lái)得不到有效利用。隨著國(guó)內(nèi)燒結(jié)機(jī)面積不斷的擴(kuò)大,燒結(jié)礦生產(chǎn)效率越來(lái)越高,其在冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣所攜帶的熱量已經(jīng)引起了人們的高度關(guān)注。國(guó)內(nèi)自主設(shè)計(jì)、制造的燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電機(jī)組也發(fā)展起來(lái)。


2、燒結(jié)余熱循環(huán)利用介紹


燒結(jié)余熱回收主要有兩部分:一是燒結(jié)機(jī)尾部廢氣余熱,二是熱燒結(jié)礦在冷卻前空冷時(shí)產(chǎn)生的廢氣余熱。這兩部分廢氣所含熱量約占燒結(jié)總耗能的50%,充分利用這部分熱量是提高燒結(jié)能源利用效率,顯著降低燒結(jié)工序能耗的途徑之一。


目前,國(guó)內(nèi)燒結(jié)廢氣余熱回收利用主要有三種方式:一是直接將廢煙氣經(jīng)過(guò)凈化后作為點(diǎn)火爐的助燃空氣或用于預(yù)熱混合料,以降低燃料消耗,這種方式較為簡(jiǎn)單,但余熱利用量有限,一般不超過(guò)煙氣量的10%;二是將廢煙氣通過(guò)熱管裝置或余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽,并入全廠蒸汽管網(wǎng),替代部分燃煤鍋爐;三是將余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽用于驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)組發(fā)電。


3、青島鋼鐵集團(tuán)2*240㎡燒結(jié)余熱發(fā)電工藝介紹


此次改造燒結(jié)余熱發(fā)電工程設(shè)計(jì)發(fā)電能力14000kW。由一臺(tái)30噸蒸汽量的雙壓余熱鍋爐和一臺(tái)15兆瓦補(bǔ)汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組成。具體工藝流程見(jiàn)圖1。


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圖1青島鋼鐵集團(tuán)煉鐵廠燒結(jié)余熱發(fā)電工藝流程圖


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圖2青島鋼鐵集團(tuán)煉鐵廠燒結(jié)余熱余熱回收現(xiàn)場(chǎng)圖


通過(guò)引風(fēng)機(jī)將帶冷機(jī)1號(hào)、2號(hào)煙囪的煙氣引出,混合后進(jìn)入高效余熱鍋爐,加熱鍋爐內(nèi)的水產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽和低壓飽和蒸汽,供給汽輪機(jī)發(fā)電。但是在這個(gè)過(guò)程中引風(fēng)機(jī)排出煙氣溫度仍在150℃以上,這部分煙氣熱量也是可以再次循環(huán)利用的。此次燒結(jié)余熱發(fā)電配備循環(huán)風(fēng)機(jī)一臺(tái),配套西安西瑪YPTKK630-6(10kV /1800kW)變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)一臺(tái),啟動(dòng)方式采用變頻啟動(dòng)。引風(fēng)機(jī)排出的煙氣經(jīng)過(guò)三通擋板閥一部分排向大氣,一部分經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)增壓后返回環(huán)冷機(jī)風(fēng)池。既作為冷卻介質(zhì)冷卻燒結(jié)礦,同時(shí)提高環(huán)冷機(jī)排煙溫度。


燒結(jié)余熱發(fā)電是一項(xiàng)將燒結(jié)廢氣余熱資源轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏Φ墓?jié)能技術(shù)。該技術(shù)不產(chǎn)生額外的廢氣、廢渣、粉塵和其他有害氣體,能夠有效提高燒結(jié)工序的能源利用效率,平均每噸燒結(jié)礦產(chǎn)生的煙氣余熱回收可發(fā)電20kW·h,折合噸鋼綜合能耗可降低約8千克標(biāo)準(zhǔn)煤,從而促進(jìn)鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)。


4、風(fēng)機(jī)負(fù)載節(jié)能分析


一般異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為:n1=60f/p


而異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n與同步轉(zhuǎn)速n1存在一個(gè)滑差關(guān)系:n= n1(1-s)=60f/p(1-s)


由上式可以得到,改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)改變f、p、s可以達(dá)到。


針對(duì)某一電動(dòng)機(jī)而言p是一定的,而通過(guò)改變s進(jìn)行調(diào)速空間非常小,所以變頻調(diào)速通過(guò)改變定子供電頻率f來(lái)改變同步轉(zhuǎn)速是異步電動(dòng)機(jī)的最為合理的調(diào)速方法。


若均勻地改變供電頻率f,即可平滑地改變電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬、平滑性較高、機(jī)械特性較硬的優(yōu)點(diǎn),目前變頻調(diào)速已成為異步電動(dòng)機(jī)最主要的調(diào)速方式,在很多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。


根據(jù)流體力學(xué)相似定律:Q1/Q2=n1/n2輸出風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速n成正比;


H1/H2=(n1/n2)2輸出壓力H與轉(zhuǎn)速n2正比;


P1/P2=(n1/n2)3輸出軸功率P與轉(zhuǎn)速n3正比。


當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量(水泵流量)需要改變時(shí),如調(diào)節(jié)風(fēng)門(閥門)的開(kāi)度,則會(huì)使大量電能白白消耗在閥門及管路系統(tǒng)阻力上。如采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量(流量),可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。變頻調(diào)速時(shí),當(dāng)風(fēng)機(jī)(水泵)低于額定轉(zhuǎn)速時(shí),理論節(jié)電為:


E=〔1-( n′/n) 3〕×P×T (kW·h)


式中:n——額定轉(zhuǎn)速


n′—— 實(shí)際轉(zhuǎn)速


P——額定轉(zhuǎn)速時(shí)電機(jī)功率


T——工作時(shí)間


可見(jiàn),通過(guò)變頻對(duì)風(fēng)機(jī)(水泵)進(jìn)行控制,不但節(jié)能而且大大提高了設(shè)備運(yùn)行性能。以上公式為變頻節(jié)能提供了充分的理論依據(jù)。


5、高壓變頻器選型及變頻調(diào)速方案


5.1變頻器選型


經(jīng)過(guò)大量的技術(shù)論證,并且對(duì)目前高壓變頻器市場(chǎng)充分考查后,選用了希望森蘭科技股份有限公司生產(chǎn)的SBH-100-1800高壓變頻器對(duì)循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻控制,不但節(jié)約能源而且大大提高了設(shè)備運(yùn)行性能。


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5.2變頻調(diào)速方案


通過(guò)對(duì)循環(huán)風(fēng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的研究、分析,綜合其中存在的問(wèn)題,以“先保證系統(tǒng)安全可靠,結(jié)構(gòu)合理,提供最佳性價(jià)比方案”的原則對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì),決定采用一拖一手動(dòng)方案。其一次電路如圖3所示:


25.jpg


圖3 此項(xiàng)目高壓變頻一次電路


QS1,QS2,QS3為3個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān),要求QS2和QS3不能同時(shí)閉合,在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖!QS1和QS2閉合,風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行;QS1和QS2斷開(kāi),QS3閉合,風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行。


26.jpg


圖4 森蘭高壓變頻在燒結(jié)余熱回收應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)圖


5.3高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)


(1)電機(jī)拖動(dòng)風(fēng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng),控制電機(jī)的啟動(dòng)電流。變頻改造后降低啟動(dòng)電流,減少對(duì)電網(wǎng)側(cè)的沖擊,提高繞組承受力,降低電機(jī)的維護(hù)成本,增長(zhǎng)電機(jī)的壽命;同時(shí)大大減小了對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)備的沖擊,降低維護(hù)成本,延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)使用壽命。


(2)可實(shí)現(xiàn)線性調(diào)速,通過(guò)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)控制風(fēng)機(jī)風(fēng)量滿足工藝生產(chǎn);同時(shí)離心風(fēng)機(jī)是平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載,能耗是與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成立方比,從而達(dá)到節(jié)能效果。


(3)系統(tǒng)設(shè)有就地和遠(yuǎn)方兩種控制途徑,就地控制是在變頻器處通過(guò)變頻器觸摸屏進(jìn)行操作或應(yīng)急處理;遠(yuǎn)方控制是在控制室內(nèi)進(jìn)行.在這種工作方式下,操作員通過(guò)DCS系統(tǒng)的頻率給定信號(hào),調(diào)節(jié)變頻器,改變電機(jī)轉(zhuǎn)速,達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。


(4)信息傳遞:變頻器可以實(shí)現(xiàn)與機(jī)組DCS系統(tǒng)的雙向信息傳遞。變頻器可提供給DCS系統(tǒng)如下參量:輸出轉(zhuǎn)速、輸出電流等反饋信息,通過(guò)4~20mA電流源模擬量輸出;同時(shí)提供給DCS的開(kāi)關(guān)量有:變頻器遠(yuǎn)程控制指示,就緒,運(yùn)行,輕故障,重故障指示狀態(tài)信息。變頻器接收的DCS的模擬量信號(hào)為頻率給定,開(kāi)關(guān)量為遠(yuǎn)方啟/停、復(fù)位信號(hào)等。通過(guò)變頻器與DCS信號(hào)的交換,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制及監(jiān)視變頻運(yùn)行各類數(shù)據(jù)功能,提高工藝生產(chǎn)自動(dòng)化水平。


(5)完備的保護(hù)功能:過(guò)流,過(guò)壓,欠壓,輸入輸出缺相,輸出短路,輸出接地,變頻過(guò)熱,電機(jī)過(guò)載,失速防止,電機(jī)過(guò)熱等保護(hù)。


(6)系統(tǒng)的變頻風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻供電和電網(wǎng)供電相互切換運(yùn)行,可手動(dòng)切換,當(dāng)變頻器發(fā)生異常后,風(fēng)機(jī)仍需要運(yùn)行,這時(shí)可將電機(jī)切換到工頻電網(wǎng)起動(dòng),增加風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。


6、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及節(jié)能效果


(1)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況


此燒結(jié)余熱發(fā)電項(xiàng)目自投產(chǎn)以來(lái)運(yùn)行良好。由于余熱發(fā)電項(xiàng)目是余熱回收實(shí)現(xiàn)效益最大化,但在生產(chǎn)過(guò)程中首先保證燒結(jié)礦的冷卻質(zhì)量再談?dòng)酂峄厥?。這就要求冷卻風(fēng)鼓風(fēng)量與引風(fēng)量有個(gè)良好的匹配問(wèn)題。在這個(gè)問(wèn)題上循環(huán)風(fēng)機(jī)變頻器發(fā)揮了重要作用。通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)循環(huán)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,來(lái)調(diào)節(jié)冷卻機(jī)的鼓風(fēng)量,使燒結(jié)礦冷卻效果良好同時(shí)又使發(fā)電量最大化。


(2)節(jié)能效果


在正常生產(chǎn)情況下,本臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)變頻器運(yùn)行頻率在25-35Hz,高壓側(cè)輸入電流在45-70A。與同功率電機(jī)工頻運(yùn)行狀況比較,變頻改造后循環(huán)風(fēng)機(jī)節(jié)能效果十分明顯。


7、結(jié)論


近幾年,隨著雙壓、閃蒸發(fā)電和補(bǔ)汽蒸汽式汽輪機(jī)在技術(shù)上獲得突破,燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)已逐漸進(jìn)入成熟階段,同時(shí)其在節(jié)能環(huán)保、減少污染排放、經(jīng)濟(jì)效益等方面的顯著優(yōu)勢(shì)使得其發(fā)展迅速。燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)循采用希望森蘭高壓變頻器,不但操作方便、維護(hù)量小,而且有明顯的節(jié)能效果。通過(guò)變頻對(duì)風(fēng)機(jī)(水泵)進(jìn)行控制,再次實(shí)現(xiàn)節(jié)能項(xiàng)目中的設(shè)備節(jié)能,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。此次希望森蘭高壓變頻對(duì)燒結(jié)余熱回收循環(huán)風(fēng)機(jī)改造的優(yōu)異表現(xiàn)得到了客戶的高度認(rèn)可和一致好評(píng),值得大力推廣。

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