变频节电技术在炼钢厂高压电动机上的应用

施处良，朱红莉

（1.中天钢铁集团有限公司，江苏 常州 213011；2.江苏省电力公司 新闻中心，南京 210024）

电动机是风机、泵、压缩机、机床等各种机械设备的驱动装置，广泛应用于冶金、石化、化工、煤炭、建材、公用设施等多个行业和领域，是用电量大的耗电机械。据初步统计测算，2011年，我国电动机保有量约17亿kW，总耗电量约3万亿kWh，占全社会总用电量的64%，其中工业领域电机总用电量为2.6万亿kWh，约占工业用电的75%，节能潜力大。

1 项目建设背景

中天钢铁集团有限公司成立于2001年9月，经历10余年发展，企业总资产达500亿元，年产钢能力突破1 000万t。集团第二烧结厂、第二炼铁厂有10台高压电动机，分别是第二烧结厂的2台560 kW除尘风机、1台6300kW主抽风机及第二炼铁厂3台1250 kW矿槽除尘风机及2台710 kW、2台630 kW喷煤排粉风机，10台机械额定总功率达到13 850 kW。

第二烧结厂、第二炼铁厂的10台高压电动机依靠风门调节，经计量测算其实际运行功率见表1，比较高压电动机功率可以看出10台高压电动机械实施节能改造后节电潜力很大。通过对10台高压电动机应用变频节能技术进行节能改造，可节约电费消耗，降低烧结、炼铁生产工序能耗，达到降本增效目的。

表1 10台高压电动机械参数表kW

2 变频调速节能技术原理

第二烧结厂、第二炼铁厂10台高压风机主要依靠出口风门开度的大小来调节风量，其实是改变管道中气体阻力改变风量，属于典型的风机变转矩负载类型，它满足变转矩负载的工作特性关系。气体由机械电机的转速传输，若机械的转速不变，其特性曲线H-Q亦保持不变。当风门全开时，管阻特性曲线R1－Q与特性曲线H－Q相交于点A，风量为Qa，风机出口压头为Ha。若关小风门，管阻特性曲线变为R2－Q，它与特性曲线H－Q的交点移到点B，此时风量为Qb，风机出口压头升高到Hb，则压头的升高量为：ΔHb=Hb-Ha，于是产生了阴影部分所示的能量损失：ΔPb=ΔHb×Qb，如图1所示。

图1 风机风压与风量关系曲线图

若改变电动机的转速来调节机械管道中的风量，实质是节约了气体的能量，从而改变了风量。额定转速时的特性曲线Ha-q与管阻曲线交于A点（见图2），风量为Qa，压头为Ha。若机械转速降低，特性曲线变为Hc－Q，它与管阻曲线R1-Q的交点将下移到C，风量变为为Qc。假设Qc的流量值是靠机械的风门开度来控制达到的，则与管阻曲线R2－Q的交点将上升到B点。与风门控制方式相比，其节省的能量为：P＝（Hb－Hc）×Qb（或Qc）。

图2 风机扬程与风量关系曲线图

将调节风门和调节电机转速这2种方法比较可见，在风量相同的情况下，调节转速避免了风门控制下因压头的升高和管阻增大所带来的电能损失。在风量减小时，转速控制使压头大幅降低，所以它只需一个比风门控制小得多的压头就满足机械运行工况参数，而且节省电量，这也就是变频调速节能技术的原理。

3 项目建设内容

对第二烧结厂、第二炼铁厂10台高压电动机械进行节电技改的可行性认证，并对10台高压电动机进行节电效益评审，在认证确认的基础上，对相关风机单独安装电能表、计时器等计量器具，以确定耗电风机技改前的小时用电量。集团投入1 054万元引进10台日本安川FSDrive-MV1000系列变频器（型号：CIMR-MV2BH5HD）及旁路柜、励磁柜、PLC柜等配套设施，重新建设变频器电气室，敷设高压电缆、动力电缆、信号电缆等机械通信设备，对第二烧结厂、第二炼铁厂10台高压电动机进行变频改造，更改集散控制系统（DCS）程序，采用变频模式控制电动机及负载。同时为保证变频器设备在合适温度环境中高效运行，在变频器电气室内安装了空调制冷设备等措施。经过前期10台高压耗电机械用电量的跟踪测算，第二烧结厂、第二炼铁厂10台高压耗电机械节电效果达到了前期预期目标。

4 项目节能效益及社会效益

改造后，通过每月对安装的电能表和计时器进行抄表，及时跟踪节电运行情况，将改造后10台高压电动机的小时耗电量与电动机技改前的小时耗电量进行比较和测算，获得10台高压电动机械的节电率，第二烧结厂、第二炼铁厂10台高压电动机年节电量。

第二烧结厂、第二炼铁厂10台高压电动机实施技改前后的耗电量、节电率和年节电量数据见表2。

从表2中可以看出，第二烧结厂、第二炼铁厂10台高压电动机进行变频改造后，平均节电率达40%，其中第二炼铁厂9号高炉排粉风机、石灰窑排粉风机变频改造后节电率超过60%。节电率高的原因主要有2方面：一是变频器设备选型好。运用日本安川先进的FSDrive-MV1000进口变频器设备，安全、高效、节能、稳定；二是加强变频器设备日常运行与维护管理。安排专人定期对变频器设备进行巡检，遇到异常情况及时反馈信息，分析原因，使变频器设备始终稳定高效运行。第二烧结厂、第二炼铁厂10台高压耗电机械实施节电改造后年可节约电量1 970.63万kWh，按电力折标系数3.3 tce/万kWh核算，第二烧结厂、第二炼铁厂10台高压电动机年节约标准煤6 503.1 tce，减排CO21.62万t/年、SO2107.3 t/年，该项目获得直接经济收益1 048.3万元/年。

表2 节电改造前后的耗电量、节电率和节电量数据表

5 结束语

中天钢铁集团有限公司引进国家鼓励的节能技术——变频节能技术，运用日本安川的先进的FSDrive-MV1000、型号为CIMR-MV2BH5HD的变频节能技术和设备实施节能技术改造，取得了明显的节电效益。下一步，在总结第二烧结厂、第二炼铁厂10台高压电动机实施变频改造取得经验的基础上，公司继续使用安川FSDrive-MV1000变频节能设备对公司高耗电的机械设备进行节能改造，在公司全面推广使用，降低生产工序能耗，节约生产成本，提高能源利用效率。

[1]孙传森.变频器技术[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]蔡增基，龙天渝.流体力学泵与风机[M].北京：中国建筑工业出版社，1999.