1 引言
眾所周知，對(duì)引風(fēng)機(jī)、水泵調(diào)速運(yùn)行節(jié)約能源的潛力相當(dāng)?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(chǎng)的實(shí)際工況作具體分析，這才是科學(xué)的思維方法。下面就寶鋼第一煉鋼廠og除塵引風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能的潛力進(jìn)行分析計(jì)算。
2 og除塵及引風(fēng)機(jī)基本工況
寶鋼第一煉鋼廠共有3座300噸氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐。寶鋼一期工程(包括1＃、2＃轉(zhuǎn)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(wàn)噸。3＃轉(zhuǎn)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(wàn)頓。
每臺(tái)轉(zhuǎn)爐配有一套獨(dú)立采用了濕式除塵法的og除塵系統(tǒng)。og系統(tǒng)的主要設(shè)備有轉(zhuǎn)爐排氣處理設(shè)備及通風(fēng)處理設(shè)備。先由排氣冷卻裝置(由裙罩、上下煙罩等組成)將轉(zhuǎn)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(fēng)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(jí)除塵器。引風(fēng)機(jī)為雙吸入式渦輪型。最大容量210×103nm3/h，升壓到1750mmh2o。
在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，引風(fēng)機(jī)已由液力偶合器實(shí)現(xiàn)全速和低速(實(shí)測(cè)約1150rpm)兩檔速度運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)，全速運(yùn)行。引風(fēng)機(jī)的入口閥常保持在83％的開(kāi)度。由熱工自動(dòng)化儀表系統(tǒng)檢測(cè)轉(zhuǎn)爐裙罩處的煙氣微壓力p，經(jīng)運(yùn)算處理，然后將其結(jié)果去調(diào)整p0擋板的開(kāi)度，使轉(zhuǎn)爐裙罩處的煙氣微壓力p始終穩(wěn)定在3mmh2o左右。吹氧時(shí)產(chǎn)生的co含量達(dá)60％以上的煙氣在未燃燒的狀態(tài)下冷卻除塵，然后送入轉(zhuǎn)爐煤氣柜回收。而含co不達(dá)標(biāo)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(zhuǎn)爐裙罩處的煙氣微壓力檢測(cè)點(diǎn)。k0是引風(fēng)機(jī)入口閥，k1、k2是切換閥，當(dāng)轉(zhuǎn)爐的煙氣有回收價(jià)值時(shí)切換閥k1閉合，k2打開(kāi)，煙氣進(jìn)入煤氣柜;反之k1打開(kāi)，k2閉合煙氣被放散。p0是轉(zhuǎn)爐裙罩處的微壓力調(diào)節(jié)閥。
3 現(xiàn)場(chǎng)工況調(diào)查
為了分析計(jì)算改為便利，使計(jì)算結(jié)果更趨合理，于2002年11月我們對(duì)og除塵系統(tǒng)的工況作了更進(jìn)一步調(diào)查，采集了1＃、2＃轉(zhuǎn)爐在煉鋼過(guò)程中的23組參數(shù)，整理后例于附表中。
原設(shè)計(jì)每煉一爐鋼的時(shí)間是41min。其中吹氧煉鋼時(shí)間18min，非吹氧煉鋼時(shí)間23min。
圖1 og系統(tǒng)圖
在使用液力耦合器分兩檔對(duì)引風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)調(diào)速的同時(shí)還用p0擋板對(duì)裙罩處的煙氣壓力進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，使其壓力保持在＋3mmh2o。
在吹煉時(shí)轉(zhuǎn)爐發(fā)生的煙氣量大，引風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行，引風(fēng)機(jī)實(shí)測(cè)速度在1440～1456rpm之間波動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的電流在135a～189a之間變化，p0擋板的開(kāi)度在37％～73％之間變化(調(diào)節(jié))，引風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)閥的開(kāi)度始終保持在83％不變，風(fēng)量在223×103nm3/h～123×103nm3/h之間變化;非吹煉時(shí)轉(zhuǎn)爐發(fā)生的煙氣量小，引風(fēng)機(jī)低速運(yùn)行。引風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行速度在1110～1141rpm，引風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口閥門(mén)的開(kāi)度亦始終保持在83％不變，電動(dòng)機(jī)電流在108a～110a之間變化，p0擋板的開(kāi)度在37％～41％之間變化，風(fēng)量152×103nm3/h～158×103nm3/h。
4 引風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能潛力分析
原設(shè)計(jì)引風(fēng)機(jī)已經(jīng)分兩檔速度運(yùn)行。從引風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能的觀點(diǎn)看，引風(fēng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)已經(jīng)節(jié)約了一部分能量。但是，用風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能的理論進(jìn)一步分析，卻還有兩部分相當(dāng)可觀的能量可以通過(guò)引風(fēng)機(jī)進(jìn)一步調(diào)速運(yùn)行節(jié)約下來(lái)。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(fēng)機(jī)速度時(shí)的特性
系統(tǒng)管路的自然阻力特性曲線(xiàn)為r，引風(fēng)機(jī)在全壓(全速)運(yùn)行時(shí)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(mǎn)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(fēng)機(jī)入口閥)的辦法來(lái)滿(mǎn)足流量(或壓力)要求。當(dāng)用人工阻力特性曲線(xiàn)為r1或r2時(shí)，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?yàn)橐毫ε己掀鞯男屎艿停湫逝c它的輸出轉(zhuǎn)速成正比，如圖4所示。其能量的損耗相當(dāng)嚴(yán)重，所以液力偶合器極不適應(yīng)于較低速度范圍內(nèi)的調(diào)速運(yùn)行。
圖3 調(diào)整風(fēng)機(jī)速度時(shí)的特性
圖4 液力耦合器效率曲線(xiàn)
圖5 風(fēng)機(jī)速度/流量調(diào)整特性
不難看出，在實(shí)際運(yùn)行中液力偶合器沒(méi)有按原設(shè)計(jì)在600~1430rpm范圍內(nèi)對(duì)引風(fēng)機(jī)調(diào)速，而是在約1140rpm和1430rpm兩點(diǎn)上調(diào)速出發(fā)點(diǎn)之所在。根據(jù)上述理由筆者認(rèn)為改液力偶合器調(diào)速為交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)，擴(kuò)大對(duì)引風(fēng)機(jī)的調(diào)速范圍，取消管路的附加阻力p0擋板和引風(fēng)機(jī)的入口閥(或?qū)⑺鼈兊拈_(kāi)度置于100％)，使管路的阻力特性曲線(xiàn)保持r0。用改變引風(fēng)機(jī)的速度n1、n2、n3……來(lái)滿(mǎn)足系統(tǒng)需要的流量q1、q2、q3……使引風(fēng)機(jī)運(yùn)行在c、b、a……點(diǎn)上。從圖5可以明顯看出，c、b、a點(diǎn)處的縱坐標(biāo)、橫坐標(biāo)與縱軸、橫軸圍成的矩形的面積一個(gè)比一個(gè)小。這說(shuō)明系統(tǒng)排出氣體的流量越小，所耗的功率越小。
5 引風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能潛力計(jì)算
(1) 主要技術(shù)數(shù)據(jù)及計(jì)算條件:
l 電動(dòng)機(jī):pe=3100kw、ue=10kv、ie=210a、ne=1490r/mim、、η=0.96;
l 引風(fēng)機(jī):pfe=3100kw、nfe=1430r/min、qe=210×103nm3/h、調(diào)速范圍600r/mim～1430r/min(原設(shè)計(jì))、風(fēng)壓1750mmh2o(原設(shè)計(jì))。
l 計(jì)算公式:引風(fēng)機(jī)流量:q∝n，引風(fēng)機(jī)功率:p∝t.n∝n3
l 按每座轉(zhuǎn)爐每一晝夜煉35爐鋼，每年330天煉鋼計(jì)算。
l 煉一爐鋼時(shí)間:t0=41分鐘，吹煉時(shí)間t1=18min、引風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行;非吹煉時(shí)間:t2=23min分鐘、引風(fēng)機(jī)低速運(yùn)行。
(2) 節(jié)能潛力計(jì)算
l 計(jì)算使用液力偶合器并且p0擋板配合調(diào)速時(shí)，系統(tǒng)消耗的平均功率以及最大功率。
a) 吹煉時(shí)
引風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行在1456r/min、煙氣平均流量
、電動(dòng)機(jī)平均負(fù)荷電流:
。此時(shí)電動(dòng)機(jī)消耗的平均功率:
吹煉時(shí)電動(dòng)機(jī)消耗的最大功率:取表中的第23組數(shù)據(jù):
b) 非吹煉時(shí)
c) 電動(dòng)機(jī)消耗的平均功率:
(3) 計(jì)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(shí)系統(tǒng)已經(jīng)輸出qmax=230nm3/h的流量，電動(dòng)機(jī)實(shí)際消耗的功率是pmax=2812kw。故下面以此基數(shù)計(jì)算。
l 吹煉時(shí)消耗的平均功率:
計(jì)算時(shí)取變頻器的效率ηb=0.98，
電動(dòng)機(jī)的效率ηd=0.96。
吹煉時(shí)的實(shí)測(cè)的平均煙氣流量:
利用的關(guān)系式，計(jì)算引風(fēng)機(jī)排出煙氣流量
時(shí)應(yīng)達(dá)到的轉(zhuǎn)速:
計(jì)算引風(fēng)機(jī)排出
煙氣時(shí)所消耗的平均功率為:
l 非吹煉時(shí)消耗的平均功率:
非吹煉時(shí)實(shí)測(cè)排出的平均煙氣流量:
利用n∝q的關(guān)系式，計(jì)算引風(fēng)機(jī)排出煙氣流量時(shí)相應(yīng)具備的轉(zhuǎn)速: 
利用p∝n3的關(guān)系式，計(jì)算引風(fēng)機(jī)排出 煙氣時(shí)消耗的平均功率:
(3) 引風(fēng)機(jī)改變頻調(diào)速后1年節(jié)約的電能和電費(fèi):
吹煉時(shí)節(jié)約的功率:
煉1爐鋼吹煉時(shí)節(jié)約的電能:
(度)
非吹煉時(shí)節(jié)約的功率:
δp2=pmax-p2=1622-1022=600(kw)
煉1爐鋼非吹煉時(shí)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(zhuǎn)爐1年節(jié)約電能:
w1n=507×35×300=532(萬(wàn)度)
3座轉(zhuǎn)爐1年節(jié)約電能:
w3n=507×35×300×3=1600 (萬(wàn)度)
3座轉(zhuǎn)爐1年節(jié)約的電費(fèi):以寶鋼內(nèi)部結(jié)算價(jià)0.21元/度計(jì)算rmb3=0.21×1600＝336 (萬(wàn)元/年);以市價(jià)0.50元/度計(jì)算rmb4=0.5×1600=800(萬(wàn)元/年)。
5 結(jié)束語(yǔ)
雖然在計(jì)算過(guò)程中忽略了一些次要因素，如變頻器的自身?yè)p耗沒(méi)有考慮進(jìn)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(shí)間間隔非均等，這些會(huì)使計(jì)算結(jié)果與工況實(shí)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?gòu)亩掍搊g引風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行的實(shí)際情況看，可以判定計(jì)算結(jié)果是可信的。一煉鋼是300t轉(zhuǎn)爐，采用濕式除塵法;而二煉鋼是250t轉(zhuǎn)爐，采用干式除塵法。二煉鋼的引風(fēng)機(jī)功率是1650kw，其負(fù)荷還不滿(mǎn)。由此，我們認(rèn)為:對(duì)一爐鋼og除塵引風(fēng)機(jī)節(jié)能潛力計(jì)算的結(jié)果是符合實(shí)際情況的。
從計(jì)算的結(jié)果可以看出這是一個(gè)相當(dāng)有經(jīng)濟(jì)效益的改造項(xiàng)目。按照寶鋼內(nèi)部結(jié)算價(jià)計(jì)算電費(fèi)，兩年之內(nèi)就可以收回投資。如果按照市價(jià)計(jì)算電費(fèi)。一年之內(nèi)即可收回投資。有關(guān)方面正在考慮這方面的工作。
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介
鐘述文 高級(jí)工程師 82年1月畢業(yè)于北京鋼鐵學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，工學(xué)學(xué)士。70年參加工作，長(zhǎng)期從事自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)工作。曾參加過(guò)就港、本鋼、鞍鋼、首鋼、唐鋼、寶鋼的建設(shè)。83年自部隊(duì)轉(zhuǎn)業(yè)進(jìn)寶鋼且一直從事本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)工作。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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