變頻調(diào)速在焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、變頻調(diào)速在焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用引言西林鋼鐵公司焦化廠現(xiàn)有 66型焦?fàn)t兩座，原有壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)為人工手動調(diào)節(jié)，由于被控對象是一 個多擾動、變化大、耦合嚴(yán)重的非線性系統(tǒng)，由于焦?fàn)t末期生產(chǎn)，爐況頻繁失常，已嚴(yán)重影響焦?fàn)t的正常 生產(chǎn)。影響焦?fàn)t正常生產(chǎn)的因素很多，其中，煤氣壓力是焦?fàn)t生產(chǎn)的一個重要工藝參數(shù)，它直接反映焦?fàn)t 生產(chǎn)狀況。為此，要想實現(xiàn)焦?fàn)t集氣管壓力的自動調(diào)節(jié)，單靠簡單的儀表單回路進(jìn)行調(diào)節(jié)，是根本無法實 現(xiàn)的，必須采用先進(jìn)可靠的控制方法。交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電節(jié)能、改善工藝結(jié)構(gòu)，以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。煤氣鼓風(fēng)機(jī)是焦化廠的核心設(shè)備，其作用是將焦?fàn)t炭化室在煉焦

2、過程中產(chǎn)生的荒煤氣不斷 抽出，它由兩臺95kW的交流異步電動機(jī)驅(qū)動，經(jīng)常出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。西鋼焦化廠采用變頻調(diào)速 系統(tǒng)直接控制煤氣鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，應(yīng)用PLC與壓力變送器構(gòu)成初冷器前吸力的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，合理地實現(xiàn)了電機(jī)根據(jù)負(fù)荷的變化變速運行，自動調(diào)節(jié)煤氣壓力，在焦化廠應(yīng)用變頻調(diào)速系統(tǒng)是調(diào)節(jié)焦?fàn)t煤 氣壓力和節(jié)能的最佳有效方法。既滿足了生產(chǎn)需要，又達(dá)到了節(jié)能降耗、延長設(shè)備的使用壽命和提高控制 水平的目的。2 系統(tǒng)設(shè)計方案及原理西鋼焦化廠鼓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)采用高可靠性的兩級計算機(jī)集散控制系統(tǒng)，由變頻器、PLC控制器、監(jiān)控站、及儀表系統(tǒng)構(gòu)成。對原有煤氣鼓風(fēng)機(jī)加裝變頻調(diào)速裝置和PLC控制系統(tǒng)

3、，并且將初冷器前吸力信號送至PLC,作為初泠器前煤氣壓力閉環(huán)控制的反饋值（給定值根據(jù)實際工況設(shè)定）。通過PLC對初冷器前煤氣壓力信號變換和處理，為變頻器提供頻率給定，實現(xiàn)頻率的自動調(diào)整，也就是說對鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 進(jìn)行控制，以達(dá)到根據(jù)負(fù)荷變化而調(diào)整輸出功率、穩(wěn)定初冷器前煤氣壓力和節(jié)能降耗的目的。系統(tǒng)硬件組成系統(tǒng)組成如圖1所示，主要部分及其功能分述如下。（工用戶;煤氣鼓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成圖（1）變頻調(diào)速系統(tǒng)變頻調(diào)速系統(tǒng)采用日本三墾公司的IPF 110K的110kW勺變頻調(diào)速器，完成工頻 50Hz交流電到頻率可變的3臺風(fēng)機(jī)，兩運一備。采用1交流電的轉(zhuǎn)換，并具有自動和手動、就地和遠(yuǎn)程調(diào)速控制功能。

4、風(fēng)機(jī)室共有臺變頻調(diào)速器控制運行風(fēng)機(jī)的 1 臺，任意切換 ( 一拖二 ) 。經(jīng)工藝計算，通過調(diào)節(jié)1 臺鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，就能夠滿足總管煤氣壓力調(diào)節(jié)的工藝要求。變頻調(diào)速器調(diào)整速原理: 異步電機(jī)轉(zhuǎn)速n=60f (1-s)/p( 式中 :f 為電源頻率， p 為極對數(shù)， s 為電機(jī)轉(zhuǎn)差率) 從上式可以看出，改變供電頻率， 即可改變轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速技術(shù)的迅速發(fā)展，使其在變頻范圍，動態(tài)響應(yīng)，工作效率，調(diào)整精度，可靠性等方面都達(dá)到了較為完美的程度。省去回流調(diào)節(jié)閥，煤氣壓力的變化由變頻調(diào)速實現(xiàn)可以精確地定量調(diào)整煤氣吸力，避免了使用回流調(diào)節(jié)帶來的巨大振蕩。PLC 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)中的PLC為SIMATIC S7-30

5、0系列可編程控制器。PLC系統(tǒng)與變頻器之間采用FROFIBU定線通信，S7-300為主站，變頻器為從站。S7-300PLC完成整個系統(tǒng)的信號采集和控制功能及變頻器故障時變頻到工 頻的自動切換。監(jiān)控站監(jiān)控站選用研華工業(yè)控制計算機(jī)IPC610和高性能工業(yè)監(jiān)控軟件WinCC(視窗控制中心)，完成整個系統(tǒng)的工藝流程、設(shè)備運行狀態(tài)的顯示和監(jiān)控、實時曲線的顯示、歷史數(shù)據(jù)的保存、權(quán)限管理、操作查詢、報警、打印等功能。儀表系統(tǒng)儀表系統(tǒng)由變送器、配電器、隔離器、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器等構(gòu)成，主要完成壓力信號的獲取和閥門的控制執(zhí)行，調(diào)節(jié)器作為計算機(jī)系統(tǒng)的備用控制手段，當(dāng)計算機(jī)出現(xiàn)故障時，可以變成手動方式控制煤氣壓力。軟件

6、基礎(chǔ)及實現(xiàn)本系統(tǒng)軟件平臺采用 Windows NT4.0 ，上位機(jī)采用 WinCC V5.1 軟件組態(tài)，下位機(jī)編程應(yīng)用軟件采用 SIMATIC STEP7 V5.1 ，完成 S7-300 PLC 硬件組態(tài)及軟件編程。通過 PLC 的 PID 功能塊完成初冷器前吸力的閉環(huán)控制， 同時建立數(shù)據(jù)變量表， 用于 PID 的參數(shù)整定和修改。編程語言采用梯形圖的方式實現(xiàn)各種邏輯順序控制和初冷器前煤氣壓力閉環(huán)控制等，軟件流程所示。在軟件設(shè)計中利用PLC定時中斷功能完成數(shù)據(jù)采樣，數(shù)字濾波， PID運算及控制輸出。整個系統(tǒng)控制的關(guān)鍵是保持焦?fàn)t壓力設(shè)定值在工藝要求的指標(biāo)上， 而初冷器前壓力設(shè)定值的選定要服從保持焦

7、爐壓力值穩(wěn)定的需要。正常情況下，焦?fàn)t閉環(huán)子系統(tǒng)能夠很好的實現(xiàn)自動跟蹤調(diào)節(jié)壓力，初冷器前設(shè)定值一經(jīng)選定，一般不需改變。但是，當(dāng)某焦?fàn)t壓力不足，在系統(tǒng)控制下對應(yīng)蝶閥的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)關(guān)閉到極限時，計算機(jī)控制將自動修改初冷器前吸力的參數(shù)設(shè)定值，即改變變頻器的輸出頻率，使鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也相應(yīng)改變，從而改變對兩個焦?fàn)t集氣管輸出煤氣的抽力，促使兩個焦?fàn)t子系統(tǒng)逐漸脫離極限位置。系統(tǒng)特點本系統(tǒng)具有兩個顯著特點 : 一是具有變頻轉(zhuǎn)工頻運行的自動切換功能，二是變頻器一帶二系統(tǒng)的設(shè)計。變頻轉(zhuǎn)工頻由于煤氣鼓風(fēng)機(jī)是焦化廠的核心設(shè)備，屬于長時間運行設(shè)備，因此，如果變頻系統(tǒng)出現(xiàn)故障，必須在變頻電源短時斷電后將電動機(jī)很快自動投入工頻電

8、源運行，即變頻轉(zhuǎn)工頻。但同時須考慮系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的安全性和經(jīng)濟(jì)的實現(xiàn)方法，本系統(tǒng)采用延時的實現(xiàn)方法。變頻轉(zhuǎn)工頻系統(tǒng)主電路示意圖如圖 2 所示。產(chǎn)鼓風(fēng)機(jī)2。鼓風(fēng)機(jī)圖2變頻轉(zhuǎn)工頻系統(tǒng)主電路示意圖K1K5為開關(guān)柜，其中 K4與K5是原工頻系統(tǒng)。當(dāng) K1、K2(K3)或變頻裝置出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)中的 PLC自動將變頻器停止運行，并斷開開關(guān)K2(K3),延時后，K4(K5)自動合閘，1#(2#)鼓風(fēng)機(jī)由工頻電源供電，繼續(xù)運行，變頻轉(zhuǎn)工頻完成。變頻器一帶二系統(tǒng)的設(shè)計為節(jié)約投資，充分發(fā)揮變頻器的節(jié)能效益，當(dāng)一臺風(fēng)機(jī)故障或檢修時，另一臺風(fēng)機(jī)仍能利用變頻器 節(jié)能運行，即所謂一帶二系統(tǒng)，如圖 2所示。由圖可見，變頻器可供

9、電給 1#鼓風(fēng)機(jī)或2#鼓風(fēng)機(jī)中的任意一 臺電機(jī)變頻運行。為防止誤操作， K2與K3、K2與K4, K3與K5均具有互鎖功能。工業(yè)運行效果煤氣鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)采用變頻調(diào)速后，初冷器前吸力翻板全開，減少了風(fēng)阻，因而節(jié)能顯著。以改造前后參數(shù)的平均值計算節(jié)能效果。就變頻調(diào)速前后的年耗電量分別為Qq和Qn：Q=156 x 24 x 365=1,471,560()X 24 x 365=1, 173, 340 (kWh)節(jié)約電量為Q為Q=Qg-Q =l,471j 680-L 173, 840=297, 840 (kWh)按工業(yè)用電0.325元/kWh計算，則年節(jié)約電費為：0.325 X297,840=96,798(元)。經(jīng)計算可知，在應(yīng)用變 頻調(diào)速系統(tǒng)后，僅節(jié)能一項只需 2年多就可回收整個系統(tǒng)的全部投資。止匕外，與原工頻系統(tǒng)相比，變頻器具有軟啟動功能，減少了對電機(jī)和電網(wǎng)的沖擊；變頻器自身所具有的過電壓、欠電流、過流、過載和過熱等保護(hù)功能，可有效避免由此而引發(fā)的各種故障，產(chǎn)能及時提供 故障信息，方便查找；由于變頻器可降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速，因而減少了設(shè)備的磨損，延長了鼓風(fēng)機(jī)的檢修周期 和使用壽命。結(jié)束語本煤氣鼓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)自2001年12月投入運行以來，