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經(jīng)營發(fā)展
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首鋼遷鋼燒結(jié)廠(WH4000)案例

  一、背景


  首鋼礦業(yè)公司燒結(jié)廠一燒車間共有6臺(tái)99m2燒結(jié)機(jī),均采用機(jī)上冷卻工藝,設(shè)計(jì)燒結(jié)面積為99 m2,冷卻面積為99 m2,冷燒比為1:1。在每臺(tái)燒結(jié)機(jī)的機(jī)頭配有一臺(tái)熱風(fēng)抽風(fēng)機(jī),機(jī)尾配有一臺(tái)冷風(fēng)抽風(fēng)機(jī),通過在風(fēng)箱中增加擋板隔離熱風(fēng)和冷風(fēng)。初步設(shè)計(jì)時(shí)為了滿足高產(chǎn)出生產(chǎn)目的,將冷、熱風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)為高負(fù)壓、大風(fēng)量模式,冷、熱風(fēng)機(jī)均工作在全速運(yùn)行狀態(tài)。然而隨著燒結(jié)新工藝的改進(jìn),燒結(jié)礦的原料透氣性不斷得到提高,采用不同機(jī)速和料厚時(shí),所需風(fēng)量也不同,為滿足不同生產(chǎn)狀況的需求,通過調(diào)節(jié)風(fēng)門開度調(diào)節(jié)流量。由于經(jīng)常調(diào)節(jié)風(fēng)門,3#冷風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中,經(jīng)常出現(xiàn)軸承損壞及閥門故障,主要原因是運(yùn)行時(shí)振動(dòng)過大。


  目前,燒結(jié)機(jī)風(fēng)機(jī)電耗占燒結(jié)廠總電耗70%左右,風(fēng)機(jī)電量高消耗直接影響到燒結(jié)機(jī)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),因此尋找風(fēng)機(jī)經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行的有效方法對(duì)生產(chǎn)具有重要意義。


      交流同步電機(jī)的調(diào)速控制發(fā)展趨勢(shì)


     交流同步電機(jī)的調(diào)速是電氣驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的一大難題,我國從20世紀(jì)70年代開始進(jìn)行交流同步電機(jī)調(diào)速技術(shù)的研究,80年代初已研制成功交—交變頻同步電機(jī)的實(shí)驗(yàn)樣機(jī),但大功率交流變頻調(diào)速裝置直到90年代后期才得到發(fā)展。


    目前國產(chǎn)大功率變頻裝置成功應(yīng)用于同步電機(jī)的實(shí)例很少,都是國外品牌一統(tǒng)天下。目前我國大型同步電機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速仍然才剛剛起步,而通過調(diào)速型液力耦合來實(shí)現(xiàn)同步機(jī)調(diào)速,由于液力耦合器的傳動(dòng)效率低和油品等方面的問題,在大功率同步電機(jī)上的應(yīng)用案例也不多,而且液力耦合的調(diào)速范圍也不能夠做的太寬,效率控制很難實(shí)現(xiàn)。因此我國高壓同步電機(jī)調(diào)速功能市場(chǎng)前景巨大。


1、同步電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的難點(diǎn)


同步電機(jī)與普通異步電機(jī)運(yùn)行上主要的區(qū)別是同步電機(jī)在運(yùn)行時(shí),電樞電壓矢量與轉(zhuǎn)子磁極位置之間的夾角必須在某一范圍之內(nèi),否則將導(dǎo)致系統(tǒng)失步。因此同步電機(jī)變頻調(diào)速時(shí)必須時(shí)刻控制這一夾角在允許的范圍內(nèi)變動(dòng),這一點(diǎn)就是同步電機(jī)變頻和異步電機(jī)變頻的主要區(qū)別,這是局限了同步電機(jī)使用變頻調(diào)速的范圍的關(guān)鍵因素之一,同步電機(jī)特別是高壓大功率的同步電機(jī)目前使用電力變頻調(diào)速的調(diào)節(jié)范圍基本上只有1020%,下面簡(jiǎn)單說明一下同步電機(jī)的運(yùn)行和使用特性。


2、    同步電機(jī)的啟動(dòng)投勵(lì)過程


同步電機(jī)啟動(dòng)有兩種方式:一種先投勵(lì),同步啟動(dòng);一種異步啟動(dòng),后順極性投勵(lì)。對(duì)于同步電機(jī)變頻啟動(dòng)均采用先投勵(lì),同步啟動(dòng),但常會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置判斷不正確導(dǎo)致電機(jī)啟動(dòng)失敗。針對(duì)同步電機(jī)變頻調(diào)速改造,很容易采用異步啟動(dòng),順極性投勵(lì)方式,所以很多高壓變頻裝置對(duì)同步電機(jī)進(jìn)行異步軟啟動(dòng),實(shí)現(xiàn)額定啟動(dòng)力矩后,將同步電機(jī)啟動(dòng)到8hz左右進(jìn)行順極性投勵(lì),具體所投勵(lì)磁大小及投勵(lì)時(shí)頻率可以根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合調(diào)試確定。至此,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)和定子磁場(chǎng)間夾角經(jīng)過小量有阻尼震蕩后,電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極被定子磁極可靠吸引,同步電機(jī)進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)。


所以同步電機(jī)的變頻器是按照預(yù)先設(shè)定的加速度,逐漸加速到給定頻率。此時(shí),同步電機(jī)電樞電壓矢量與轉(zhuǎn)子磁極位置之間的夾角逐漸拉大到某一常值,電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極在定子磁場(chǎng)的吸引下逐漸加速至期望轉(zhuǎn)速,同步電機(jī)起動(dòng)過程完成。針對(duì)要求重載啟動(dòng)的工況,為了啟動(dòng)力矩更大,可以適當(dāng)提高變頻裝置輸出電壓和同步電機(jī)的勵(lì)磁電流。


3、同步電機(jī)調(diào)速時(shí)阻尼繞組


由于在同步電機(jī)的升、降速過程中,瞬間會(huì)出現(xiàn)電源同步轉(zhuǎn)速和電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)際轉(zhuǎn)速不一致的情況,這樣就會(huì)在同步電機(jī)的阻尼繞組內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電壓,形成電流,所以,交流同步電機(jī)在進(jìn)行變頻安裝布置前,必須要檢查同步電機(jī)的阻尼繞組內(nèi)結(jié)構(gòu)件是否牢固并加固好,盡可能減少繞組內(nèi)阻,防止在進(jìn)行調(diào)速過程中出現(xiàn)較大感應(yīng)電流而產(chǎn)生大發(fā)熱量,以致?lián)p壞電機(jī)阻尼繞組,造成同步機(jī)損壞,這是很關(guān)鍵和相對(duì)復(fù)雜的一個(gè)環(huán)節(jié)。


   麥格鈉永磁渦流柔性傳動(dòng)節(jié)能技術(shù)功能及特點(diǎn)


永磁動(dòng)力傳動(dòng)技術(shù)是21世紀(jì)初誕生與發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù),廣泛應(yīng)用于鋼鐵、艦船、石油化工、市政等行業(yè)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械中。該技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)約能源、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn),尤其是在高轉(zhuǎn)速、大容量、高功率密度等特點(diǎn)更具有重大的軍、民兩用的實(shí)用推廣價(jià)值。


麥格鈉的永磁渦流柔性動(dòng)力傳動(dòng)軸系是一種新型的非接觸式動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng),具有其它軸系動(dòng)力傳動(dòng)方式無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、無污染,工程環(huán)境適應(yīng)性好,能有效抑制轉(zhuǎn)子振動(dòng)導(dǎo)致的機(jī)械故障,并且動(dòng)力節(jié)能效果顯著,因此有著廣闊的發(fā)展前途。特別是隨著稀土強(qiáng)磁材料的發(fā)展,已經(jīng)使磁力傳動(dòng)在旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)力傳動(dòng)中普遍應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。


永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速裝置是通過導(dǎo)體轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子之間的氣隙建立磁聯(lián)接實(shí)現(xiàn)由源動(dòng)機(jī)到負(fù)載的轉(zhuǎn)矩傳輸。該技術(shù)在源動(dòng)機(jī)和負(fù)載之間沒有任何機(jī)械鏈接。其工作原理是:源動(dòng)機(jī)側(cè)的導(dǎo)體轉(zhuǎn)子在負(fù)載側(cè)永磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn),切割磁力線,從而產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng),與永磁轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生扭力,推動(dòng)負(fù)載的旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)了源動(dòng)機(jī)到負(fù)載之間轉(zhuǎn)矩的無接觸傳遞。永磁調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置顛覆了傳統(tǒng)的扭矩傳遞方式。


    麥格鈉的永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速是一種全新的調(diào)速方式。與機(jī)械調(diào)速裝置相比具有體積小、無磨損等優(yōu)勢(shì);與變頻調(diào)速方式相比,永磁裝置本身不消耗電能,不對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諧波和電磁干擾。同時(shí)在對(duì)環(huán)境能力的適應(yīng)性、電力品質(zhì)、電機(jī)絕緣等方面具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。在滿足現(xiàn)場(chǎng)工藝要求的前提下,永磁調(diào)速裝置還具有不需要對(duì)現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)和供電電源進(jìn)行任何改動(dòng),較少的安裝投入等優(yōu)點(diǎn)。


其改變了傳統(tǒng)的調(diào)速理念,以氣隙傳遞能量,完成能量的空中傳遞,實(shí)現(xiàn)電機(jī)與負(fù)載之間無機(jī)械連接傳動(dòng),使傳動(dòng)更安全可靠、更簡(jiǎn)單方便、更高效節(jié)能。通過調(diào)整氣隙大小,實(shí)現(xiàn)流量或壓力的連續(xù)控制和調(diào)節(jié),在電機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下,調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)或水泵的轉(zhuǎn)速的高低實(shí)現(xiàn)工藝條件的滿足同時(shí)達(dá)到節(jié)能目的。被譽(yù)為工業(yè)傳動(dòng)史上的一次革命。



  二、項(xiàng)目選擇及實(shí)施過程


  2014年燒結(jié)廠派遣設(shè)備部長(zhǎng)及技術(shù)骨干,到我公司就永磁調(diào)速裝置的安全穩(wěn)定傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)行深入地調(diào)研,最終達(dá)成一致,在3#冷風(fēng)機(jī)安裝永磁渦流柔性調(diào)速裝置進(jìn)行試驗(yàn)。


  查燒結(jié)廠電量平衡系統(tǒng),2014年1-6月3#冷風(fēng)機(jī)耗電量及作業(yè)率統(tǒng)計(jì)如下:


 項(xiàng)目

1月

2月

3月

4月

5月

6月

耗電量(Kwh)

1210374.5

846745.3

842882.7

1295614.3

1091785.2

1188298.6

作業(yè)率(%)

0.94

0.75

0.66

0.98

0.81

0.88



  針對(duì)3#冷風(fēng)機(jī)麥格鈉公司選擇WH4000型永磁渦流柔性調(diào)速裝置于2014年12月8日安裝調(diào)試,10日進(jìn)行聯(lián)動(dòng)試車,風(fēng)機(jī)投入運(yùn)行穩(wěn)定,并達(dá)到燒結(jié)爐生產(chǎn)工藝要求。


  三、3#燒結(jié)冷風(fēng)同步機(jī)節(jié)能效果及運(yùn)行情況


  同步電機(jī)原轉(zhuǎn)速為1000rpm,單位電機(jī)能耗為約1900KWh左右。永磁調(diào)速設(shè)備投入后,根據(jù)工藝控制要求,最低轉(zhuǎn)速降至670轉(zhuǎn)、對(duì)應(yīng)時(shí)點(diǎn)電機(jī)能耗功率為1100KWh,10、11日平均運(yùn)行單位能耗為1250KW左右,日平均節(jié)能率達(dá)到34%左右。




  上圖左側(cè)3#同步機(jī)為永磁調(diào)速,2#、1#為風(fēng)門控制,對(duì)比三相電流、電機(jī)功率和功率因素。



  1#和3#風(fēng)機(jī)對(duì)比連續(xù)運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)匯總:


  單機(jī)功率、三相電流、有功功率、無功功率、功率因素。


  1#和3#風(fēng)機(jī)運(yùn)行的設(shè)備參數(shù)對(duì)比


  電機(jī)、風(fēng)機(jī)前后各軸承溫度、各振動(dòng)指標(biāo)均較同類型數(shù)據(jù)偏低。




  麥格鈉永磁渦流柔性調(diào)速裝置(WH4000)本次應(yīng)用于首鋼集團(tuán)礦業(yè)公司燒結(jié)廠3號(hào)爐主抽冷風(fēng)同步機(jī)組工藝流程同步調(diào)速控制上,實(shí)屬全國范圍內(nèi)的第一次投入實(shí)地運(yùn)行,這在燒結(jié)主抽工藝上是一次創(chuàng)造性的使用。

 
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