一、引言
1.概述
昆鋼25MW煤氣發電機組是餘熱餘能利用項目，利用高爐、焦爐富裕煤氣燃燒發電。由於高爐煤氣和焦爐煤氣供氣比例變化，相應的輔機的流量也要跟隨進行調節。自投產以來該機組引、送(song)風(feng)機(ji)的(de)風(feng)量(liang)調(tiao)節(jie)方(fang)式(shi)是(shi)采(cai)用(yong)風(feng)機(ji)進(jin)風(feng)擋(dang)板(ban)節(jie)流(liu)調(tiao)節(jie)，由(you)於(yu)這(zhe)種(zhong)原(yuan)始(shi)的(de)調(tiao)節(jie)方(fang)法(fa)僅(jin)僅(jin)是(shi)改(gai)變(bian)通(tong)道(dao)的(de)流(liu)通(tong)阻(zu)力(li)，而(er)驅(qu)動(dong)源(yuan)的(de)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)並(bing)沒(mei)有(you)改(gai)變(bian)，浪(lang)費(fei)了(le)大(da)量(liang)電(dian)能(neng)，致(zhi)使(shi)廠(chang)用(yong)電(dian)率(lv)高(gao)，供(gong)電(dian)標(biao)煤(mei)耗(hao)高(gao)，發(fa)電(dian)成(cheng)本(ben)不(bu)易(yi)降(jiang)低(di)，選(xuan)擇(ze)合(he)適(shi)的(de)節(jie)能(neng)設(she)備(bei)對(dui)引(yin)送(song)風(feng)機(ji)進(jin)行(xing)節(jie)能(neng)改(gai)造(zao)成(cheng)為(wei)昆(kun)鋼(gang)的(de)共(gong)識(shi)。
變bian頻pin調tiao速su技ji術shu是shi當dang代dai最zui先xian進jin的de調tiao速su技ji術shu，它ta不bu僅jin能neng夠gou為wei我wo們men提ti供gong舒shu適shi的de工gong藝yi條tiao件jian，滿man足zu用yong戶hu的de使shi用yong要yao求qiu，更geng重zhong要yao的de是shi這zhe項xiang技ji術shu應ying用yong在zai風feng機ji、泵類等具有平方轉矩特性的負載時，可以節約大量的電能。
2.風機使用工況
25MW煤氣發電機組設計使用710kw引風機兩台，450kw送風機一台，電壓等級為6kv。送風機設計流量182160m3/h、引風機設計流量332906m3/h。
引、送風機負荷情況：
(1)當焦氣用量>30%，高氣用量<70%時，送風擋板開完並通過送風再循環風管(φ600)回30%，引風擋板開度為70%，此時發電機負荷為：2.7萬kW;
(2)當焦氣用量<30%，高氣用量>70%時，送風擋板開完並通過送風再循環風管(φ600)回5%-10%，引風擋板開度為85%-98%(此種情況在日常運行中占多數時間)，此時發電機負荷為：2.7萬kW。改造前引、送風機的擋板開度由操作人員根據焦氣與煤氣的混合比手動調節。
送風機當前啟動方式為全壓直接啟動;引風機當前啟動方式為水電阻降壓啟動。
二、項目實施情況
1.節電潛力測評
根據25MW煤氣發電機組的生產過程、生產環境等諸多因素，為保證每台設備的改造達到預期的效果，對風機在不同工況下的運行情況進行了測試，了解設備的節能潛力。
(1)運行情況簡述
鍋爐送、引風機作為鍋爐高效、安全運行的重要環節。設計時，一般鍋爐送、引風機的富裕量較大。當鍋爐負載輕時，必須對鼓、引風機實行流量調節。熱電廠對鼓、引風機的流量調節通過調節閥來實現。
本次對鼓、引風機在兩種工況下的運行情況進行了測試。
引/送風機電機銘牌參數
(2)節電分析
A、送風機
原係統工況：
閥門開度94%時電機的輸入功率為：450 x 68.9% = 310kw;
閥門開度46%時電機的輸入功率為：450 x 41.66% = 187.5kw;
電機的平均輸入功率為：249kw。
采用變頻器後的工況：
風機的額定有效功率：182160 x 6160/(3600 x 102 x 9.8) = 312kw;
采用變頻器後按平均輸出頻率70%(35Hz)，此時風機的有效功率為：312 x 0.7³ = 107kw;
風機的輸入功率為(風機效率按70%估算)：107 / 0.7 = 153kw;
電機效率按80%估算;
變頻係統綜合效率為：95%;
得到係統的輸入功率為：153 /(0.8 x 0.95)= 201kw
采用變頻器後的節電率計算：(1–201/249)x100%=20%
年節電計算：
按全年運行7000小時計，每年就節電一項可節省電費(按每度電0.45元)： 7000 x 0.45 x 249 x 20% = 156,870.00元。
B、引風機
原係統工況：
閥門開度89%時電機的輸入功率為：608.87kw;
閥門開度59%時電機的輸入功率為：324.88kw;
電機的平均輸入功率為：467kw。
采用變頻器後的工況：
風機的額定有效功率：332906 x 4830/(3600 x 102 x 9.8) = 447kw;
采用變頻器後按平均輸出頻率75%(38Hz)，此時風機的有效功率為： 447 x 75%= 188.6kw。
風機的輸入功率為(風機效率按70%估算)：188.6 / 0.7 = 269kw;
電機效率按80%估算;
變頻係統綜合效率為：95%;
得到係統的輸入功率為：269 /(0.8 x 0.95)= 354kw。
采用變頻器後的節電率計算：
(1–354/467)x100%=24%
年節電計算：
按全年運行7000小時計，每年就節電一項可節省電費(按每度電0.45元)：7000 x 0.45 x 467 x 24% = 353,052.00元
通過對引、送風機的現場測試、工藝分析和對相關數據的計算和節能分析可以看出，對其進行變頻節能改造是可行的。
2.改造方案的確定
通過對引、送(song)風(feng)機(ji)的(de)節(jie)能(neng)潛(qian)力(li)測(ce)評(ping)，進(jin)一(yi)步(bu)了(le)解(jie)到(dao)引(yin)送(song)風(feng)機(ji)具(ju)有(you)的(de)節(jie)電(dian)潛(qian)能(neng)，最(zui)終(zhong)通(tong)過(guo)招(zhao)標(biao)采(cai)購(gou)選(xuan)擇(ze)北(bei)京(jing)利(li)德(de)華(hua)福(fu)電(dian)氣(qi)技(ji)術(shu)有(you)限(xian)公(gong)司(si)為(wei)設(she)備(bei)供(gong)貨(huo)商(shang)，選(xuan)用(yong)一(yi)台(tai)HARSVERT-A06/085型高壓變頻器對引風機進行變頻改造，選用一台HARSVERT-A06/055型高壓變頻器對送風機進行變頻改造。
送風機變頻控製為一拖一手動工/變頻切換方案，配備一台變頻器。變頻調速係統接於6.3 kVdianyadengjidechangyongdiandianyuanxitong，yongyudiandongjidebianpintiaosu。bianpintiaosuxitongkezaixianchangjinxingkongzhi，yeketongguoshangjijisuanjixitongyuanchengkongzhi，genjuyunxinggongkuanganbianpinqizishenshedingchengxu，shixianduiyin、送風機電動機轉速控製。引、送風機高壓變頻一次係統的原理如下圖所示。
其中QF表示高壓開關、TF表示高壓變頻器、M1和M2表示引風機電動機、M3表示送風機電動機; QF1、QF2、M1、M2、M3為現場原有設備。QS2和QS3之間、QS5和QS6之間、QS8和QS9之間均存在機械閉鎖關係，防止變頻器輸出側與6kV電源側短路。
引風係統正常運行時，斷開QS3、閉合QF1、QS1、QS2開關，1#引風機處於變頻運行狀態;2#引風機處於工頻備用狀態。當1#引風機變頻運行故障跳閘時，2#引風機投入變頻運行，1#引風機處於工頻備用狀態。
3.DCS係統與變頻器的接口設計
25MW發電機組采用Delta-V DCS控製係統，為確保改造後係統運行的穩定可靠以及改造工作的一次成功，我們組織相關技術人員對DCS係統與變頻器的接口設計作了多次討論，形成一致意見認為：
(1)原DCS係統空置的I/O點不足以滿足本次改造的需要，增加I/O模塊存在著需增加係統授權等繁瑣手續，且在較短的停產時間內完成DCS係統程序的改動存在較大的風險，不宜在DCS係統上完成大量的變頻器接口控製功能。同時，為考慮減輕操作人員的工作量，變頻器的調速操作功能在原DCS係統實現，增加兩個變頻器調速操作的彈出式窗口;
(2)基於原DCS係統空置的I/O點不足的原因，考慮新上一套PLC係統來完成與變頻器的控製接口，主要承擔變頻器的啟/停操作、實時數據監測、報警監控、變頻器旁路開關與高壓斷路器的聯鎖控製以及工/變頻切換時水阻降壓啟動裝置的切換控製等工作;
(3)由於變頻器本身是一個諧波幹擾源，為避免變頻器產生的諧波幹擾危機到整個機組的安全運行，新增PLC係統的設計在遠端(與變頻器接口部分)可采用硬接線方式連接，而在近端(與DCS接口部分)采用網絡通訊方式，杜絕變頻器諧波串入DCS係統。
根據上述思路，本次改造采用一套獨立的PLC變頻控製係統來實現改造所需完成的各項功能。主要設備包括：上位監控計算機係統、PLC主控站、PLC遠程站和數據通訊網絡。PLC係統采用SIEMENS公司S7-300+ET200係統設備，係統主要結構框圖如下圖所示。
高gao壓ya變bian頻pin器qi本ben身shen是shi一yi項xiang成cheng熟shu產chan品pin，現xian場chang不bu需xu做zuo大da量liang的de調tiao試shi調tiao整zheng，因yin此ci整zheng個ge改gai造zao工gong作zuo的de難nan點dian就jiu集ji中zhong在zai變bian頻pin器qi與yu原yuan有you控kong製zhi係xi統tong的de接jie口kou上shang。在zai我wo廠chang25MW機組高壓變頻節電改造中，由於我們提前考慮到這一細節，在設計上新增了一套變頻監控PLC係統以實現變頻器與DCS係統的柔性連接，使得大量的接口調試工作可以在靜態情況下(變頻器未送電前)完成，變頻器在較短的時間就能夠投入使用，改造一次成功。
三、項目實施最終實測效果
引送風機變頻節電改造後經過一個月時間的運行，經過雲南省能源利用監測中心測試，係統達到了預期的效果：實(shi)施(shi)變(bian)頻(pin)改(gai)造(zao)後(hou)，廠(chang)用(yong)電(dian)有(you)明(ming)顯(xian)下(xia)降(jiang)，設(she)備(bei)均(jun)實(shi)現(xian)了(le)軟(ruan)起(qi)動(dong)，改(gai)善(shan)了(le)設(she)備(bei)的(de)運(yun)行(xing)工(gong)況(kuang)，極(ji)大(da)地(di)減(jian)輕(qing)了(le)設(she)備(bei)起(qi)動(dong)時(shi)對(dui)供(gong)配(pei)電(dian)係(xi)統(tong)的(de)衝(chong)擊(ji)。改(gai)造(zao)前(qian)後(hou)的(de)實(shi)際(ji)測(ce)量(liang)數(shu)據(ju)對(dui)比(bi)結(jie)果(guo)如(ru)下(xia)：
實施變頻節電改造後，使電機總輸入功率由原來的974.37kW降至680.88kW，節電功率為293.49kW，節電率達30.12%，年可節電234.79萬kWh(運行時間按8000小時/年計)，節約電費105萬元(電費按0.45元/kWh計)，運行兩年多來實際每天節電約7044kWh,節電效果十分明顯。
四、總結
本項目高壓變頻改造工程於2007年1月8日開始，經過精心組織，利用2007年1月12日至16日六高爐檢修和25MW發電機組停機檢修的間隙實施完成了兩台高壓變頻器的安裝調試工作。
此(ci)次(ci)改(gai)造(zao)的(de)成(cheng)功(gong)，使(shi)我(wo)們(men)對(dui)高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)技(ji)術(shu)在(zai)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)的(de)種(zhong)種(zhong)擔(dan)憂(you)得(de)到(dao)了(le)圓(yuan)滿(man)的(de)解(jie)決(jue)，同(tong)時(shi)也(ye)為(wei)我(wo)廠(chang)實(shi)施(shi)高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)節(jie)能(neng)改(gai)造(zao)項(xiang)目(mu)積(ji)累(lei)了(le)豐(feng)富(fu)的(de)實(shi)踐(jian)經(jing)驗(yan)。