变频调速在焦炉煤气鼓风系统中的应用

1、变频调速在焦炉煤气鼓风系统中的应用引言西林钢铁公司焦化厂现有 66型焦炉两座，原有压力调节系统为人工手动调节，由于被控对象是一 个多扰动、变化大、耦合严重的非线性系统，由于焦炉末期生产，炉况频繁失常，已严重影响焦炉的正常 生产。影响焦炉正常生产的因素很多，其中，煤气压力是焦炉生产的一个重要工艺参数，它直接反映焦炉 生产状况。为此，要想实现焦炉集气管压力的自动调节，单靠简单的仪表单回路进行调节，是根本无法实 现的，必须采用先进可靠的控制方法。交流变频调速技术是当今节电节能、改善工艺结构，以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。煤气鼓风机是焦化厂的核心设备，其作用是将焦炉炭化室在炼焦

2、过程中产生的荒煤气不断 抽出，它由两台95kW的交流异步电动机驱动，经常出现“大马拉小车”的现象。西钢焦化厂采用变频调速 系统直接控制煤气鼓风机电机的转速，应用PLC与压力变送器构成初冷器前吸力的闭环自动控制系统，合理地实现了电机根据负荷的变化变速运行，自动调节煤气压力，在焦化厂应用变频调速系统是调节焦炉煤 气压力和节能的最佳有效方法。既满足了生产需要，又达到了节能降耗、延长设备的使用寿命和提高控制 水平的目的。2 系统设计方案及原理西钢焦化厂鼓风机变频调速系统采用高可靠性的两级计算机集散控制系统，由变频器、PLC控制器、监控站、及仪表系统构成。对原有煤气鼓风机加装变频调速装置和PLC控制系统

3、，并且将初冷器前吸力信号送至PLC,作为初泠器前煤气压力闭环控制的反馈值（给定值根据实际工况设定）。通过PLC对初冷器前煤气压力信号变换和处理，为变频器提供频率给定，实现频率的自动调整，也就是说对鼓风机电机的转速 进行控制，以达到根据负荷变化而调整输出功率、稳定初冷器前煤气压力和节能降耗的目的。系统硬件组成系统组成如图1所示，主要部分及其功能分述如下。（工用户;煤气鼓风机变频调速系统构成图（1）变频调速系统变频调速系统采用日本三垦公司的IPF 110K的110kW勺变频调速器，完成工频 50Hz交流电到频率可变的3台风机，两运一备。采用1交流电的转换，并具有自动和手动、就地和远程调速控制功能。

4、风机室共有台变频调速器控制运行风机的 1 台，任意切换 ( 一拖二 ) 。经工艺计算，通过调节1 台鼓风机的转速，就能够满足总管煤气压力调节的工艺要求。变频调速器调整速原理: 异步电机转速n=60f (1-s)/p( 式中 :f 为电源频率， p 为极对数， s 为电机转差率) 从上式可以看出，改变供电频率， 即可改变转速。变频调速技术的迅速发展，使其在变频范围，动态响应，工作效率，调整精度，可靠性等方面都达到了较为完美的程度。省去回流调节阀，煤气压力的变化由变频调速实现可以精确地定量调整煤气吸力，避免了使用回流调节带来的巨大振荡。PLC 控制系统控制系统中的PLC为SIMATIC S7-30

5、0系列可编程控制器。PLC系统与变频器之间采用FROFIBU定线通信，S7-300为主站，变频器为从站。S7-300PLC完成整个系统的信号采集和控制功能及变频器故障时变频到工 频的自动切换。监控站监控站选用研华工业控制计算机IPC610和高性能工业监控软件WinCC(视窗控制中心)，完成整个系统的工艺流程、设备运行状态的显示和监控、实时曲线的显示、历史数据的保存、权限管理、操作查询、报警、打印等功能。仪表系统仪表系统由变送器、配电器、隔离器、调节器和执行器等构成，主要完成压力信号的获取和阀门的控制执行，调节器作为计算机系统的备用控制手段，当计算机出现故障时，可以变成手动方式控制煤气压力。软件

6、基础及实现本系统软件平台采用 Windows NT4.0 ，上位机采用 WinCC V5.1 软件组态，下位机编程应用软件采用 SIMATIC STEP7 V5.1 ，完成 S7-300 PLC 硬件组态及软件编程。通过 PLC 的 PID 功能块完成初冷器前吸力的闭环控制， 同时建立数据变量表， 用于 PID 的参数整定和修改。编程语言采用梯形图的方式实现各种逻辑顺序控制和初冷器前煤气压力闭环控制等，软件流程所示。在软件设计中利用PLC定时中断功能完成数据采样，数字滤波， PID运算及控制输出。整个系统控制的关键是保持焦炉压力设定值在工艺要求的指标上， 而初冷器前压力设定值的选定要服从保持焦

7、炉压力值稳定的需要。正常情况下，焦炉闭环子系统能够很好的实现自动跟踪调节压力，初冷器前设定值一经选定，一般不需改变。但是，当某焦炉压力不足，在系统控制下对应蝶阀的调节机构关闭到极限时，计算机控制将自动修改初冷器前吸力的参数设定值，即改变变频器的输出频率，使鼓风机的转速也相应改变，从而改变对两个焦炉集气管输出煤气的抽力，促使两个焦炉子系统逐渐脱离极限位置。系统特点本系统具有两个显著特点 : 一是具有变频转工频运行的自动切换功能，二是变频器一带二系统的设计。变频转工频由于煤气鼓风机是焦化厂的核心设备，属于长时间运行设备，因此，如果变频系统出现故障，必须在变频电源短时断电后将电动机很快自动投入工频电

8、源运行，即变频转工频。但同时须考虑系统转换的安全性和经济的实现方法，本系统采用延时的实现方法。变频转工频系统主电路示意图如图 2 所示。产鼓风机2。鼓风机图2变频转工频系统主电路示意图K1K5为开关柜，其中 K4与K5是原工频系统。当 K1、K2(K3)或变频装置出现故障时，系统中的 PLC自动将变频器停止运行，并断开开关K2(K3),延时后，K4(K5)自动合闸，1#(2#)鼓风机由工频电源供电，继续运行，变频转工频完成。变频器一带二系统的设计为节约投资，充分发挥变频器的节能效益，当一台风机故障或检修时，另一台风机仍能利用变频器 节能运行，即所谓一带二系统，如图 2所示。由图可见，变频器可供

9、电给 1#鼓风机或2#鼓风机中的任意一 台电机变频运行。为防止误操作， K2与K3、K2与K4, K3与K5均具有互锁功能。工业运行效果煤气鼓风机系统采用变频调速后，初冷器前吸力翻板全开，减少了风阻，因而节能显著。以改造前后参数的平均值计算节能效果。就变频调速前后的年耗电量分别为Qq和Qn：Q=156 x 24 x 365=1,471,560()X 24 x 365=1, 173, 340 (kWh)节约电量为Q为Q=Qg-Q =l,471j 680-L 173, 840=297, 840 (kWh)按工业用电0.325元/kWh计算，则年节约电费为：0.325 X297,840=96,798(元)。经计算可知，在应用变 频调速系统后，仅节能一项只需 2年多就可回收整个系统的全部投资。止匕外，与原工频系统相比，变频器具有软启动功能，减少了对电机和电网的冲击；变频器自身所具有的过电压、欠电流、过流、过载和过热等保护功能，可有效避免由此而引发的各种故障，产能及时提供 故障信息，方便查找；由于变频器可降低电机的转速，因而减少了设备的磨损，延长了鼓风机的检修周期 和使用寿命。结束语本煤气鼓风机变频调速系统自2001年12月投入运行以来，