宣钢3#高炉中修节电改造的实践

成巨海

摘 要：宣钢3#高炉2016年3月1日中修改造后投入生产，高炉各系统在中修后均满足高炉的冶炼需求，特别是水泵和电气系统节能改造后消耗明显的降低。本文主要论述了中修中对水泵和电气系统进行的系列改造措施及应用。

关键词：高压变频器；能泵；电耗

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.176

1 简介

宣钢3#高炉经过2次扩容由原炉容1260m3扩容成炉容2000m3高炉。2011年6月投产。改造后的高炉炉体采用推移技术更新，热风炉采用BSK顶燃式热风炉技术，喷煤新建，其他部分也相应的更新改造。而水泵和电气系统仍然沿用旧系统。工况差、故障高且耗能严重。2015年受市场影响3#高炉决定停产中修并改造，水泵和电气系统业相应的进行节能和提高效率改造。

2 中修前存在的主要问题

2.1 热风炉助燃风机消耗高

3#高炉热风炉为BSK系列顶然式热风炉，热风炉助燃风机采用风机房集中供风，两台风机型号为 10097706-40N020.5F，标电机功率为1000KW，使用过程中一用一备。热风炉助燃风流量调节采用风门控制，日常采用最高用风时采用双炉烧炉，风机风门开度最大保持在 75%左右，风压7 KPa，电流为 83A；转入单烧时，风机最大风门开度为20%，压力3.5KPa，电流63A。流量调节采用风门控制实际上是保持风机的转速不变，依靠风门开度来调节进风压力和流量，特别平时常用的单烧时，浪费了大量的电能，为此，需要进行技术改造满足节能降耗的需要。

2.2 冲渣系统用电能耗高，效率低

3#高炉冲渣系统采用底滤式，始建于1989年，基本为进行大的改造。在日常生产使用过程中存在诸多故障，主要表现在：（1）3#高炉冲渣泵房电机仍采用直接启动方式，启动电流大，易造成电机和电气系统损坏，严重影响冲渣正常生产。（2）冲渣系统中冲渣泵流量和压力值仅依靠机械压力表监测，无流量计，主控室和冲渣操作室无法监测和共享参数，无法及时调节渣量和水量的关系，造成水资源和电能资源浪费。（3）3#高炉冲渣原设计四台干式变压器，设备型号分别为SCB10-1250KVA和SCB10-1600KVA型各两台，额定输出电流分别为1804A和 2309A。系统内负载的电气设备包括：5台冲渣泵，实际工作电流850A；3台冷却泵，实际工作电流300A；3台采暖泵，实际工作电流300A；另带天车部分电源实际工作合算为电流100A左右。经过测量计算，生产时系统所需的高峰电流总量在1700A左右，均低于变压器的输出电流。造成冲渣的能源浪费。必须进行改造

2.3 喷煤电气控制系统故障高

主要表现在：各操作系统缺乏连锁装置发生多次误动作造成高炉断煤、损坏设备等故障的发生。给煤机皮带由于调节需要到现场，不能发挥快速调节的作用，且一旦发生故障将不能连续给煤，造成中速磨停车或者烧毁布袋。喷吹罐装煤程序不能满足装粉需要，经常造成钟阀卡顿现象的发生，造成设备损坏和喷煤晚点。高炉喷煤控制系统共用一个断路器，一旦发生故障所有喷煤阀均不能动作，严重影响高炉喷煤生产。

2.4 水泵工況差、故障率高、能耗高

3#高炉水泵由于没有更新，仍然采用原告路水泵和电机，处于不利工况、低效率运行的状态，急需降低“无效能耗”，提高输送效率，达到最佳的节能效果。

3 中修进行的完善改造

3.1 针对热风炉助燃风机能源消耗高的问题

采用如下方案：热风炉在烧炉时采用双烧和单烧其助燃风机压力明显差异，调节风门的措施可利用高压变频调节转速来实现达到节减电能的目的。

3.1.1 技术问题

变频器的转速控制通过4～20mA电流信号实现，电流信号与变频转速设定之间采用线性关系。设定4mA对应变频转速为0Hz，设定20mA对应变频转速为50Hz，DCS控制柜AO模件实现4～20mA电流信号模拟量输出，预先设定的双烧、单烧不同频率参数，通过调节频率参数调节压力的大小。同时可实现程序自动控制和自动调节变频参数。在换炉过程中，设计“助燃风机压力设定变换程序”、“单烧热风炉调节阀开度保护程序”、“流量设定渐变程序”以及“调节阀渐开、渐关程序”等来控制和调节品分切换对煤气管道压力和助燃空气压力影响较大的短时间内影响流量过程变化值和调节阀的频繁动作。为达平稳调节和换炉。

3.1.2 采取的技术措施、手段

（1）改造变频器和控制参数，编程并确认变频控制的具体参数以及实验得来的双烧、单烧的压力与变频的最佳配比值并优化软件程序。

（2）利用3#高炉中修的机会系统的对控制程序及硬件进行优化。

A、程序优化：通过调节高压变频器的频率控制作为供风的主要调节对象，将单烧、双烧时的压力、频率值的线性关系固化到面板上，可通过电脑修改设定值及单烧、双烧切换以及频率调节的时机；频率输出为双通道，画面设置手动和自动通道间切换按钮。B、硬件优化：为保证调节控制的稳定性，设置为双通道变频输出，一用一备。在DCS柜至变频控制柜之间放电缆、接线；变频柜内增加中间继电器，画面上切换按钮作为中间继电器动作条件实现双路输出。这样，加上原有的本柜调节、机旁调节，对变频器的调节扩增到四路，大大提高了变频控制的安全性。

3.2 针对冲渣系统能耗高的问题

改造是利用高炉冲渣间隙和计划检修进行的。

（1）根据宣钢的实际情况，通过利旧的方式在全厂范围内收集软启动器，通过比对原5#高炉水泵的软启动器完全满足冲渣泵的需要，利用该套设备进行冲渣泵软启动改造，解决了启动电流过大和对线路造成冲击的故障。

（2）在冲渣泵输出管路上增加测压、测温、电磁流量计并铺设电缆引入主控室和冲渣操作室，实现数据共享，便于及时了解渣量和水量的情况，及时沟通增减水量，保证设备稳定运行。

（3）变压器改造方案：3#高炉冲渣系统中经过测量计算，生产时系统所需的高峰电流总量在1700A左右，均低于变压器的输出电流。因SCB10-1250KVA型变压器的额定输出电流1804A接近于系统高峰负载电流总量1700A，为防止事故发生，我们决定选择两台SCB10-1600KVA型变压器作为运行变压器。将两台1250KVA变压器停运，拆除变压器低压端线路，移接到1600KVA变压器低压出线端。这样，两台1600KVA变压器线路即为相互冗余，如一台变压器出现问题，可以及时联络另一台

3.3 针对喷煤电气故障较高的现状

（1）针对可能发生的误动作，在泄压阀与喷吹阀之间、主抽风机与中速磨之间、中速磨与润滑油站之间加装连锁装置，使泄压与喷吹之间不能同时打开，主抽风机、中速磨、润滑站之间一个发生故障将同时停机，保护了设备的安全运行和避免潮煤粉和大颗粒进入煤粉仓发生故障。

（2）针对给煤机快速调节和计量，把原面板调节，改造为电脑、变频器、面板三地调节，有效解决了给煤机快速、稳定、精确的调节要求。

（3）针对装煤程序改造把上装煤延续30s，解决了钟阀卡顿现象的发生。使装煤更加顺畅，虽然增加程序30s，但实际整体时间却减少52s。

（4）针对断路器故障，增加断路器数量，把关键的阀单独列支进行分装、保证互不影响 有效解决了相互影响的故障。

3.4 针对水泵系统能耗高效率低的问题

采用新技术引进BK型系列泵类产品，通过建立专业水力数学模型和标准参数采集系统，判断3#高炉设备高能耗的原因，找到最佳工况点，提出最佳解决方案；然后通过改造高耗能因素，模拟最佳工况条件而定做“BK系列高效节能泵” 替换目前处于差工况、低效率运行的水泵，消除因各种原因引起的高能耗；并在一些工况变化较频繁的系统上，安装相应自动控制系统，降低能耗，达到最佳节能效果。主要进行了以下改造（1）循环水泵的所有的螺栓均为不锈钢，包括泵体泵盖间的连接螺栓、配对法兰连接螺栓等等，所有的螺栓全采用不锈钢材料，充分考虑了户外安装的应用场合，防酸雨、酸气的腐蚀，螺栓不再生锈。带给用户永久性的维护便利。不会出现螺栓生锈难以拆卸的问题。（2） CFD技术：我们建立泵叶轮的数学模型和边界条件，连立一个多元的方程式组，然后通过利用计算机高速运算性能，多次的进行规划逼近求解，从而获得接近于最完美的水力模型。完美的水力模型奠定了高效率的基礎。（3）膜片式联轴器：采用膜片式联轴器，补偿两轴线不对中能力强，传动效率高，无噪音、无磨损，使用寿命长，有明显的减振作用，而其他公司多采用柱销联轴器。

4 结束语

3#高炉中修投产后电气控制系统和水泵系统更能满足高炉不断强化的冶炼需求，同时对节能降耗、设备稳定运行和降低职工劳动强度、节约备件消耗都起到了很好的作用，改造取得了很好的效果。

（1）热风炉助燃风机变频改造后电流明显降低，如表1所示投产运行后，以单炉烧炉为例进行的效果比较。

（2）3#高炉冲渣系统改造效果如下。3#高炉冲渣降低设备故障率、稳定运行的的要求，主要表象在：

1）冲渣泵软启动改造降低冲渣泵系统启动电流，软启动器改造可有效降低启动电流，启动一次电流可降低为原来的五分之一，节电效果明显，同时由于启动电流降低杜绝烧毁电机和冲击供电系统故障。2）安装压力和流量计并数据共享满足不同的渣量和流量调节的需要，可有效降低无限制起泵和跑水、开炮等故障，节能效果明显。3）变压器改造直接节省了2台1250KVA的空载电量。所产生的经济效益是巨大的，节省的变压器总容量达到2500KVA，总额定电流为3608A。

（3）喷煤电气控制系统改造满足了控制计量系统快速、稳定、精确的要求，保证了设备稳定运行，增加连锁装置改造有效防止了喷吹各阀和中速磨、主抽风机的误动作，改造后未发生一次由于误动作造成的设备和生产故障。给煤机调节面板改造有效解决了给煤机快速、稳定、精确的调节要求，改造后未发生给煤机调节造成的断煤和烧损布袋故障的发生。装煤程序改造使整体时间却减少52s，装煤更加顺畅，钟阀和球阀使用寿命明显提高2倍以上。断路器改造有效解决了相互影响的故障，改造后未发生过因为电气故障影响高炉喷煤的故障。

（4）水泵改造每台水泵对应配电柜内加装计量电表及累时器，以便于记录单台水泵技改前、后耗电量及运行时间Ta、Tb。

通过记录达到以下数据（见表2）

水泵改造收到了良好的效果。