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希望森蘭高壓變頻器在青島鋼鐵集團(tuán)燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電系統(tǒng)中

1、引言

鋼鐵工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),能源消耗量約占全國(guó)工業(yè)總能耗的16%,廢水和固體廢棄物排放量分別占工業(yè)排放總量的15%18%,是節(jié)能減排的重點(diǎn)行業(yè)。在鋼鐵企業(yè)中,燒結(jié)工序能耗僅次于煉鐵工序,占總能耗的10%~12%,節(jié)能潛力很大。在燒結(jié)工序總能耗中,有近50%的熱能以燒結(jié)機(jī)煙氣和冷卻機(jī)廢氣的形式排入大氣。由于燒結(jié)冷卻機(jī)廢氣為中低溫廢氣,溫度在150℃~450℃之間,且波動(dòng)范圍較大,加上此前余熱回收技術(shù)的局限,燒結(jié)余熱利用往往是投資高,效率低,投資回收周期長(zhǎng),長(zhǎng)期以來(lái)得不到有效利用。隨著國(guó)內(nèi)燒結(jié)機(jī)面積不斷的擴(kuò)大,燒結(jié)礦生產(chǎn)效率越來(lái)越高,其在冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣所攜帶的熱量已經(jīng)引起了人們的高度關(guān)注。國(guó)內(nèi)自主設(shè)計(jì)、制造的燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電機(jī)組也發(fā)展起來(lái)。

2、燒結(jié)余熱循環(huán)利用介紹

燒結(jié)余熱回收主要有兩部分:一是燒結(jié)機(jī)尾部廢氣余熱,二是熱燒結(jié)礦在冷卻前空冷時(shí)產(chǎn)生的廢氣余熱。這兩部分廢氣所含熱量約占燒結(jié)總耗能的50%,充分利用這部分熱量是提高燒結(jié)能源利用效率,顯著降低燒結(jié)工序能耗的途徑之一。

目前,國(guó)內(nèi)燒結(jié)廢氣余熱回收利用主要有三種方式:一是直接將廢煙氣經(jīng)過(guò)凈化后作為點(diǎn)火爐的助燃空氣或用于預(yù)熱混合料,以降低燃料消耗,這種方式較為簡(jiǎn)單,但余熱利用量有限,一般不超過(guò)煙氣量的10%;二是將廢煙氣通過(guò)熱管裝置或余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽,并入全廠蒸汽管網(wǎng),替代部分燃煤鍋爐;三是將余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽用于驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)組發(fā)電。

3、青島鋼鐵集團(tuán)2*240㎡燒結(jié)余熱發(fā)電工藝介紹

此次改造燒結(jié)余熱發(fā)電工程設(shè)計(jì)發(fā)電能力14000kW。由一臺(tái)30噸蒸汽量的雙壓余熱鍋爐和一臺(tái)15兆瓦補(bǔ)汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組成。具體工藝流程見(jiàn)圖1。



1青島鋼鐵集團(tuán)煉鐵廠燒結(jié)余熱發(fā)電工藝流程圖



2青島鋼鐵集團(tuán)煉鐵廠燒結(jié)余熱余熱回收現(xiàn)場(chǎng)圖

通過(guò)引風(fēng)機(jī)將帶冷機(jī)1號(hào)、2號(hào)煙囪的煙氣引出,混合后進(jìn)入高效余熱鍋爐,加熱鍋爐內(nèi)的水產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽和低壓飽和蒸汽,供給汽輪機(jī)發(fā)電。但是在這個(gè)過(guò)程中引風(fēng)機(jī)排出煙氣溫度仍在150℃以上,這部分煙氣熱量也是可以再次循環(huán)利用的。此次燒結(jié)余熱發(fā)電配備循環(huán)風(fēng)機(jī)一臺(tái),配套西安西瑪YPTKK630-6(10kV /1800kW)變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)一臺(tái),啟動(dòng)方式采用變頻啟動(dòng)。引風(fēng)機(jī)排出的煙氣經(jīng)過(guò)三通擋板閥一部分排向大氣,一部分經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)增壓后返回環(huán)冷機(jī)風(fēng)池。既作為冷卻介質(zhì)冷卻燒結(jié)礦,同時(shí)提高環(huán)冷機(jī)排煙溫度。

燒結(jié)余熱發(fā)電是一項(xiàng)將燒結(jié)廢氣余熱資源轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏Φ墓?jié)能技術(shù)。該技術(shù)不產(chǎn)生額外的廢氣、廢渣、粉塵和其他有害氣體,能夠有效提高燒結(jié)工序的能源利用效率,平均每噸燒結(jié)礦產(chǎn)生的煙氣余熱回收可發(fā)電20kW·h,折合噸鋼綜合能耗可降低約8千克標(biāo)準(zhǔn)煤,從而促進(jìn)鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)。

4、風(fēng)機(jī)負(fù)載節(jié)能分析

一般異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為:n1=60f/p

而異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n與同步轉(zhuǎn)速n1存在一個(gè)滑差關(guān)系: n= n1(1-s)=60f/p(1-s)

由上式可以得到,改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)改變f、p、s可以達(dá)到。

針對(duì)某一電動(dòng)機(jī)而言p是一定的,而通過(guò)改變s進(jìn)行調(diào)速空間非常小,所以變頻調(diào)速通過(guò)改變定子供電頻率f來(lái)改變同步轉(zhuǎn)速是異步電動(dòng)機(jī)的最為合理的調(diào)速方法。

若均勻地改變供電頻率f,即可平滑地改變電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬、平滑性較高、機(jī)械特性較硬的優(yōu)點(diǎn),目前變頻調(diào)速已成為異步電動(dòng)機(jī)最主要的調(diào)速方式,在很多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)流體力學(xué)相似定律: Q1/Q2=n1/n2 輸出風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速n成正比;

H1/H2=(n1/n2)2輸出壓力H與轉(zhuǎn)速n2正比;

P1/P2=(n1/n2)3輸出軸功率P與轉(zhuǎn)速n3正比。

當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量(水泵流量)需要改變時(shí),如調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)(閥門(mén))的開(kāi)度,則會(huì)使大量電能白白消耗在閥門(mén)及管路系統(tǒng)阻力上。如采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量(流量),可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。變頻調(diào)速時(shí),當(dāng)風(fēng)機(jī)(水泵)低于額定轉(zhuǎn)速時(shí),理論節(jié)電為:

E=〔1-( n′/n) 3〕×P×T (kW·h)

式中: n——額定轉(zhuǎn)速

n′—— 實(shí)際轉(zhuǎn)速

P——額定轉(zhuǎn)速時(shí)電機(jī)功率

T——工作時(shí)間

可見(jiàn),通過(guò)變頻對(duì)風(fēng)機(jī)(水泵)進(jìn)行控制,不但節(jié)能而且大大提高了設(shè)備運(yùn)行性能。以上公式為變頻節(jié)能提供了充分的理論依據(jù)。

5、高壓變頻器選型及變頻調(diào)速方案

5.1變頻器選型

經(jīng)過(guò)大量的技術(shù)論證,并且對(duì)目前高壓變頻器市場(chǎng)充分考查后,選用了希望森蘭科技股份有限公司生產(chǎn)的SBH-100-1800高壓變頻器對(duì)循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻控制,不但節(jié)約能源而且大大提高了設(shè)備運(yùn)行性能。

  表1   循環(huán)風(fēng)機(jī)電機(jī)參數(shù):

型號(hào)
YPTKK630-6
額定電壓
10000V
額定電流
126.5A
額定功率
1800kW
額定頻率
50Hz
額定轉(zhuǎn)速
990r/min
功率因數(shù)
0.86




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