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廠房降溫設(shè)備阿鋼煉鋼廠電爐除塵風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速裝置應(yīng)用磁力機(jī)械油

摘要:本文結(jié)合電爐除塵工藝,介紹了阿鋼電爐除塵風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速工程控制方案,總結(jié)出在冶金行業(yè)除塵風(fēng)機(jī)上應(yīng)用高壓變頻調(diào)速工程,節(jié)電效果是非常顯著的。

關(guān)鍵詞:電爐 生產(chǎn)工藝 高壓變頻器 節(jié)電

一、阿鋼公司介紹
阿鋼是西林鋼鐵集團(tuán)有限公司控股的子公司,位于距省城哈爾濱東南22公里的阿城市。企業(yè)按照總體規(guī)劃,以輕軌和礦用鋼等系列產(chǎn)品為主導(dǎo),開發(fā)研制出XY30高性能超低溫新鋼種,成為鐵道部重點(diǎn)推廣產(chǎn)品已投入青藏線使用。
目前阿鋼煉鋼廠擁有國內(nèi)先進(jìn)的60 噸超高功率直流電弧爐2座,75噸LF鋼包精煉爐2座,年可生產(chǎn)80萬噸鋼。

二、改造原因
煉鋼廠電爐除塵工程自2004年10月投入運(yùn)行以來,用電消耗很大,僅2005年全年用電2172萬度,全年電費(fèi)1136萬元,噸鋼除塵電耗57 度,噸鋼除塵費(fèi)用30元。針對(duì)電爐除塵風(fēng)機(jī)耗電大的現(xiàn)狀,設(shè)備工程部電氣技術(shù)人員研究多種節(jié)電途徑,具體嘗試了以下幾種辦法:
1.隨電爐負(fù)荷變化來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)門,控制風(fēng)機(jī)電流節(jié)電。但是現(xiàn)有除塵工程風(fēng)門在半開狀態(tài)時(shí),管阻很大,風(fēng)機(jī)及其管路喘振現(xiàn)象嚴(yán)重,以此辦法調(diào)節(jié),對(duì)風(fēng)機(jī)傳動(dòng)部位磨損大,會(huì)損壞風(fēng)機(jī)軸承的部件,不利于除塵工程安全運(yùn)行。所以風(fēng)門在半開狀態(tài)時(shí)工程無法長期運(yùn)行。
2.現(xiàn)階段風(fēng)機(jī)風(fēng)門只能在全關(guān)或全開兩種狀態(tài)運(yùn)行。在電爐停爐一小時(shí)以上時(shí),將風(fēng)機(jī)風(fēng)門全關(guān)閉,此時(shí)電機(jī)電流降為額定電流的50%,有明顯節(jié)電效果,但是風(fēng)門從全開到全關(guān)閉方式切換的瞬間,風(fēng)機(jī)、管路及廠房振動(dòng)相當(dāng)大,擔(dān)心影響廠房框架結(jié)構(gòu)及其基礎(chǔ)牢固,不利于長期采用。
3.在電爐負(fù)荷不大時(shí),特別是夜間將兩臺(tái)二次除塵小風(fēng)機(jī)停電進(jìn)行節(jié)能,這樣每天節(jié)電6000度,但是環(huán)保方面能否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)是值得考慮的,不是解決問題的長久之計(jì)。
鑒于上述情況,設(shè)備工程部積極研究科學(xué)的節(jié)電辦法應(yīng)對(duì)電爐除塵風(fēng)機(jī)節(jié)電技術(shù),在此期間通過查找相關(guān)資料,認(rèn)為采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)根據(jù)電爐冶煉各工藝各階段煙塵量變化來調(diào)整電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速,從而達(dá)到節(jié)電目的是切實(shí)可行的。經(jīng)過論證,公司批準(zhǔn)在兩臺(tái)電爐一次除塵風(fēng)機(jī)的1000kW/6kV電機(jī)上安裝高壓變頻調(diào)速裝置。

三、 變頻調(diào)速的原理
根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式:n=60f(1-s)/p,可以看出,轉(zhuǎn)差率s變化不大,可視為恒定,電機(jī)極對(duì)數(shù)p一旦電機(jī)制造完成也是常數(shù),所以電機(jī)轉(zhuǎn)速n與電源頻率f是成正比的。只要改變頻率f,即可改變電機(jī)轉(zhuǎn)速,當(dāng)頻率f在0-50Hz之間變化時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍是非常寬的。根據(jù)流體力學(xué)流量與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系可知,電機(jī)功率P與轉(zhuǎn)速n的立方成正比,隨著轉(zhuǎn)速的降低,電機(jī)功率以轉(zhuǎn)速的三次方關(guān)系遞減。因此隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的降低,電機(jī)消耗的電能下降幅度很大?梢姡褂酶邏鹤冾l器對(duì)電爐一次除塵風(fēng)機(jī)調(diào)速的節(jié)電效果將非常顯著。

四、煉鋼廠電爐除塵工藝及設(shè)備參數(shù)介紹
1.煉鋼廠共有兩臺(tái)直流電弧爐,電爐冶煉時(shí)周期性供電吹氧,為滿足節(jié)能和環(huán)保要求,要求兩臺(tái)電爐的一次風(fēng)機(jī)在整個(gè)冶煉周期內(nèi)變速運(yùn)行,供電吹氧時(shí)高速運(yùn)行,不吹氧時(shí)低速運(yùn)行。正常情況下,電爐每90分鐘生產(chǎn)一爐鋼,每爐鋼生產(chǎn)周期可劃分下列步驟:①加廢鋼鐵水5分鐘,②供電及吹氧60分鐘,③等樣、出鋼、堵出鋼口25分鐘。其中①③時(shí)間段內(nèi)煙塵較少,一次風(fēng)機(jī)可以低速運(yùn)行,頻率控制在10——20Hz,在②時(shí)間段內(nèi)煙塵較大,風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行,頻率控制在40-45Hz。

圖2:電爐煉鋼生產(chǎn)工藝流程圖
2.除塵風(fēng)機(jī)及配套電機(jī)的參數(shù)表:

五、電爐除塵風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速工程控制方案
1.高壓變頻器直接與電機(jī)連接,變頻拖動(dòng)方式為一拖一,設(shè)有工頻旁路。由變頻運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換到工頻運(yùn)行方式時(shí),采用手動(dòng)切換,電動(dòng)機(jī)可不通過高壓變頻器而經(jīng)過旁路直接啟動(dòng)。
2.風(fēng)機(jī)調(diào)速與電爐取樣出鋼聯(lián)鎖,設(shè)置高低速兩檔運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)調(diào)速切換功能。操作臺(tái)設(shè)置“手動(dòng)/自動(dòng)”調(diào)速切換開關(guān)和“速度種類”轉(zhuǎn)換開關(guān),平時(shí)可根據(jù)生產(chǎn)情況,高壓變頻器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)高、低速運(yùn)行,如因生產(chǎn)需要可改為手動(dòng)來實(shí)現(xiàn)調(diào)速運(yùn)行的目的。
3.高壓變頻器具有遠(yuǎn)程和本機(jī)控制功能。本機(jī)控制時(shí)通過高壓變頻器控制柜上觸摸屏可就地人工啟動(dòng)、停止高壓變頻器,可以調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速、頻率。遠(yuǎn)程控制放在爐前控制室,設(shè)有操作臺(tái)和上位機(jī),由配電工操作控制。通過上位機(jī)配電工可以隨時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行情況,通過操作臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓變頻器進(jìn)行簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)方操作。配電工可以根據(jù)工況自由選定高壓變頻器“手動(dòng)/自動(dòng)”調(diào)速運(yùn)行。

六、項(xiàng)目實(shí)施過程
2006年4月27日通過公司組織的招標(biāo)方式最后選購了北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器,產(chǎn)品型號(hào):HARSVERT-A06/130,高壓變頻器于6月25日到貨開始安裝,8月9日正式調(diào)試,8月10日投入運(yùn)行至今。

七、項(xiàng)目實(shí)施后效果

盤根的密封是靠對(duì)軸套的“包緊力”獲得的,而因此產(chǎn)生的磨擦熱積聚會(huì)造成軸承的“抱死”。所以必須靠泄漏來排熱,而泄漏會(huì)使軸承缺油“干磨”,導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重故障。本文通過對(duì)鍋爐引風(fēng)機(jī)常見的軸承箱漏油原因的分析,提出對(duì)引風(fēng)機(jī)原油封進(jìn)行改造,應(yīng)用一種防止引風(fēng)機(jī)漏油的新磁力機(jī)械油封結(jié)構(gòu)。
  
鋁電解生產(chǎn)煙氣凈化用離心鍋爐引風(fēng)機(jī)功率一般達(dá)800KW以上、轉(zhuǎn)速730r/min、流量Q=500000m3/h、介質(zhì)比重0.745kg/m3、最高環(huán)境工作溫度60℃、潤滑油32#機(jī)械油。原軸承箱壓蓋和轉(zhuǎn)軸之間的密封結(jié)構(gòu)為盤根密封,密封性能較差。由于轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速較高,在離心力的作用下,軸承箱內(nèi)的潤滑油沿軸從端蓋甩出,漏油現(xiàn)象非常普遍,造成軸承箱、聯(lián)軸器及周圍地面沾滿油污,給安全生產(chǎn)帶來隱患,造成潤滑油浪費(fèi),污染了生產(chǎn)環(huán)境,有時(shí)造成引風(fēng)機(jī)缺油而損壞。因此,改進(jìn)原油封結(jié)構(gòu),使用壽命長的新型油封結(jié)構(gòu)以取代原油封是非常必要的。
  
一、原密封結(jié)構(gòu)存在的問題
  
引風(fēng)機(jī)運(yùn)行中油環(huán)下端浸入油池中,把潤滑油攪起,沿壓蓋內(nèi)表面淌下,直接滴到旋轉(zhuǎn)軸上,軸上積油很多,被旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng),油沿軸爬行,進(jìn)入盤根與軸之間的間隙,由于盤根在安裝中間隙和預(yù)緊力不易掌握,安裝中有可能已經(jīng)造成盤根破損,運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后盤根被磨損,造成盤根與轉(zhuǎn)軸的間隙變大,因而潤滑油不斷沿軸向外甩出,即發(fā)生漏油。從以上分析可以看出盤根結(jié)構(gòu)存在的主要問題是盤根材質(zhì)較差、安裝不易掌握,運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后間隙變大起不到有效的密封作用。
  
據(jù)電解鋁廠對(duì)12臺(tái)鍋爐引風(fēng)機(jī)24個(gè)軸承座的48個(gè)動(dòng)密封點(diǎn)1年內(nèi)的泄漏情況統(tǒng)計(jì),有70%的使用壽命在1個(gè)月左右,維修強(qiáng)度非常之大。統(tǒng)計(jì)情況如表1
  
二、磁力油封的選用
  
1、磁力油封的結(jié)構(gòu)磁力機(jī)械油封,由兩部分組成:一部分為靜環(huán),主要由耐磨合金制成的遇熱穩(wěn)定、光滑的靜密封面,一個(gè)不銹鋼結(jié)合蓋固定于軸承箱端蓋上,結(jié)合蓋與端蓋之間采用密封膠或O型圈進(jìn)行密封;另一部分為內(nèi)含磁性元件的動(dòng)環(huán),動(dòng)密封面是由排熱性與耐磨性極佳的含碳復(fù)合材料制成,并且采用浮動(dòng)式設(shè)計(jì),可長期在與靜環(huán)的吸引下與之保持貼合,為了達(dá)到與靜環(huán)長期的吸合,磁力油封的磁性元件采用在高溫及高速的環(huán)境下都不會(huì)消磁的永磁材料,而且為了滿足浮動(dòng)式設(shè)計(jì)的要求,動(dòng)環(huán)由特殊的氟橡膠O型圈固定在軸上,O型圈與軸的摩擦力大于動(dòng)環(huán)之間磁力的剪切力。
  
整個(gè)磁力機(jī)械油封裝置在設(shè)計(jì)上均考慮長壽命使用,設(shè)計(jì)上自身保護(hù)的特性與結(jié)構(gòu)采用特殊材料,均是在惡劣環(huán)境下及反復(fù)變化時(shí)能夠保持耐用的基礎(chǔ)。磁力機(jī)械油封可在干態(tài)下或存在潤滑的工況下工作,在有水侵蝕的情況下也無所謂。適應(yīng)于立式或臥式、低速或高速、干摩擦或潤滑狀況下的減速機(jī)、齒輪箱、風(fēng)機(jī)、泵和電機(jī)等轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)備。
  
2、磁力油封的選用1)設(shè)備精度要求徑向跳動(dòng):最大0.5mm軸向躥動(dòng):最大0.35mm垂直度:最大0.05%×軸徑(如:直徑50mm的軸,垂直度要求0.025mm。表座吸在軸上,表針指在靜環(huán)表面,軸旋轉(zhuǎn)1周的最大公差)
  
軸的公差:最大±0.04mm,建議±0.025mm
  
軸光潔度:最大64Rms,建議32Rms
  
靜環(huán)安裝處公差:H62)適用條件工作參數(shù):溫度160℃;壓力3.3公斤,線速度60m/s,一般規(guī)格20~320mm。
  
3、磁力油封的安裝步驟1)在清潔表面上將動(dòng)靜環(huán)掰開,而非劃開,動(dòng)環(huán)先放回盒內(nèi)。
  
2)將靜環(huán)外涂一層硅油,油脂不要與密封面接觸,且在端蓋后階面上均勻地抹一層密封膠。
  
3)用木棒或紫銅棒(不要損壞靜環(huán)面)將靜環(huán)壓入殼體直到平整地靠在臺(tái)階面上,再將沾在摩擦面上的膠和雜質(zhì)擦干凈。
  
4)在動(dòng)環(huán)O型圈內(nèi)涂上潤滑油,將動(dòng)環(huán)套在軸上推進(jìn),不要推到位。
  
5)將端蓋套軸上推進(jìn),動(dòng)靜環(huán)接觸后,一起推到最終位置。
  
6)端蓋上緊后,使用附帶卡片作為一個(gè)工具將O型圈向內(nèi)推入以防止其在安裝時(shí)變形。
  
注意:如果靜環(huán)與端蓋配合過松,可加壓板,整個(gè)安裝過程中務(wù)必使摩擦副之間保持清潔。
  
4、應(yīng)用情況某電解鋁廠2004年3月改造的油封,在1#風(fēng)機(jī)上進(jìn)行了試運(yùn)行,隨后又在4#、7#上進(jìn)行了安裝,經(jīng)過1年多的運(yùn)行,軸承箱壓蓋密封處無任何泄漏,完全滿足設(shè)計(jì)要求。在此之前,原密封結(jié)構(gòu)由于經(jīng)常發(fā)生泄漏,凈化崗位操作員的工作量很大,在每天的巡檢中都要對(duì)軸承座潤滑油進(jìn)行補(bǔ)充,而且還發(fā)生過一起因漏油造成的設(shè)備抱軸事故,導(dǎo)致電機(jī)燒毀,直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)10萬元。由于漏油的普遍性也使現(xiàn)場(chǎng)衛(wèi)生一直難以解決,給設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)管理帶來了難度。改造后,在換油周期內(nèi)潤滑油基本不需要補(bǔ)充,大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,現(xiàn)場(chǎng)狀況明顯改觀,也為生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行創(chuàng)造了有利條件。
  
磁力機(jī)械油封密封這種改進(jìn)方法,只需改造軸承壓蓋與靜環(huán)之間的配合尺寸,對(duì)原結(jié)構(gòu)改動(dòng)很小,這種密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝方便,消耗動(dòng)力小。運(yùn)用磁力技術(shù),采用機(jī)封理念全新設(shè)計(jì)的全浮動(dòng)密封面結(jié)構(gòu),使動(dòng)靜環(huán)結(jié)合面始終保持緊密接觸,即使在較大的軸的跳動(dòng)下,亦可實(shí)現(xiàn)有效密封。此外,通過調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù),將該油封也成功地應(yīng)用到了其它軸承座轉(zhuǎn)軸密封上,同樣取得了滿意的效果。因此磁力機(jī)械油封是未來解決轉(zhuǎn)軸密封的發(fā)展方向,有極大的推廣價(jià)值。

廠房降溫設(shè)備
生產(chǎn)負(fù)壓風(fēng)機(jī)
工廠降溫設(shè)備

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