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廠房通風(fēng)降溫我國民用建筑空調(diào)的發(fā)展前景高壓變頻器在轉(zhuǎn)爐頂吹中
1 我國宏觀經(jīng)濟和城市民用建筑的發(fā)展情景設(shè)定
黨的十六大明確提出了我國第三步戰(zhàn)略目標的具體部署，即要在2020年“全面建設(shè)小康社會，在優(yōu)化結(jié)構(gòu)和提高效益的基礎(chǔ)上，國內(nèi)生產(chǎn)總值比2000年翻兩番，基本實現(xiàn)工業(yè)化”。
這個宏偉的發(fā)展目標必然對我國經(jīng)濟的各個層面產(chǎn)生深遠影響。
1.1 經(jīng)濟結(jié)構(gòu)
在今后15年中，預(yù)計第一產(chǎn)業(yè)增加值在GDP中所占比重不斷降低；第三產(chǎn)業(yè)增長迅速，第二產(chǎn)業(yè)增加值在GDP中所占比重將出現(xiàn)先增長，后降低的趨勢。預(yù)計第一產(chǎn)業(yè)增加值在GDP中所占比重2020年為13.6%；第二產(chǎn)業(yè)增加值在GDP中所占比重2020年為42.9～46%；第三產(chǎn)業(yè)增加值在GDP中所占比重2020年為41%～43%，2050年51%～56%。
1.2 按名義匯率計算的GDP
按照我國總體經(jīng)濟戰(zhàn)略規(guī)劃，到2010年我國國內(nèi)生產(chǎn)總值達到17.88萬億元RMB，2020年達到26.82萬億元RMB。兩個階段的年均增長速度分別為7.1%和4.14%。需要指出，近年以過度投資拉動的超常規(guī)增長使得資本形成所積累的一系列低效率問題逐漸暴露出來，重復(fù)建設(shè)形成的無效資本、大量庫存積壓、國際反傾銷對我國企業(yè)的打壓、企業(yè)利潤率的下降，以及高速發(fā)展對資源環(huán)境的破壞等都是導(dǎo)致經(jīng)濟增長速度將呈下降趨勢的重要因素。
1.3 人口
預(yù)計我國人口總規(guī)模為：2010年14億左右；2020年15億左右。
1.4 人均GDP
人民幣的匯率政策正在調(diào)整，人民幣不再緊盯美元。因此，今后我國的GDP統(tǒng)計必然按照國際上通行的購買力平價（PPP）標準。如果按世界銀行的統(tǒng)計，我國2003年人均GDP（按PPP計算）已經(jīng)達到4990美元，已經(jīng)超過當年低中等收入國家水平（4320美元），這顯然是高估了。而如果參照中等收入國家購買力平價計算所得人均GDP比名義匯率計算所得高出1.9倍的比例計算，2010年和2020年我國人均GDP將分別達到2932和4104美元，2020年我國將進入中等發(fā)達國家行列。
1.5 城市化
我國城市化水平從由1985年的22%上升到2004年的41.8%，城市化速度是世界同期的兩倍。但2000年世界的平均城市化水平已經(jīng)達到47%，其中中等發(fā)達國家為50%，高收入國家為79%。從世界城市化進程來看，城市化率從36%提高到60%屬于加速期，因此，中國的城市化率還將不斷提高。如果按1985～2004年間城市化率的平均增長速度計算，2020年我國城市化率在50％以上。而根據(jù)國務(wù)院發(fā)展研究中心的預(yù)測，2020年我國城市化率當在60%左右（58.7%）。
1.6 房屋建設(shè)
截至2003年底，全國城鎮(zhèn)房屋建筑總面積達140.91億m2，其中住宅建筑面積89.11億m2，占房屋建筑面積的比重為63.24%。
圖1 我國城鎮(zhèn)房屋建筑面積的增長（10億平方米）
根據(jù)建設(shè)部小康社會居住目標，可以分析得到2010年和2020年的建筑面積。
表1 我國城市住宅和公共建筑的發(fā)展預(yù)測
2010年 2020年 2020年
(情景1) (情景2)
城市化水平 % 45% 50% 60%
城鎮(zhèn)人口總數(shù) 億 6.3 7.5 9.0
城鎮(zhèn)人均住房建筑面積m2 26.5 30 35
城鎮(zhèn)住宅建筑總面積 億m2 166.95 225 315
城鎮(zhèn)人均公共建筑面積 m2 8.06 10.75 12.5
城鎮(zhèn)公共建筑總面積 億m2 50.80 80.6 112.5
城鎮(zhèn)民用建筑總面積 億m2 217.75 305.6 427.5
表1中2020年的預(yù)測之一是按城市化率的低限設(shè)置的情景；而預(yù)測之二是按城市化率的高限和小康居住目標設(shè)置的情景。
2 我國空調(diào)的市場需求和發(fā)展前景
2.1 住宅空調(diào)發(fā)展現(xiàn)狀
我國房間空調(diào)器生產(chǎn)開始于1978年。1991～1993年進入了起步階段，1994～1996年步入加速發(fā)展期，1997～2003年進入高速發(fā)展階段，生產(chǎn)量平均每年遞增24～59%。經(jīng)過十多年的發(fā)展，中國房間空調(diào)器產(chǎn)業(yè)已經(jīng)擁有了占世界產(chǎn)量一半以上的生產(chǎn)規(guī)模，成為名副其實的房間空調(diào)器世界第一生產(chǎn)大國。
根據(jù)日本空調(diào)采暖和制冷新聞（JARN）預(yù)測， 2004年全世界對房間空調(diào)器（RAC）和單元式空調(diào)機（PAC）的總需求量為5600萬臺，其中中國為2000萬臺，占36%。從圖2可以看出，中國一國的產(chǎn)量實際已經(jīng)超過全世界的需求，我國家用空調(diào)器的產(chǎn)能已經(jīng)過剩。
圖2 我國房間空調(diào)器產(chǎn)量的增長
圖2中顯示，我國房間空調(diào)器的生產(chǎn)年均增長率為40.5%。而圖3中則反映了我國城市每百戶家庭房間空調(diào)器擁有量的增長情況。2002年，我國僅有10個省市百戶家庭空調(diào)器擁有量在50臺以上，而到了2003年，便增加到16個省市。增長勢頭很猛（見圖3），但年均增長率為27.04%，還是趕不上生產(chǎn)量的增長。
圖3 我國每百戶家庭房間空調(diào)器的擁有量（臺）
研究發(fā)現(xiàn)，家庭房間空調(diào)器的擁有量與人均GDP的增長有很好的線性相關(guān)性。圖4是筆者以上海的情況分析得到的相關(guān)關(guān)系。當人均GDP達到4000～4500美元時，住宅空調(diào)得到普及（達到戶均1臺）。
圖4 每百戶家庭空調(diào)器擁有量與人均GDP之間的相關(guān)關(guān)系
我國是世界上熱量帶最多的國家，東部地區(qū)與世界上同緯度地區(qū)相比，夏季偏熱，冬季更冷。在我國人口稠密的城市，室內(nèi)既需要冬季采暖，也需要夏季供冷。我國小康社會的住宅，將從滿足生存需要實現(xiàn)向舒適型的轉(zhuǎn)變。良好的室內(nèi)熱環(huán)境是提高生活質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。因此，住宅空調(diào)的普及是必然的趨勢。
2.2 集中空調(diào)的發(fā)展現(xiàn)狀
根據(jù)中國制冷與空調(diào)行業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2000年到2003年全國制冷空調(diào)行業(yè)經(jīng)濟年均增長速度高于我國GDP增長速度。
表2 2000-2003全國集中空調(diào)主機生產(chǎn)量（臺/套）
2000 2001 2002 2003
（銷量）
活塞式冷水機組 4,000 2,517 2,493 4,645
螺桿式冷水機組 3,056 3,910 5,663 8,977
離心式冷水機組 481 698 947 1,240
蒸汽/溫水型溴化鋰冷熱水機組 1,194 1,460 1,268 1,053
直燃式溴化鋰冷熱水機組&
一、背景情況
撫順新?lián)徜摕掍摱浚葱露䶮挘⿵S房始建于85年，89年正式投產(chǎn)，擁有公稱15噸氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐3座（現(xiàn)已擴容至公稱20噸），2001年產(chǎn)鋼量71萬噸，2002年預(yù)計產(chǎn)量100萬噸，2003年產(chǎn)鋼170萬噸。
轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，爐口會排出大量棕紅色的煙氣，煙氣溫度高、含有易燃氣體和金屬顆粒，按照我國1996年頒布的《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297一1996），對煙氣必須冷卻、凈化，由引風(fēng)機將其排至煙囪放散或輸送到煤氣回收工程中備用。新二煉生產(chǎn)采用“三吹三”方式，每個轉(zhuǎn)爐都配有一套除塵工程，除塵工程采用二級文氏管煙塵凈化方式，煙道直徑Φ1.6m,煙氣輸送管線820mm，風(fēng)機型號D700，電機功率440KW/6KV。由于轉(zhuǎn)爐周期性間斷吹氧，為滿足節(jié)能和環(huán)保要求,要求風(fēng)機在整個煉鋼工作周期內(nèi)變速運行，吹氧時高速運行，不吹氧時低速運行。原來采用液力耦合器調(diào)速，高速2700r/min（設(shè)計2900r/min），低速800r/min。由于液力耦合器技術(shù)的局限性，使得調(diào)速范圍在30%～90％之間，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定；而且，低速800r/min仍然偏高，造成能源浪費，高速運行時，液力耦合器有時丟轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)爐爐口冒煙；
經(jīng)過10多年的使用，液力耦合器已嚴重老化，需經(jīng)常更換軸承，造成轉(zhuǎn)爐停產(chǎn)，不能滿足連續(xù)生產(chǎn)的需要。
電動機的效率低，損耗大，尤其低速運行時，效率極低；
調(diào)節(jié)精度低、線性度差，響應(yīng)慢；
啟動電流仍比較大，影響電網(wǎng)穩(wěn)定；
液力耦合器故障時，無法切換至工頻旁路運行，必須停機檢修；
漏油嚴重，對環(huán)境污染大，地面被油污蝕嚴重；
鑒于液力耦合器存在上述眾多問題，對其進行改造已成當務(wù)之急。
2001年底，二煉鋼開始擴容改造。為了提高風(fēng)機的運行效率，解決使用液力耦合器帶來的眾多問題，新?lián)徜摏Q定進行變頻改造。
二、變頻器改造方案
要求變頻器要有高可靠性，長期運行無故障。
要求變頻器有旁路功能，一旦出現(xiàn)故障，可使電機切換到工頻運行。
調(diào)速范圍要大，效率要高。
具有邏輯控制能力，可以自動按照吹氧周期升降速。
有共振點跳轉(zhuǎn)設(shè)置，能使電機避開共振點運行，讓風(fēng)機不喘震。
經(jīng)過多方調(diào)研、比較，最后新?lián)徜撏本├氯A福電氣技術(shù)有限公司合作，共同制定了1號轉(zhuǎn)爐除塵風(fēng)機的變頻改造方案，改造方案如下：
1、設(shè)備配置
KM：變頻器供電的高壓真空斷路器
KG1、KG2、KG3： 真空接觸器
BPQ：HARSVERT-A06/080變頻器
DJ： 440KW/6KV異步電動機。
KM為原有高壓開關(guān)，KG1、KG2、KG3。
DJ為原有異步電機，如果將來擴容到630KW/6KV普通三相異步電機，變頻器必須具備驅(qū)動能力。
風(fēng)機高速運行時，如果變頻器出現(xiàn)嚴重故障，應(yīng)將電機自動切換到工頻電網(wǎng)運行，當前吹煉周期結(jié)束后，自動斷開KG3，檢修變頻器，變頻器檢修完畢后，通過復(fù)位按鈕，自動返回原變頻調(diào)速狀態(tài)。如果在低速運行，則立即斷開KG3，開始檢修。這樣，在變頻器出現(xiàn)嚴重故障時，工程能夠自動轉(zhuǎn)入工頻電網(wǎng)中，負載不用停機，滿足現(xiàn)場不能停機的要求。
2、電機及風(fēng)機參數(shù)
電機參數(shù)： 風(fēng)機參數(shù)：
型 號：JK134-2 型號：D700-13-2
額定功率：440KW 進氣容積流量：700m3/min(混合煤氣)
額定電壓： 6KV 壓力增加值： 2600mmH2O
額定頻率： 50Hz 進氣溫度： 35℃
額定電流： 50A 主軸轉(zhuǎn)速： 2975rpm
額定功率因數(shù)：0.89 軸功率： 370kw
額定效率： 92.5% 額定轉(zhuǎn)速： 2970rpm
3、除塵風(fēng)機工藝要求
1）吹煉工藝周期
A到B為兌鐵加廢鋼時間。
B到C為風(fēng)機升速時間，可以調(diào)節(jié)。
C到D為吹氧時間。
D點風(fēng)機開始減速。
D到E為倒爐測溫取樣時間。
E到F為出鋼時間。
F到G為濺渣時間。
整個吹煉工藝周期約21分鐘，其中高速時間（C到D）12分鐘。高速定為45Hz,可以調(diào)節(jié)；低速定為5Hz,可以調(diào)節(jié)。
2）變頻器和現(xiàn)場接口
在B點，由現(xiàn)場提供一對閉合節(jié)點（氮氧轉(zhuǎn)換點），變頻器從低速向高速啟動。在C點，變頻器到達高速后，給現(xiàn)場提供一對閉合節(jié)點（高速狀態(tài)節(jié)點），以便現(xiàn)場操作工進行下氧槍工作。在D點，現(xiàn)場向變頻器提供另一對閉合節(jié)點（風(fēng)機減速點），變頻器開始降速，降速時間不作具體要求，但在減速過程中如果需要提速，變頻器應(yīng)能滿足提速要求。
風(fēng)機轉(zhuǎn)速、氮氧切換節(jié)點、氧槍位置節(jié)點三者滿足如下關(guān)系：
現(xiàn)場提供給變頻器的兩對節(jié)點（氮氧轉(zhuǎn)換點、風(fēng)機減速點）及變頻器提供給現(xiàn)場的高速狀態(tài)節(jié)點均為無源節(jié)點，具有2A/30VDC或0.8A/230VAC的容量。
3）變頻器技術(shù)指標
輸入電壓 三相交流有效值 6.3KV±10％
輸入頻率 50±5Hz
輸出電壓 三相正弦波電壓0-6KV
輸出頻率 0-50Hz
頻率分辨率 0.01HZ
加速時間 可按工藝要求設(shè)定
減速時問 可按工藝要求設(shè)定
頻率設(shè)定方式 高低兩級速度，可在0-50Hz范圍內(nèi)調(diào)整
故障診斷及檢測 自動檢測，自動定位
網(wǎng)側(cè)功率因數(shù) 0．95（高速時）
過載保護 120％l分種（每10分鐘）、150％立即保護
防護等級 IP20
環(huán)境溫度 0-40℃
環(huán)境濕度 90%,無凝結(jié)
海拔高度 1000米以下
三、設(shè)備運行情況
2001年底我公司向北京利德華福電氣技術(shù)有限公司定購了一臺高壓變頻器，型號為HARSVERT-A06/080，2002年3月14日變頻器正式投入使用，我們認為該變頻器的生產(chǎn)、安裝、調(diào)試周期都很短，總共僅有3個多月的時間，為1號轉(zhuǎn)爐按時投產(chǎn)提供了有力的保證。
1、 同原來使用液力耦合器比較，北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器有以下優(yōu)點：
運行穩(wěn)定，安全可靠。原來使用液力耦合器大概40天左右就必須更換軸承，每次需停爐半天左右，帶來的巨大的經(jīng)濟損失。HARSVERT-A變頻器具有免維護的特點，只需定期更換柜門上的通風(fēng)濾網(wǎng)，不用停機，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。
2、節(jié)能效果顯著，大大降低了噸鋼電耗。
3、電動機實現(xiàn)了真正的軟啟動、軟停運，變頻器提供給電機的無諧波干擾的正弦波電流，降低了電機的故障次數(shù)。同時，變頻器設(shè)置共振點跳轉(zhuǎn)頻率，避免了風(fēng)機長期在共振點運行，使風(fēng)機工作平穩(wěn)，風(fēng)機軸承磨損減少，延長了電機、風(fēng)機的使用壽命和維修周期，提高了風(fēng)機的利用時率。
4、變頻器自身保護功能完善，同原來繼電保護比較，保護功能更多，更靈敏，大大加強了對電機的保護。在變頻器調(diào)試期間，變頻器自動保護，報電機過流。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)電動機有一相線鼻子發(fā)生斷裂，電機缺相運行，造成過流。我們及時進行了檢修，避免了事故的擴大化。
5、變頻器同現(xiàn)場信號無縫接口，滿足生產(chǎn)的需要。變頻器內(nèi)置PLC，現(xiàn)場信號接入靈活。轉(zhuǎn)爐為變頻器提供一對高速、低速節(jié)點，變頻器按照節(jié)點的狀態(tài)自動高速、低速往復(fù)運行；將以前儀表柜中的轉(zhuǎn)爐的煙氣流量、煙氣溫度信號接入變頻器，把儀表柜拆除，大大節(jié)約了場地。變頻器自帶轉(zhuǎn)速測定，原來同電機相連的測速器也被取消，由變頻器為現(xiàn)場直接提供電機轉(zhuǎn)速指示。
6、適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動能力強，有時電網(wǎng)電壓高達6.9KV，變頻器仍能正常運行。
7、同液力耦合器比較，在加速期間大大減小了噪聲，削弱了噪聲污染。由于不用定期拆換軸承，減少了機油對環(huán)境的污染，使風(fēng)機房的現(xiàn)場環(huán)境有了極大改善。
四、節(jié)能分析
同液力耦合器比較，噸鋼除塵電耗平均減少2.76度/噸；
1號轉(zhuǎn)爐年產(chǎn)鋼量今年預(yù)計為35萬噸，電價為0.44元/度；
年節(jié)電總額為：35萬噸×2.76×0.44＝425040元，節(jié)電率為39.2%。
同時由于HARSVERT-A變頻器的可靠性，避免了原來液力耦合器發(fā)生故障時，轉(zhuǎn)爐停爐造成高爐甩鐵的情況發(fā)生，其經(jīng)濟效益、社會效益也是是巨大的。
五、結(jié)束語
從幾個月的運行情況來看，北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A06/080高壓大功率變頻器性能好，可靠性高，節(jié)能效果明顯，滿足連續(xù)生產(chǎn)對調(diào)速工程的要求，我公司決定在2號、3號轉(zhuǎn)爐改造中繼續(xù)使用，目前2號、3號轉(zhuǎn)爐配套的變頻器已達現(xiàn)場，正在安裝調(diào)試中。
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