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廠房通風降溫我國民用建筑空調的發展前景高壓變頻器在轉爐頂吹中
1 我國宏觀經濟和城市民用建筑的發展情景設定
黨的十六大明確提出了我國第三步戰略目標的具體部署，即要在2020年“全面建設小康社會，在優化結構和提高效益的基礎上，國內生產總值比2000年翻兩番，基本實現工業化”。
這個宏偉的發展目標必然對我國經濟的各個層面產生深遠影響。
1.1 經濟結構
在今后15年中，預計第一產業增加值在GDP中所占比重不斷降低；第三產業增長迅速，第二產業增加值在GDP中所占比重將出現先增長，后降低的趨勢。預計第一產業增加值在GDP中所占比重2020年為13.6%；第二產業增加值在GDP中所占比重2020年為42.9～46%；第三產業增加值在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
按照我國總體經濟戰略規劃，到2010年我國國內生產總值達到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，重復建設形成的無效資本、大量庫存積壓、國際反傾銷對我國企業的打壓、企業利潤率的下降，以及高速發展對資源環境的破壞等都是導致經濟增長速度將呈下降趨勢的重要因素。
1.3 人口
預計我國人口總規模為：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整，人民幣不再緊盯美元。因此，今后我國的GDP統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計，我國2003年人均GDP（按PPP計算）已經達到4990美元，已經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達到47%，其中中等發達國家為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。而根據國務院發展研究中心的預測，2020年我國城市化率當在60%左右（58.7%）。
1.6 房屋建設
截至2003年底，全國城鎮房屋建筑總面積達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 我國城鎮房屋建筑面積的增長（10億平方米）
根據建設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展預測
2010年 2020年 2020年
(情景1) (情景2)
城市化水平 % 45% 50% 60%
城鎮人口總數 億 6.3 7.5 9.0
城鎮人均住房建筑面積m2 26.5 30 35
城鎮住宅建筑總面積 億m2 166.95 225 315
城鎮人均公共建筑面積 m2 8.06 10.75 12.5
城鎮公共建筑總面積 億m2 50.80 80.6 112.5
城鎮民用建筑總面積 億m2 217.75 305.6 427.5
表1中2020年的預測之一是按城市化率的低限設置的情景；而預測之二是按城市化率的高限和小康居住目標設置的情景。
2 我國空調的市場需求和發展前景
2.1 住宅空調發展現狀
我國房間空調器生產開始于1978年。1991～1993年進入了起步階段，1994～1996年步入加速發展期，1997～2003年進入高速發展階段，生產量平均每年遞增24～59%。經過十多年的發展，中國房間空調器產業已經擁有了占世界產量一半以上的生產規模，成為名副其實的房間空調器世界第一生產大國。
根據日本空調采暖和制冷新聞（JARN）預測， 2004年全世界對房間空調器（RAC）和單元式空調機（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，中國一國的產量實際已經超過全世界的需求，我國家用空調器的產能已經過剩。
圖2 我國房間空調器產量的增長
圖2中顯示，我國房間空調器的生產年均增長率為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%，還是趕不上生產量的增長。
圖3 我國每百戶家庭房間空調器的擁有量（臺）
研究發現，家庭房間空調器的擁有量與人均GDP的增長有很好的線性相關性。圖4是筆者以上海的情況分析得到的相關關系。當人均GDP達到4000～4500美元時，住宅空調得到普及（達到戶均1臺）。
圖4 每百戶家庭空調器擁有量與人均GDP之間的相關關系
我國是世界上熱量帶最多的國家，東部地區與世界上同緯度地區相比，夏季偏熱，冬季更冷。在我國人口稠密的城市，室內既需要冬季采暖，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向舒適型的轉變。良好的室內熱環境是提高生活質量的重要環節。因此，住宅空調的普及是必然的趨勢。
2.2 集中空調的發展現狀
根據中國制冷與空調行業協會的統計數據，2000年到2003年全國制冷空調行業經濟年均增長速度高于我國GDP增長速度。
表2 2000-2003全國集中空調主機生產量（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
撫順新撫鋼煉鋼二部（即新二煉）廠房始建于85年，89年正式投產，擁有公稱15噸氧氣頂吹轉爐3座（現已擴容至公稱20噸），2001年產鋼量71萬噸，2002年預計產量100萬噸，2003年產鋼170萬噸。
轉爐吹煉過程中，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。新二煉生產采用“三吹三”方式，每個轉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，風機型號D700，電機功率440KW/6KV。由于轉爐周期性間斷吹氧，為滿足節能和環保要求,要求風機在整個煉鋼工作周期內變速運行，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速，高速2700r/min（設計2900r/min），低速800r/min。由于液力耦合器技術的局限性，使得調速范圍在30%～90％之間，轉速不穩定；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，轉爐爐口冒煙；
經過10多年的使用，液力耦合器已嚴重老化，需經常更換軸承，造成轉爐停產，不能滿足連續生產的需要。
電動機的效率低，損耗大，尤其低速運行時，效率極低；
調節精度低、線性度差，響應慢；
啟動電流仍比較大，影響電網穩定；
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之急。
2001年底，二煉鋼開始擴容改造。為了提高風機的運行效率，解決使用液力耦合器帶來的眾多問題，新撫鋼決定進行變頻改造。
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，一旦出現故障，可使電機切換到工頻運行。
調速范圍要大，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。
有共振點跳轉設置，能使電機避開共振點運行，讓風機不喘震。
經過多方調研、比較，最后新撫鋼同北京利德華福電氣技術有限公司合作，共同制定了1號轉爐除塵風機的變頻改造方案，改造方案如下：
1、設備配置
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，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，變頻器必須具備驅動能力。
風機高速運行時，如果變頻器出現嚴重故障，應將電機自動切換到工頻電網運行，當前吹煉周期結束后，自動斷開KG3，檢修變頻器，變頻器檢修完畢后，通過復位按鈕，自動返回原變頻調速狀態。如果在低速運行，則立即斷開KG3，開始檢修。這樣，在變頻器出現嚴重故障時，工程能夠自動轉入工頻電網中，負載不用停機，滿足現場不能停機的要求。
2、電機及風機參數
電機參數： 風機參數：
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 主軸轉速： 2975rpm
額定功率因數：0.89 軸功率： 370kw
額定效率： 92.5% 額定轉速： 2970rpm
3、除塵風機工藝要求
1）吹煉工藝周期
A到B為兌鐵加廢鋼時間。
B到C為風機升速時間，可以調節。
C到D為吹氧時間。
D點風機開始減速。
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,可以調節；低速定為5Hz,可以調節。
2）變頻器和現場接口
在B點，由現場提供一對閉合節點（氮氧轉換點），變頻器從低速向高速啟動。在C點，變頻器到達高速后，給現場提供一對閉合節點（高速狀態節點），以便現場操作工進行下氧槍工作。在D點，現場向變頻器提供另一對閉合節點（風機減速點），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，變頻器應能滿足提速要求。
風機轉速、氮氧切換節點、氧槍位置節點三者滿足如下關系：
現場提供給變頻器的兩對節點（氮氧轉換點、風機減速點）及變頻器提供給現場的高速狀態節點均為無源節點，具有2A/30VDC或0.8A/230VAC的容量。
3）變頻器技術指標
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 可按工藝要求設定
減速時問 可按工藝要求設定
頻率設定方式 高低兩級速度，可在0-50Hz范圍內調整
故障診斷及檢測 自動檢測，自動定位
網側功率因數 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
環境溫度 0-40℃
環境濕度 90%,無凝結
海拔高度 1000米以下
三、設備運行情況
2001年底我公司向北京利德華福電氣技術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、安裝、調試周期都很短，總共僅有3個多月的時間，為1號轉爐按時投產提供了有力的保證。
1、 同原來使用液力耦合器比較，北京利德華福電氣技術有限公司生產的高壓變頻器有以下優點：
運行穩定，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濾網，不用停機，保證了生產的連續性。
2、節能效果顯著，大大降低了噸鋼電耗。
3、電動機實現了真正的軟啟動、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。同時，變頻器設置共振點跳轉頻率，避免了風機長期在共振點運行，使風機工作平穩，風機軸承磨損減少，延長了電機、風機的使用壽命和維修周期，提高了風機的利用時率。
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。在變頻器調試期間，變頻器自動保護，報電機過流。經檢查發現電動機有一相線鼻子發生斷裂，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、變頻器同現場信號無縫接口，滿足生產的需要。變頻器內置PLC，現場信號接入靈活。轉爐為變頻器提供一對高速、低速節點，變頻器按照節點的狀態自動高速、低速往復運行；將以前儀表柜中的轉爐的煙氣流量、煙氣溫度信號接入變頻器，把儀表柜拆除，大大節約了場地。變頻器自帶轉速測定，原來同電機相連的測速器也被取消，由變頻器為現場直接提供電機轉速指示。
6、適應電網電壓波動能力強，有時電網電壓高達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，減少了機油對環境的污染，使風機房的現場環境有了極大改善。
四、節能分析
同液力耦合器比較，噸鋼除塵電耗平均減少2.76度/噸；
1號轉爐年產鋼量今年預計為35萬噸，電價為0.44元/度；
年節電總額為：35萬噸×2.76×0.44＝425040元，節電率為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生故障時，轉爐停爐造成高爐甩鐵的情況發生，其經濟效益、社會效益也是是巨大的。
五、結束語
從幾個月的運行情況來看，北京利德華福電氣技術有限公司生產的HARSVERT-A06/080高壓大功率變頻器性能好，可靠性高，節能效果明顯，滿足連續生產對調速工程的要求，我公司決定在2號、3號轉爐改造中繼續使用，目前2號、3號轉爐配套的變頻器已達現場，正在安裝調試中。
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