高壓變頻器在混鐵爐除塵風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用
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摘要：本文著重介紹國產(chǎn)多電平高壓變頻器在邯鄲鋼鐵集團(tuán)一煉鋼廠的應(yīng)用情況，對其節(jié)電情況進(jìn)行對比。結(jié)果表明，冶金行業(yè)采用國產(chǎn)高壓變頻器對除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速節(jié)能，具有投資省，見效快等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：多電平 高壓變頻器
Appilcation of High Voltage Large Power Inverters on
Remove-Dust Fans of Mix-Iron Boilers
Abstract: The application of multi-level high voltage inverter in Handan Steel Factory is showed in this paper, and the electricity power saving is presented too. The great Progress proved that the adoption of high voltage inverters to Remove-Dust Fans is effective and economical.
Key words: Multi-level High voltage inverters
邯鄲鋼鐵集團(tuán)一煉鋼廠設(shè)置1#和2#兩個混鐵爐，每個混鐵爐設(shè)有一個兌鐵口和一個出鐵口，混鐵爐兌鐵或出鐵時，高溫的鐵水會同空氣發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量的煙氣。一方面對現(xiàn)場操作的工人不利，另一方面也對環(huán)境造成了巨大的污染。為改善現(xiàn)場環(huán)境，降低污染，需要對混鐵爐的兌鐵、出鐵進(jìn)行除塵改造。該除塵設(shè)施配置Y4-73№29.5F除塵風(fēng)機(jī)一臺（配套電機(jī)功率800kw），混鐵爐除塵風(fēng)機(jī)需要五種風(fēng)量來適應(yīng)混鐵爐兌出鐵工藝要求，為了提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率，節(jié)能降耗，必須對風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。東方工業(yè)環(huán)保有限公司負(fù)責(zé)該混鐵爐項(xiàng)目總承包，在以前的類似除塵項(xiàng)目中，多采用液力耦合器進(jìn)行調(diào)速。近幾年隨著高壓變頻技術(shù)的進(jìn)步，高壓變頻器的性價(jià)比有很大幅度的提升，液力耦合器逐漸失去優(yōu)勢，最終無錫東方選購了北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的Harsvert-A系列高壓變頻器對風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制�；扈F爐除塵風(fēng)機(jī)高壓變頻器于2003年4月份調(diào)試完畢投入運(yùn)行，至今已穩(wěn)定運(yùn)行一年多。
一.除塵風(fēng)機(jī)工藝要求
邯鄲鋼鐵集團(tuán)一煉鋼1#和2#兩個混鐵爐，當(dāng)混鐵爐既不兌鐵也不出鐵時不需要風(fēng)量；當(dāng)混鐵爐工作時，一個兌鐵口兌鐵需要風(fēng)量35萬m3/h；一個出鐵口出鐵需要風(fēng)量15萬m3/h；兩臺爐出鐵口同時出鐵需要風(fēng)量30萬m3/h；當(dāng)一臺混鐵爐的兌鐵口和出鐵口同時兌鐵出鐵時需要風(fēng)量50萬m3/h。兩個混鐵爐兌鐵口不能同時打開，只能有一個兌鐵口打開，兩個混鐵爐出鐵口可以同時打開。
兌鐵：由一臺125t天車完成，鐵水罐分為70t和100t兩種規(guī)格，每罐兌鐵時間為4-6min；
出鐵：按三臺煉鋼轉(zhuǎn)爐同時生產(chǎn)20爐/班計(jì)算，單臺混鐵爐出鐵30罐/班，每天三班，每班八小時，單罐出鐵時間1-2min，兩次出鐵周期最短為8min，每班出鐵累計(jì)時間30-60min。
A到B為既不兌鐵也不出鐵時間；
B到D為一個出鐵口出鐵時間，其中B到C為風(fēng)機(jī)升速時間；
D到F為兩個出鐵口出鐵時間，其中D到E為風(fēng)機(jī)升速時間；
F到H為一個兌鐵口兌鐵時間，其中F到G為風(fēng)機(jī)升速時間；
H到J為一個兌鐵口兌鐵、一個出鐵口出鐵時間，其中H到I為風(fēng)機(jī)升速時間；風(fēng)機(jī)升速時可以根據(jù)需要跨越任一升速點(diǎn)；
J點(diǎn)風(fēng)機(jī)開始減速。
J到L為一個兌鐵口兌鐵、一個出鐵口出鐵轉(zhuǎn)換為一個兌鐵口兌鐵時間，其中J到K為風(fēng)機(jī)減速時間；
L到N為一個兌鐵口兌鐵轉(zhuǎn)換為兩個出鐵口出鐵時間，其中L到M為風(fēng)機(jī)減速時間；
N到P為兩個出鐵口出鐵轉(zhuǎn)換為一個出鐵口出鐵時間，其中N到O為風(fēng)機(jī)減速時間；
P到R為一個出鐵口出鐵轉(zhuǎn)換為既不出鐵也不兌鐵時間，其中P到Q為風(fēng)機(jī)減速時間；
Q到R為既不兌鐵也不出鐵時間。
二.調(diào)速要求
為簡化控制邏輯，現(xiàn)場直接根據(jù)出鐵口、兌鐵口的開關(guān)狀態(tài)來控制變頻器的轉(zhuǎn)速，變頻器預(yù)設(shè)5個速度點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場所需風(fēng)量不同自動調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。
| 速度點(diǎn) |
調(diào)速比例 |
風(fēng)量 |
運(yùn)行情況 |
| 1 |
20％ |
10m3/h |
既不兌鐵，也不出鐵 |
| 2 |
30％ |
15萬m3/h |
一個出鐵口出鐵 |
| 3 |
60％ |
30m3/h |
兩個出鐵口出鐵 |
| 4 |
70％ |
35m3/h |
一個兌鐵口兌鐵 |
| 5 |
100％ |
50m3/h |
兩臺混鐵爐一個兌鐵，一個出鐵 |
變頻器內(nèi)置PLC和中文的人機(jī)界面給現(xiàn)場調(diào)試工作帶來很大便利，調(diào)試周期大大縮短。各種參數(shù)設(shè)置十分方便，根據(jù)現(xiàn)場煙氣的多少，可以及時調(diào)整各速度段點(diǎn)的風(fēng)量，除塵改造后，現(xiàn)場條件大為改善。
三.節(jié)能計(jì)算
根據(jù)變頻器的運(yùn)行記錄，統(tǒng)計(jì)風(fēng)機(jī)在一天中各速度段的運(yùn)行時間，得到如下運(yùn)行數(shù)據(jù)：
各速度段變頻器的輸入功率為：
P1＝1.732×6×5.8×0.8=48.2kW
P2＝1.732×6×25.1×0.8=208.7kW
P3＝1.732×6×37.9×0.8=315.1kW
P4＝1.732×6×23.89×0.8=198.6kW
P5＝1.732×6×62.50×0.8=519.6kW
則使用變頻器后一天風(fēng)機(jī)所消耗的電能為：
48.2×3+208.7×7+315.1×4+198.6×7+519.6×3＝4694.9 kW·h
電價(jià)按0.4元計(jì)算，整個系統(tǒng)按照一年運(yùn)行300天計(jì)算，則一年的電費(fèi)為：
4694.9×0.4×300＝56.3388萬元
如果不使用變頻器，電機(jī)始終工頻運(yùn)行，則一年的電費(fèi)為：
P＝1.732×6×76×0.8=631.8kW
631.8×24×300×0.4=182萬元
節(jié)約電費(fèi)約為：125.7萬元
說明：以上計(jì)算僅為初步的理論計(jì)算，變頻器節(jié)能情況是根據(jù)試運(yùn)行時的數(shù)據(jù)計(jì)算，與具體運(yùn)行情況存在偏差。
四.應(yīng)用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的其他效果
改善了工藝。投入變頻器后除塵風(fēng)機(jī)可以非常平滑穩(wěn)定的調(diào)整風(fēng)量，運(yùn)行人員可以自如的調(diào)控，除塵風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)得到了改善，提高了效率。
延長電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命。一般除塵風(fēng)機(jī)均為離心式風(fēng)機(jī)，啟動時間長，啟動電流大（約6～8倍額定電流），對電機(jī)和風(fēng)機(jī)的機(jī)械沖擊力很大，嚴(yán)重影響其使用壽命。而采用變頻調(diào)速后，可以實(shí)現(xiàn)軟起動和軟制動，對電機(jī)幾乎不產(chǎn)生沖擊，可大大延長機(jī)械的使用壽命。
減少閥門機(jī)械和風(fēng)機(jī)葉輪的磨損。安裝變頻調(diào)速后，風(fēng)機(jī)經(jīng)常工作在比原來定速時低150轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，因此，大大減少了風(fēng)機(jī)葉輪的磨損，減少了風(fēng)機(jī)振動。延長風(fēng)機(jī)的大修周期，節(jié)省檢修費(fèi)用和時間。
便于實(shí)現(xiàn)除塵控制系統(tǒng)自動化。除塵系統(tǒng)的的風(fēng)量經(jīng)常需要根據(jù)工藝的要求變化，在過去用擋板調(diào)節(jié)時，存在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開度與流量的關(guān)系曲線的線形問題。往往由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的磨損量過大，閥門特性發(fā)生變化，出現(xiàn)非線形問題，致使調(diào)節(jié)過程失誤，自動控制系統(tǒng)無法正常工作。而變頻調(diào)速始終保持在線形高精度0.1～0.01HZ的范圍內(nèi)工作，為實(shí)現(xiàn)除塵系統(tǒng)的自動化創(chuàng)造優(yōu)越條件。
五.調(diào)試經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：
1、 變頻器同現(xiàn)場設(shè)備的接口要主要抗干擾問題。變頻器受除塵系統(tǒng)的PLC控制，變頻器提供的4路模擬輸出2路進(jìn)入控制柜上的儀表進(jìn)行顯示，2路進(jìn)入PLC中參與各項(xiàng)保護(hù)�，F(xiàn)場調(diào)試時發(fā)現(xiàn)，進(jìn)入儀表的信號顯示無誤，而進(jìn)入除塵系統(tǒng)PLC的信號卻時有時無。現(xiàn)場測量PLC的模擬輸出信號，一切正常。后來將除塵系統(tǒng)PLC可靠接地后問題解決。
2、 主要干式變壓器的合閘涌流。HARSVERT-A系列高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平技術(shù)，前端設(shè)有一臺干式變壓器。在邯鋼項(xiàng)目中使用的干式變壓器為F級絕緣的環(huán)氧澆注變壓器，按變壓器的使用說明書，合閘涌流應(yīng)在6倍以內(nèi)。變頻器上級的高壓開關(guān)的速斷保護(hù)按照7倍整定，但給變頻器送電時有時正常，有時高壓開關(guān)的速斷保護(hù)動作造成無法正常送電。后來將速斷保護(hù)的定值由7倍增加到11倍，問題才得到解決。
六、結(jié)束語：
利德華福從1999年開始進(jìn)入高壓變頻器領(lǐng)域，至今已有5個年頭了，目前近200臺的應(yīng)用業(yè)績，也可算走出了國產(chǎn)高壓變頻器大規(guī)模應(yīng)用的一小步。在冶金行業(yè)的應(yīng)用達(dá)到30多臺，為冶金行業(yè)的節(jié)能環(huán)保做出了自己的貢獻(xiàn)。我們認(rèn)為目前高壓變頻器正逐步取代液力耦合器的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，隨著高壓變頻器的大規(guī)模應(yīng)用，性價(jià)比不斷提高，最終變頻器將會取代液力耦合器而成為電機(jī)調(diào)速的最佳選擇。
參考文獻(xiàn)：
1、《高壓變頻調(diào)速系統(tǒng) HARSVERT-A系列技術(shù)手冊》
2、《HARSVERT-A高壓變頻器現(xiàn)場調(diào)試大綱》
3、《HARSVERT-A高壓變頻器邯鋼調(diào)試報(bào)告》
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