高壓變頻器在轉(zhuǎn)爐煉鋼除塵風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

摘要：本文分析了高壓變頻器在轉(zhuǎn)爐煉鋼除塵風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用。實(shí)踐證明，高壓變頻器對降低除塵風(fēng)機(jī)的用電率、減少起動電流、提高功率因數(shù)、改進(jìn)轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝水平、提高自動化水平有很好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速；高壓變頻技術(shù)；轉(zhuǎn)爐；除塵風(fēng)機(jī)

一、工程前期情況描述

大冶華鑫煉鋼廠原有30T氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐2座，采用“三吹三”方式，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?xì)怏w和金屬顆粒，按照我國1996年頒布的《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297一1996），對煙氣必須冷卻、凈化，達(dá)標(biāo)后排放。若電機(jī)采用工頻運(yùn)行，通過調(diào)節(jié)風(fēng)門的出口擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量來滿足生產(chǎn)工藝要求，大量電能白白浪費(fèi)在閥門上;若采用液力耦合器調(diào)速，則存在以下缺點(diǎn)：
（1） 調(diào)速范圍窄，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定；
（2） 電機(jī)的效率低，損耗大；
（3） 液力耦合器經(jīng)常出現(xiàn)故障，不能滿足連續(xù)生產(chǎn)的需要；
（4） 調(diào)節(jié)精度低，響應(yīng)慢。

吹煉工藝周期
　　A到B為兌鐵加廢鋼時(shí)間，約1分鐘。
　　B到C為風(fēng)機(jī)升速時(shí)間，暫定1分鐘，可以調(diào)節(jié)。
　　C到D為吹氧時(shí)間，約14分鐘。
　　D點(diǎn)風(fēng)機(jī)開始減速，暫定2分鐘，可以調(diào)節(jié)。
　　D到E為倒?fàn)t測溫取樣時(shí)間，約2分鐘。
　　E到F為出鋼時(shí)間，約2分鐘。
　　F到G為濺渣時(shí)間，約2分鐘。

　　長期以來，不論轉(zhuǎn)爐處于哪一個(gè)運(yùn)行階段，產(chǎn)生的粉塵大小均使除塵風(fēng)機(jī)全速運(yùn)行，擋板幾乎不進(jìn)行任何調(diào)節(jié)，造成大量的電能浪費(fèi)。隨著市場競爭的不斷加劇，節(jié)能降耗、提高生產(chǎn)效率成為企業(yè)發(fā)展提高競爭力的有效手段之一。

　　在九十年代后期，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、光電子技術(shù)的不斷發(fā)展和矢量控制技術(shù)的不斷完善，其中各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的高壓變頻器相繼在應(yīng)用市場上出現(xiàn)，尤其在最近幾年，在技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域上得到不斷的進(jìn)步和拓展，其中，多重化完美無諧波矢量控制高壓變頻器以其功率因數(shù)高、無諧波（輸入諧波小，對供電電網(wǎng)無污染；輸出諧波小，電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動小）可靠性高而受到越來越多的用戶歡迎，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電力、冶金、化工、建材等領(lǐng)域。

二、系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)

通過對冶煉工藝的分析：轉(zhuǎn)爐在煉鋼過程的不同階段對除塵風(fēng)量的大小有明顯的不同，以吹氧冶煉為最大，其他除塵為最低。通過對轉(zhuǎn)爐煉鋼過程的分析，對除塵風(fēng)機(jī)的控制設(shè)計(jì)于下方案。整個(gè)吹煉工藝周期約24分鐘，其中高速時(shí)間（C到D）14分鐘。為了控制簡單起見，可使除塵風(fēng)機(jī)運(yùn)行在兩種狀態(tài)，高速和低速，高速定為45Hz,可以調(diào)節(jié)；低速定為20Hz,可以調(diào)節(jié)。可考慮在下氧槍時(shí)給出一對接點(diǎn)使高壓變頻器加速進(jìn)入高速運(yùn)行，提氧槍時(shí)控制接點(diǎn)斷開，變頻器減速進(jìn)入低速運(yùn)行。

2．1 設(shè)備參數(shù)：

風(fēng)機(jī)參數(shù)

風(fēng)機(jī)型號：D700-13

額定風(fēng)量：42000m3 /h

額定風(fēng)壓：25490Pa

轉(zhuǎn)速：2965rpm

軸功率：400Kw

電機(jī)參數(shù)

電動機(jī)型號：JK134-2

額定電壓：：10000V

額定功率： 440KW

額定電流：30A

額定轉(zhuǎn)速：2980r/m

變頻器技術(shù)指標(biāo)

型號：SH-HVF-Y10K/450

額定容量：600kVA

輸入電壓：10000V

輸出電壓：0～10000V

輸出頻率：0～50Hz

2．2 系統(tǒng)電氣構(gòu)成

　　根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)工藝情況，選用湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司研究開發(fā)生產(chǎn)的高壓變頻器作為主件，該變頻調(diào)速系統(tǒng)具有諧波含量小，功率因數(shù)高、模塊化結(jié)構(gòu)、可靠性高等特點(diǎn)。除塵風(fēng)機(jī)電氣系統(tǒng)的主接線結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。10kV電源通過母線段網(wǎng)側(cè)高壓開關(guān)DL接入系統(tǒng)，采用多重化移相干式隔離變壓器進(jìn)行電源側(cè)電氣隔離，以減小對電網(wǎng)的諧波污染；變壓器輸出經(jīng)功率柜逆變輸出后直接驅(qū)動三相異步電動機(jī)，實(shí)現(xiàn)除塵風(fēng)量的控制。為保證整個(gè)除塵風(fēng)機(jī)系統(tǒng)可靠性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中我們還采用工頻旁路。當(dāng)系統(tǒng)變頻運(yùn)行時(shí)，斷開隔離開關(guān)QS3，合隔離開關(guān)QS1、QS2。QS2與QS3之間還設(shè)計(jì)了機(jī)械互鎖，在變頻器運(yùn)行時(shí)絕對保證QS3不可以誤合閘。在變頻運(yùn)行時(shí)，由遠(yuǎn)程PLC起停變頻器；當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)切換至原工頻運(yùn)行方式；斷開隔離開關(guān)QS1、QS2；合隔離開關(guān)QS3。由原除塵系統(tǒng)啟動風(fēng)機(jī)，入口擋板控制風(fēng)量。

三、改造效果

從運(yùn)行情況看,該高壓變頻調(diào)速裝置,運(yùn)行可靠,節(jié)電效果明顯,達(dá)到了預(yù)期效果。經(jīng)過工頻和變頻運(yùn)行對比，測量和統(tǒng)計(jì)的煉鋼轉(zhuǎn)爐除風(fēng)機(jī)改造后各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如下表

（1）節(jié)電效果明顯。改造前,該風(fēng)機(jī)每天平均電耗為7700kW·h,而現(xiàn)在僅為3653kWh左右,平均每天節(jié)電4047kWh,節(jié)電率達(dá)57%,年節(jié)電效益為73萬元。 （2）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動控制,操作簡單。系統(tǒng)利用轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中氧槍的工作信號作為風(fēng)機(jī)高、低速運(yùn)行的控制信號,實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)的高、低速自動控制,系統(tǒng)也可根據(jù)工作需要進(jìn)行人工操作,且操作方便。　 （3）系統(tǒng)安全可靠。具有較強(qiáng)的自我保護(hù)能力和故障自診斷能力,有過流保護(hù)、過電壓保護(hù)、欠電壓保護(hù)、高壓電源缺相、接地等保護(hù)功能。

（4）設(shè)備運(yùn)行可靠,維護(hù)費(fèi)用低。由于采用變頻調(diào)速控制,其裝置具備軟起動、軟停止的功能,故在啟動時(shí)對電網(wǎng)及設(shè)備沒有沖擊,因此延長了電機(jī)及風(fēng)機(jī)的使用壽命。由于電機(jī)的平均轉(zhuǎn)速大大降低，軸承的溫度大大降低，其壽命也大大延長，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，減少了因頻繁更換軸承影響轉(zhuǎn)爐正常生產(chǎn)。

（5）單臺項(xiàng)目總體投資為98萬元，16個(gè)月即可收回投資。設(shè)備使用年限長達(dá)10年，投資收益高達(dá)600余萬元。