杭州鋼鐵集團  盧芬蘭

北京利德華福電氣技術有限公司  晏鶤

 

【摘要】本(ben)文(wen)結(jie)合(he)混(hun)鐵(tie)爐(lu)轉(zhuan)爐(lu)除(chu)塵(chen)風(feng)機(ji)的(de)生(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)，綜(zong)述(shu)了(le)高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)性(xing)能(neng)特(te)點(dian)及(ji)係(xi)統(tong)原(yuan)理(li)，同(tong)時(shi)詳(xiang)細(xi)說(shuo)明(ming)了(le)整(zheng)體(ti)施(shi)工(gong)方(fang)案(an)
，從(cong)而(er)證(zheng)實(shi)了(le)變(bian)頻(pin)器(qi)在(zai)杭(hang)鋼(gang)有(you)著(zhe)很(hen)大(da)的(de)節(jie)電(dian)效(xiao)果(guo)。

【關鍵詞】混鐵爐 高壓變頻器 交鑰匙工程 節能降耗

    杭州鋼鐵集團轉爐煉鋼廠設置兩座600T混hun鐵tie爐lu，且qie有you一yi個ge傾qing翻fan工gong位wei和he一yi個ge大da包bao倒dao小xiao包bao工gong位wei。每mei座zuo混hun鐵tie爐lu設she有you一yi個ge進jin鐵tie口kou和he一yi個ge出chu鐵tie口kou，傾qing翻fan工gong位wei相xiang當dang於yu混hun鐵tie爐lu進jin鐵tie口kou。當dang混hun鐵tie爐lu進jin鐵tie或huo出chu鐵tie時shi，高gao溫wen的de鐵tie水shui會hui同tong空kong氣qi發fa生sheng劇ju烈lie的de化hua學xue反fan應ying，產chan生sheng大da量liang的de煙yan氣qi。一yi方fang麵mian對dui現xian場chang操cao作zuo的de工gong人ren不bu利li，另ling一yi方fang麵mian也ye對dui環huan境jing造zao成cheng了le巨ju大da的de汙wu染ran。混hun鐵tie爐lu多duo種zhong進jin出chu鐵tie工gong況kuang條tiao件jian下xia風feng量liang隨sui時shi變bian化hua，因yin此ci該gai除chu塵chen風feng機ji需xu要yao多duo種zhong速su度du來lai適shi應ying。在zai以yi前qian的de運yun行xing過guo程cheng中zhong，由you於yu一yi方fang麵mian液ye力li耦ou合he器qi不bu能neng適shi應ying頻pin繁fan的de調tiao速su，另ling一yi方fang麵mian原yuan設she計ji現xian場chang閥fa門men信xin號hao與yu風feng機ji調tiao速su控kong製zhi分fen屬shu兩liang個ge控kong製zhi係xi統tong
，兩liang者zhe之zhi間jian沒mei有you信xin號hao聯lian係xi。因yin此ci原yuan有you除chu塵chen風feng機ji運yun行xing方fang式shi基ji本ben為wei恒heng速su運yun行xing，其qi運yun行xing轉zhuan速su保bao持chi在zai約yue680rpm左右，運行電流約在150A
，僅jin通tong過guo現xian場chang閥fa門men及ji爐lu蓋gai開kai啟qi來lai達da到dao除chu塵chen效xiao果guo，同tong時shi為wei防fang止zhi閥fa門men全quan部bu關guan閉bi造zao成cheng風feng機ji振zhen動dong過guo大da，其qi中zhong一yi台tai大da包bao倒dao小xiao包bao閥fa門men始shi終zhong打da開kai，大da量liang風feng量liang直zhi接jie排pai空kong，導dao致zhi大da量liang有you功gong功gong率lv浪lang費fei。此ci外wai液ye力li耦ou合he器qi低di速su運yun行xing時shi效xiao率lv低di下xia
，為wei了le提ti高gao風feng機ji的de運yun行xing效xiao率lv
，節jie能neng降jiang耗hao，必bi須xu對dui風feng機ji調tiao速su控kong製zhi進jin行xing改gai進jin。   

    近(jin)幾(ji)年(nian)隨(sui)著(zhe)國(guo)內(nei)高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)器(qi)技(ji)術(shu)的(de)進(jin)步(bu)
，變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)性(xing)價(jia)比(bi)和(he)穩(wen)定(ding)性(xing)有(you)很(hen)大(da)幅(fu)度(du)的(de)提(ti)升(sheng)，經(jing)過(guo)考(kao)察(cha)
，我(wo)廠(chang)最(zui)終(zhong)選(xuan)擇(ze)了(le)北(bei)京(jing)利(li)德(de)華(hua)福(fu)電(dian)氣(qi)技(ji)術(shu)有(you)限(xian)公(gong)司(si)生(sheng)產(chan)的(de)HARSVEST-A係列高壓變頻器對風機進行調速控製。該項目采用節能還款合同形式，由杭州亞泰投資公司投資
，整體項目為交鑰匙工程，於2006年12月份安裝調試完畢投入運行，至今已穩定運行近四個月，給我廠帶來了巨大的效益。

二、混鐵爐除塵工藝工況及主電機參數介紹
    1.混鐵爐除塵風機工況：

    混鐵爐係統除塵設計風量：66萬m³/h

    風道漏風損耗率設計： 10％

    進鐵水（或大包倒小包）除塵需要風量：25萬m³/h

    出鐵水除塵需要風量： 6萬m³/h

    進鐵水除塵需要時間：約10分鍾/次

    出鐵水除塵需要時間：約3分鍾/次

    日出鐵水總次數：約180次

    日進鐵水總次數：約120次

    進鐵時，當捕集罩關到位後
，相應的閥門打開。出鐵時，混鐵爐離開零位後
，相應的出鐵口閥門打開。

    2.混鐵爐除塵風機主電機的技術參數如下：

    電機型號：Y710－8

    額定功率：1600kW       

    額定電壓：6300V

    額定電流：183.2A

    功率因數：0.84

    3.工藝要求：

    現場提供具體工作情況分為以下6種：

    1）一個進鐵口工作需要25萬m³/h；

    2）一個出鐵口工作需要6萬m³/h
；

    3）兩個出鐵口同時打開需要風量12萬m³/h ；

    4）一個進鐵口一個出鐵口同時打開需要風量31萬m³/h；

    5）一個進鐵口兩個出鐵口同時打開需要風量37萬m³/h；

    6）兩個進鐵口同時打開需要風量50萬m³/h。 

 

   1.HARSVERT-A高壓變頻器的原理:

    采用高-高電壓源型單元串聯多電平技術。電網電壓經過副邊多重化的隔離變壓器降壓後給功率單元供電，1600kW/6kV高壓變頻器每相由5個功率單元串聯而成
，輸出相電壓最高可達3500V，線電壓達6kV左右。每個功率單元承受全部的電機電流，但隻提供1/5相電壓和1/15的輸出功率，為單相輸出的交直交PWM電壓源型逆變結構，相鄰功率單元的輸出端串接起來，形成Y接結構，實現變壓變頻的高壓直接輸出，供給高壓電動機。

    meigegonglvdanyuanfenbieyoushurubianyaqideyizufubiangongdian
，gonglvdanyuanzhijianjibianyaqierciraozuzhijianxianghujueyuan
，erciraozucaiyongyanbiansanjiaoxingjiefa，shixianduozhonghua，yidadaojiangdishuruxiebodianliudemude。geigonglvdanyuangongdiandeerciraozumei3個一組，分為5個不同的相位組，互差12度電角度，形成30脈衝的整流電路結構。

    2.本項目共配置1台高壓變頻器，其詳細參數如下：

 

    3.變頻器主回路方案：

    由於風機進風口沒有風門，因此這次改造沒有安裝工頻旁路櫃。即用戶電網直接接高壓變頻器
，然後接電機。

    4.根據混鐵爐的工藝要求，我們在滿足除塵環保要求的前提下
，為簡化控製邏輯，現場PLC直接根據出鐵口
、進鐵口的爐蓋位置開關狀態來控製變頻器的轉速
，變頻器預設3個速度點，根據現場所需風量不同自動調節電機轉速。

    現場送6個開關量信號進PLC，在程序內編程以達到變頻器高、中
、低速運行。

狀態	轉速	1號爐進鐵風口	1號爐出鐵風口	2號爐進鐵風口	2號爐出鐵風口	1號爐大包到小包	2號爐大 包到小包	備注
低速	300 rpm	0	0	0	0	0	0	無設備工作
中速	520 rpm	0	1	0	——	0	0
		0	——	0	1	0	0
高速	680 rpm	1	——	——	——	——	——
		——	——	1	——	——	——
		——	——	——	——	1	——
		——	——	——	——	——	1

    狀態說明：0：風口關閉

           1：風口打開

        ——：任意狀態

    5.加裝變頻器後，由於變頻器自身帶有電機的過流保護
、過載保護、缺相保護
、過電壓保護、接地保護、短路保護、超頻保護、反相保護等，變頻運行時上口高壓櫃保護為備用保護，除變頻器輸入側采用移相變壓器外（其勵磁湧流為額定電流的6-8倍）
，對上口保護無其它特殊要求

；因(yin)此(ci)高(gao)壓(ya)開(kai)關(guan)櫃(gui)繼(ji)電(dian)保(bao)護(hu)隻(zhi)對(dui)變(bian)頻(pin)器(qi)工(gong)頻(pin)旁(pang)路(lu)時(shi)起(qi)主(zhu)要(yao)保(bao)護(hu)
，其(qi)整(zheng)定(ding)值(zhi)可(ke)按(an)正(zheng)常(chang)電(dian)機(ji)保(bao)護(hu)進(jin)行(xing)整(zheng)定(ding)。旁(pang)路(lu)運(yun)行(xing)時(shi)如(ru)將(jiang)進(jin)氣(qi)口(kou)閥(fa)門(men)全(quan)部(bu)關(guan)閉(bi)

，啟(qi)動(dong)過(guo)程(cheng)啟(qi)動(dong)電(dian)流(liu)應(ying)在(zai)電(dian)機(ji)額(e)定(ding)電(dian)流(liu)的(de)6-8倍bei左zuo右you，如ru果guo電dian網wang或huo上shang級ji變bian壓ya器qi容rong量liang較jiao大da能neng承cheng受shou此ci瞬shun間jian衝chong擊ji，可ke以yi不bu外wai加jia任ren何he啟qi動dong設she備bei進jin行xing直zhi接jie工gong頻pin啟qi動dong，如ru果guo不bu能neng承cheng受shou則ze可ke考kao慮lv在zai變bian頻pin器qi工gong頻pin旁pang路lu係xi統tong前qian方fang加jia裝zhuang水shui阻zu或huo電dian抗kang器qi，以yi防fang工gong頻pin啟qi動dong時shi無wu法fa啟qi動dong。本ben項xiang目mu工gong頻pin時shi采cai用yong直zhi接jie啟qi動dong方fang式shi。

    1.由於目前設備使用液力耦合器，考慮到風機運行的穩定性，因此拆除液力耦合器，將電機向前移位采用直接連接方式；duidianjiyiweihouyufengjizhiliandemocapianjieshouzhongxindingzhi

，zhongxinzhizuogangdizuozuoweidianjijichu，tongshiweiquebaoshebeitouyunhoudeanquan，yingquebaodeanzhuangjingdu，baozhengdianjiyufengjizhijiandetongxindu≦0.05mm。

    2.高gao壓ya變bian頻pin器qi主zhu設she備bei安an裝zhuang在zai風feng機ji值zhi班ban室shi內nei
，原yuan高gao壓ya櫃gui至zhi電dian機ji的de高gao壓ya電dian纜lan用yong做zuo改gai造zao時shi高gao壓ya櫃gui至zhi變bian頻pin器qi進jin線xian電dian纜lan，變bian頻pin器qi至zhi電dian機ji高gao壓ya電dian纜lan重zhong新xin敷fu設she
，同tong時shi敷fu設she現xian場changPLC櫃至變頻器控製櫃3根屏蔽控製電纜用於變頻器的遠程啟動、停(ting)車(che)，采(cai)集(ji)現(xian)場(chang)閥(fa)門(men)狀(zhuang)態(tai)信(xin)號(hao)

，實(shi)現(xian)變(bian)頻(pin)器(qi)三(san)段(duan)速(su)的(de)自(zi)動(dong)調(tiao)節(jie)及(ji)變(bian)頻(pin)器(qi)信(xin)號(hao)的(de)反(fan)饋(kui)。此(ci)外(wai)還(hai)需(xu)敷(fu)設(she)一(yi)根(gen)高(gao)壓(ya)櫃(gui)至(zhi)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)控(kong)製(zhi)電(dian)纜(lan)，用(yong)於(yu)高(gao)壓(ya)櫃(gui)合(he)閘(zha)允(yun)許(xu)和(he)高(gao)壓(ya)櫃(gui)緊(jin)急(ji)分(fen)閘(zha)控(kong)製(zhi)。

    3.由於高壓變頻器的IGBT等(deng)功(gong)率(lv)元(yuan)器(qi)件(jian)對(dui)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)要(yao)求(qiu)比(bi)較(jiao)高(gao)
，同(tong)時(shi)本(ben)項(xiang)目(mu)變(bian)頻(pin)器(qi)功(gong)率(lv)較(jiao)大(da)，為(wei)了(le)防(fang)止(zhi)因(yin)溫(wen)度(du)高(gao)而(er)引(yin)起(qi)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)保(bao)護(hu)停(ting)機(ji)，我(wo)廠(chang)采(cai)用(yong)以(yi)下(xia)三(san)種(zhong)措(cuo)施(shi)來(lai)防(fang)止(zhi)室(shi)溫(wen)過(guo)高(gao)：

   （1）櫃頂加裝排風管，使變頻器自身產生的大部分熱量通過排風係統釋放到室外；

   （2）改裝現有的窗戶，進行雙層玻璃保溫；

   （3）加裝一台10匹的工業風冷空調。

    4.施工時間安排見下表

    最終，北京利德華福電氣技術有限公司憑借優質、快捷的售後服務

，順利將設備投入運行，運轉情況良好，整體工程一次性驗收。

   1.上變頻器前後的相關參數統計

    2.工頻用液偶調速狀態下除塵風機的功耗計算：            

       Pd = ×U×I×cosφ = ×6.3×150×0.8=1309.4 kW

       以年運行時間7920小時（約330天）、電價0.5元/度計算，工頻下每年耗電量為1037萬度，每年耗電費為518.5萬元。

   3.變頻狀態下除塵風機的功耗計算：

    （1）高速運行時
，轉速為667rpm：

    考慮到有可能兩座爐同時進鐵水需同時除塵，預計每天高速運行的時間約為12小時（包括變頻器加速時間）。

則P1 = ×U×I×cosφ = ×6.3×110×0.95=1140 kW

    （2）中速運行時
，轉速為520rpm：

    考慮到至少有一個出鐵狀態，每天預計運行10小時。

則P2 = ×U×I×cosφ = ×6.3×45×0.95=466.5 kW

    （3）低速運行時
，轉速為300rpm：

    在不除塵時，隻要保證正常的工作環境和能夠保證正常提速至除塵狀態即可
，每天預計運行2小時。

則P3 = ×U×I×cosφ = ×6.3×4.4×0.95=45.6 kW

    （4）仍以年運行時間7920小時（約330天）、電價0.5元/度計算，則變頻後每年耗電量為697.4萬度，每年耗電費為348.7萬元。

    4.綜上所述，除塵風機上高壓變頻器後較以前工頻液力耦合器調速
，每年可節約電量339.6萬度
，每年節約電費為169.8萬元。

    同時還產生了其他效果：

    1）限製啟動電流


，減少啟動的峰值功率損耗；

    2）改善電網功率因數
，變頻器可使係統的功率因數保持在0.95%以上；

    3）消除了電機因啟動

、停止對機械的衝擊
，延長使用壽命，減少維修；

    4）可使電動機與風機直接相連接

，減少傳動環節的費用

；

    5）電機和風機運轉速度下降
，潤滑條件改善，傳動裝置的故障下降；

    5.投資分析：

    我廠通過高壓變頻節能改造，預計該項目的總投資回報期約在16個月左右
，總投資內容包括設備成本、配件成本、運輸成本、工程設計成本、工程安裝成本
、效果檢測成本、資金融資成本、設備維護成本及風險成本。

    綜合看來,本(ben)套(tao)高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)係(xi)統(tong)的(de)投(tou)入(ru)
，對(dui)提(ti)高(gao)杭(hang)鋼(gang)集(ji)團(tuan)動(dong)力(li)公(gong)司(si)電(dian)能(neng)的(de)使(shi)用(yong)效(xiao)率(lv)，降(jiang)低(di)公(gong)司(si)的(de)生(sheng)產(chan)成(cheng)本(ben)，保(bao)證(zheng)混(hun)鐵(tie)爐(lu)除(chu)塵(chen)風(feng)機(ji)的(de)安(an)全(quan)運(yun)行(xing)以(yi)及(ji)生(sheng)產(chan)工(gong)作(zuo)自(zi)動(dong)化(hua)程(cheng)度(du)的(de)提(ti)高(gao)有(you)著(zhe)積(ji)極(ji)、重要的作用。可以說這是一個產品適用性強,投資回報快的高科技項目。

 

[1].高壓變頻調速係統HARSVERT-A係列技術手冊  北京利德華福電氣技術有限公司

[2].高壓變頻器應用資料彙編－冶金行業           北京利德華福電氣技術有限公司

 

杭州鋼鐵集團   轉爐電氣工程師  盧芬蘭

北京利德華福電氣技術有限公司   技術工程部  晏鶤