【摘要】本文講述了高壓變頻器在煉鐵除塵系統中的改造分析以及經濟效益分析。
【Abstract】 This article narrated the high-pressured frequency changer in iron-smelting dust removal system transformation analysis as well as the economic efficiency analysis.
【關鍵詞】
煉 鐵 高壓變頻器 效益分析
【Key word】 Iron-smelting high pressure frequency changer benefit analysis
1、 前言
攀枝花新鋼釩股份有限公司煉鐵廠4號高爐設計容積：1350m3，并罐式爐頂，皮帶上料，4座熱風爐送風。高爐設計利用系數：2.25t（m3.d）,焦比:440kg/t.Fe,年平均風溫：1200℃。在大修前，4號高爐已經連續運行13年。高爐已進入爐役后期，嚴重威脅高爐的生產安全，且每年的維護費用逐年上升，在此情況下，為滿足攀鋼集團的總體發展，為高爐實現攀鋼集團公司提出的“高產、優質、低耗、長壽”的目標，最后集團公司決定對4號高爐在原地自然擴容大修。同時新建一套高爐除塵系統，設置一套全新的負壓式除塵器。采用2臺脈沖布袋除塵器和2臺風機并聯運行方式。為了經濟效益，實現自動控制，減少維護費用，其中1＃除塵風機采用東方日立（成都）電控設備有限公司生產的高壓變頻器（DFCVERT-MV2240/6B）調速。
2、 DFCVERT-MV高壓變頻器的性能特點。
2．1 變頻改造的電機系統原理圖如圖1所示
1.QS1、QS2為刀閘隔離開關,其中QS2單刀雙擲開關。
2.變頻切換工頻過程：先斷QF1，斷隔離刀閘QS1、QS2，再合QF1，電機工頻運行。
3.工頻切換變頻過程：先斷QF1，合隔離刀閘QS1、QS2，再合QF1，變頻器帶電機變頻運行。
2．2 變頻器的工作原理 DFCVERT-MV系列變頻器是由多個功率單元串聯而成，以6kV每相八單元串聯為例,電壓疊加如圖2所示。每相由八個相同的功率單元串聯而成，相電壓為3464V；每個功率單元輸出有效值Ve＝433V，峰值輸出電壓Vp= Ve＝612V。
圖2 6kV變頻器電壓疊加示意圖
2．3 功率單元電氣原理 功率單元主要由三相橋式整流器、電容器組、IGBT逆變橋構成，同時還包括驅動、保護、監測、通訊等組件的控制電路。通過控制IGBT的工作狀態，輸出PWM電壓波形，原理圖如圖3。
2．4 變頻器系統配置原理 每個功率單元都是由低壓絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）構成的三相輸入，單相輸出的低壓PWM電壓型逆變器。功率單元電路見圖3。每個功率單元輸出電壓為1、0、－1三種狀態電平，每相8個單元疊加，就可產生17種不同的電平等級，分別為±8、±7、±6、±5、±4、±3、±2、±1和0。圖4為一相合成的正波輸出電壓波形。此種多級串聯電壓型變頻器，采用功率單元串聯，而不是用傳統的器件串聯來實現高壓輸出，所以不存在器件均壓的問題。每個功率單元承受全部的輸出電流，但僅承受1/8的輸出相電壓和1/24的輸出功率。8對依次相移7.5°的三角載波對基波電壓進行調制，如：對A相基波調制所得的8個信號，分別控制A1～A8八個功率單元，線電壓波型具有33階梯電平，它相當于48脈波變頻，理論上47次以下的諧波都可以抵消，總的電壓和電流失真率可分別低于1.2％和0.8％，堪稱無諧波污染變頻器。變頻器同一相的功率單元輸出相同的基波電壓，串聯各單元之間的載波錯開一定的相位，每個功率單元的IGBT開關頻率若為600Hz，則當8個功率單元串聯時，等效的輸出相電壓開關頻率為9.6kHz。功率單元采用低的開關頻率可以降低開關損耗，而高的等效輸出開關頻率和多電平可以大大改善輸出波形。波形的改善除減小輸出諧波外，還可以降低噪聲、dv/dt值和電機的轉矩脈動。所以這種變頻器對電機無特殊要求，可用于普遍籠型電機，且不必降額使用，對輸出電纜長度也無特殊限制。
3、 系統的工藝分析和節能分析。攀鋼煉鐵廠4號高爐的出鐵場除塵系統工藝流程圖如圖5，
系統設計風量1450000 m3/h,依據＃4高爐煉鐵工藝的要求，約兩小時左右煉一爐鐵，除塵風機由于生產工藝的要求需要在煉鐵時停止除塵，在出鐵時開始除塵，也就是說變頻調速裝置要在煉鐵時低速（20Hz）運行（煉鐵時間大約70分鐘），出鐵時高速（50Hz）運行（出鐵時間大約50分鐘）。另外，4號高爐的除塵系統采用的時兩個除塵風機除塵，兩個除塵風機的電機的工況一樣，但只有一臺安裝有變頻調速裝置，可以進行節能比較。由于5、6、7月為4號高爐的調試時間，數據不準并對耗電量的計算有影響，但進入8月份后高爐運行正常，4號高爐的8月份出鐵量時98283噸，1號除塵風機電機（采用東方日立變頻調速）的耗電量是729029千瓦小時，2號除塵風機電機（不采用變頻調速）的耗電量是1066990千萬小時，依據以上數據電費在0.45元/度的情況下,那么每月估算節約的電費約為15萬元左右。
4、 引用變頻器的優越性 改裝置于2004年5月底一次性投入了生產運行，運行至今，充分體現出該裝置的先進性，主要的特點如下：
該裝置性能穩定，工作可靠，操作簡便，大大減輕了運行人員的勞動強度；
變頻風機實現了軟啟動，風機在低頻下起動，電流很小，避免了原來在較大慣性負荷情況下，數倍于額定起動電流對電網和機械設備的沖擊；
提高了功率因數，功率因數在0.95以上；
風機轉速的降低，減緩了風機葉輪、軸承和密封件的磨損，變頻風機的轉動明顯好于其他的工頻風機，有利于延長電機和風機的使用壽命；
低輸入諧波。
大量節能,經濟效益顯著。
5、 結論 通過這幾個月的運行，證明DFCVERT-MV2240/6B高壓變頻器性能好，可靠性比較高，節能非常明顯，短期內就能收回成本，而且大大改善了工藝條件，提高了生產效率，說明在煉鐵除塵系統改造是非常成功的，同時在煉鐵行業除塵系統有很好的推廣價值。
參考文獻：[1] 吳忠智 吳加林 變頻器應用手冊 機械工業出版社
[2] 用戶手冊 東方日立（成都）電控設備有限公司
作者簡介：張 黎 男 工程師 長期從事高壓變頻器設計、調試工作
朱躍青 男 工程師 長期從事設備煉鐵、煉鋼廠電氣設備調試工作
