【摘要】本文結(jié)合混鐵爐轉(zhuǎn)爐除塵風(fēng)機(jī)的生產(chǎn)工藝，綜述了高壓變頻器的性能特點(diǎn)及系統(tǒng)原理，同時(shí)詳細(xì)說明了整體施工方案，從而證實(shí)了變頻器在杭鋼有著很大的節(jié)電效果。
【關(guān)鍵詞】混鐵爐 高壓變頻器 交鑰匙工程 節(jié)能降耗
一、引言
杭州鋼鐵集團(tuán)轉(zhuǎn)爐煉鋼廠設(shè)置兩座600T混鐵爐，且有一個(gè)傾翻工位和一個(gè)大包倒小包工位。每座混鐵爐設(shè)有一個(gè)進(jìn)鐵口和一個(gè)出鐵口，傾翻工位相當(dāng)于混鐵爐進(jìn)鐵口。當(dāng)混鐵爐進(jìn)鐵或出鐵時(shí)，高溫的鐵水會(huì)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作的工人不利，另一方面也對(duì)環(huán)境造成了巨大的污染。混鐵爐多種進(jìn)出鐵工況條件下風(fēng)量隨時(shí)變化，因此該除塵風(fēng)機(jī)需要多種速度來適應(yīng)。在以前的運(yùn)行過程中，由于一方面液力耦合器不能適應(yīng)頻繁的調(diào)速，另一方面原設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)閥門信號(hào)與風(fēng)機(jī)調(diào)速控制分屬兩個(gè)控制系統(tǒng)，兩者之間沒有信號(hào)聯(lián)系。因此原有除塵風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式基本為恒速運(yùn)行，其運(yùn)行轉(zhuǎn)速保持在約680rpm左右，運(yùn)行電流約在150A，僅通過現(xiàn)場(chǎng)閥門及爐蓋開啟來達(dá)到除塵效果，同時(shí)為防止閥門全部關(guān)閉造成風(fēng)機(jī)振動(dòng)過大，其中一臺(tái)大包倒小包閥門始終打開，大量風(fēng)量直接排空，導(dǎo)致大量有功功率浪費(fèi)。此外液力耦合器低速運(yùn)行時(shí)效率低下，為了提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率，節(jié)能降耗，必須對(duì)風(fēng)機(jī)調(diào)速控制進(jìn)行改進(jìn)。
近幾年隨著國內(nèi)高壓變頻器技術(shù)的進(jìn)步，變頻器的性價(jià)比和穩(wěn)定性有很大幅度的提升，經(jīng)過考察，我廠最終選擇了北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVEST-A系列高壓變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。該項(xiàng)目采用節(jié)能還款合同形式，由杭州亞泰投資公司投資，整體項(xiàng)目為交鑰匙工程，于2006年12月份安裝調(diào)試完畢投入運(yùn)行，至今已穩(wěn)定運(yùn)行近四個(gè)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(jī)參數(shù)介紹
1.混鐵爐除塵風(fēng)機(jī)工況：
混鐵爐系統(tǒng)除塵設(shè)計(jì)風(fēng)量：66萬m3/h
風(fēng)道漏風(fēng)損耗率設(shè)計(jì)： 10％
進(jìn)鐵水（或大包倒小包）除塵需要風(fēng)量：25萬m3/h
出鐵水除塵需要風(fēng)量： 6萬m3/h
進(jìn)鐵水除塵需要時(shí)間：約10分鐘/次
出鐵水除塵需要時(shí)間：約3分鐘/次
日出鐵水總次數(shù)：約180次
日進(jìn)鐵水總次數(shù)：約120次
進(jìn)鐵時(shí)，當(dāng)捕集罩關(guān)到位后，相應(yīng)的閥門打開。出鐵時(shí)，混鐵爐離開零位后，相應(yīng)的出鐵口閥門打開。
2.混鐵爐除塵風(fēng)機(jī)主電機(jī)的技術(shù)參數(shù)如下：
電機(jī)型號(hào)：Y710－8
額定功率：1600kW
額定電壓：6300V
額定電流：183.2A
功率因數(shù)：0.84
3.工藝要求：
現(xiàn)場(chǎng)提供具體工作情況分為以下6種：
1）一個(gè)進(jìn)鐵口工作需要25萬m3/h；
2）一個(gè)出鐵口工作需要6萬m3/h；
3）兩個(gè)出鐵口同時(shí)打開需要風(fēng)量12萬m3/h ；
4）一個(gè)進(jìn)鐵口一個(gè)出鐵口同時(shí)打開需要風(fēng)量31萬m3/h；
5）一個(gè)進(jìn)鐵口兩個(gè)出鐵口同時(shí)打開需要風(fēng)量37萬m3/h；
6）兩個(gè)進(jìn)鐵口同時(shí)打開需要風(fēng)量50萬m3/h。
三、高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)改造方案：
1.HARSVERT-A高壓變頻器的原理:
采用高-高電壓源型單元串聯(lián)多電平技術(shù)。電網(wǎng)電壓經(jīng)過副邊多重化的隔離變壓器降壓后給功率單元供電，1600kW/6kV高壓變頻器每相由5個(gè)功率單元串聯(lián)而成，輸出相電壓最高可達(dá)3500V，線電壓達(dá)6kV左右。每個(gè)功率單元承受全部的電機(jī)電流，但只提供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(jié)構(gòu)，相鄰功率單元的輸出端串接起來，形成Y接結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)變壓變頻的高壓直接輸出，供給高壓電動(dòng)機(jī)。
每個(gè)功率單元分別由輸入變壓器的一組副邊供電，功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣，二次繞組采用延邊三角形接法，實(shí)現(xiàn)多重化，以達(dá)到降低輸入諧波電流的目的。給功率單元供電的二次繞組每3個(gè)一組，分為5個(gè)不同的相位組，互差12度電角度，形成30脈沖的整流電路結(jié)構(gòu)。
2.本項(xiàng)目共配置1臺(tái)高壓變頻器，其詳細(xì)參數(shù)如下：
3.變頻器主回路方案：
由于風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口沒有風(fēng)門，因此這次改造沒有安裝工頻旁路柜。即用戶電網(wǎng)直接接高壓變頻器，然后接電機(jī)。
4.根據(jù)混鐵爐的工藝要求，我們?cè)跐M足除塵環(huán)保要求的前提下，為簡(jiǎn)化控制邏輯，現(xiàn)場(chǎng)PLC直接根據(jù)出鐵口、進(jìn)鐵口的爐蓋位置開關(guān)狀態(tài)來控制變頻器的轉(zhuǎn)速，變頻器預(yù)設(shè)3個(gè)速度點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所需風(fēng)量不同自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。
現(xiàn)場(chǎng)送6個(gè)開關(guān)量信號(hào)進(jìn)PLC，在程序內(nèi)編程以達(dá)到變頻器高、中、低速運(yùn)行。
狀態(tài)說明：0：風(fēng)口關(guān)閉
1：風(fēng)口打開
——：任意狀態(tài)
5.加裝變頻器后，由于變頻器自身帶有電機(jī)的過流保護(hù)、過載保護(hù)、缺相保護(hù)、過電壓保護(hù)、接地保護(hù)、短路保護(hù)、超頻保護(hù)、反相保護(hù)等，變頻運(yùn)行時(shí)上口高壓柜保護(hù)為備用保護(hù)，除變頻器輸入側(cè)采用移相變壓器外（其勵(lì)磁涌流為額定電流的6-8倍），對(duì)上口保護(hù)無其它特殊要求；因此高壓開關(guān)柜繼電保護(hù)只對(duì)變頻器工頻旁路時(shí)起主要保護(hù)，其整定值可按正常電機(jī)保護(hù)進(jìn)行整定。旁路運(yùn)行時(shí)如將進(jìn)氣口閥門全部關(guān)閉，啟動(dòng)過程啟動(dòng)電流應(yīng)在電機(jī)額定電流的6-8倍左右，如果電網(wǎng)或上級(jí)變壓器容量較大能承受此瞬間沖擊，可以不外加任何啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行直接工頻啟動(dòng)，如果不能承受則可考慮在變頻器工頻旁路系統(tǒng)前方加裝水阻或電抗器，以防工頻啟動(dòng)時(shí)無法啟動(dòng)。本項(xiàng)目工頻時(shí)采用直接啟動(dòng)方式。
四、交鑰匙工程整體施工方案：
1.由于目前設(shè)備使用液力耦合器，考慮到風(fēng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，因此拆除液力耦合器，將電機(jī)向前移位采用直接連接方式；對(duì)電機(jī)移位后與風(fēng)機(jī)直聯(lián)的磨擦片接手重新定制，重新制作鋼底座作為電機(jī)基礎(chǔ)，同時(shí)為確保設(shè)備投運(yùn)后的安全，應(yīng)確保的安裝精度，保證電機(jī)與風(fēng)機(jī)之間的同心度≦0.05mm。
2.高壓變頻器主設(shè)備安裝在風(fēng)機(jī)值班室內(nèi)，原高壓柜至電機(jī)的高壓電纜用做改造時(shí)高壓柜至變頻器進(jìn)線電纜，變頻器至電機(jī)高壓電纜重新敷設(shè)，同時(shí)敷設(shè)現(xiàn)場(chǎng)PLC柜至變頻器控制柜3根屏蔽控制電纜用于變頻器的遠(yuǎn)程啟動(dòng)、停車，采集現(xiàn)場(chǎng)閥門狀態(tài)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)變頻器三段速的自動(dòng)調(diào)節(jié)及變頻器信號(hào)的反饋。此外還需敷設(shè)一根高壓柜至變頻器的控制電纜，用于高壓柜合閘允許和高壓柜緊急分閘控制。
3.由于高壓變頻器的IGBT等功率元器件對(duì)環(huán)境溫度要求比較高，同時(shí)本項(xiàng)目變頻器功率較大，為了防止因溫度高而引起變頻器的保護(hù)停機(jī)，我廠采用以下三種措施來防止室溫過高：
（1）柜頂加裝排風(fēng)管，使變頻器自身產(chǎn)生的大部分熱量通過排風(fēng)系統(tǒng)釋放到室外；
（2）改裝現(xiàn)有的窗戶，進(jìn)行雙層玻璃保溫；
（3）加裝一臺(tái)10匹的工業(yè)風(fēng)冷空調(diào)。
4.施工時(shí)間安排見下表
最終，北京利德華福電氣技術(shù)有限公司憑借優(yōu)質(zhì)、快捷的售后服務(wù)，順利將設(shè)備投入運(yùn)行，運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好，整體工程一次性驗(yàn)收。
五、節(jié)能測(cè)算及投資分析：
1.上變頻器前后的相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計(jì)
2.工頻用液偶調(diào)速狀態(tài)下除塵風(fēng)機(jī)的功耗計(jì)算：
（4）仍以年運(yùn)行時(shí)間7920小時(shí)（約330天）、電價(jià)0.5元/度計(jì)算，則變頻后每年耗電量為697.4萬度，每年耗電費(fèi)為348.7萬元。
4.綜上所述，除塵風(fēng)機(jī)上高壓變頻器后較以前工頻液力耦合器調(diào)速，每年可節(jié)約電量339.6萬度，每年節(jié)約電費(fèi)為169.8萬元。
同時(shí)還產(chǎn)生了其他效果：
1）限制啟動(dòng)電流，減少啟動(dòng)的峰值功率損耗；
2）改善電網(wǎng)功率因數(shù)，變頻器可使系統(tǒng)的功率因數(shù)保持在0.95%以上；
3）消除了電機(jī)因啟動(dòng)、停止對(duì)機(jī)械的沖擊，延長(zhǎng)使用壽命，減少維修；
4）可使電動(dòng)機(jī)與風(fēng)機(jī)直接相連接，減少傳動(dòng)環(huán)節(jié)的費(fèi)用；
5）電機(jī)和風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度下降，潤滑條件改善，傳動(dòng)裝置的故障下降；
5.投資分析：
我廠通過高壓變頻節(jié)能改造，預(yù)計(jì)該項(xiàng)目的總投資回報(bào)期約在16個(gè)月左右，總投資內(nèi)容包括設(shè)備成本、配件成本、運(yùn)輸成本、工程設(shè)計(jì)成本、工程安裝成本、效果檢測(cè)成本、資金融資成本、設(shè)備維護(hù)成本及風(fēng)險(xiǎn)成本。
六、結(jié)束語：
綜合看來,本套高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的投入，對(duì)提高杭鋼集團(tuán)動(dòng)力公司電能的使用效率，降低公司的生產(chǎn)成本，保證混鐵爐除塵風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行以及生產(chǎn)工作自動(dòng)化程度的提高有著積極、重要的作用。可以說這是一個(gè)產(chǎn)品適用性強(qiáng),投資回報(bào)快的高科技項(xiàng)目。
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(cè) 北京利德華福電氣技術(shù)有限公司
[2].高壓變頻器應(yīng)用資料匯編－冶金行業(yè) 北京利德華福電氣技術(shù)有限公司
作者簡(jiǎn)介
杭州鋼鐵集團(tuán) 轉(zhuǎn)爐電氣工程師 盧芬蘭
北京利德華福電氣技術(shù)有限公司 技術(shù)工程部 晏鹍
