高壓變頻在混鐵爐除塵的應用

邯鄲鋼鐵集團一煉鋼廠設置1#和2#兩個混鐵爐，每個混鐵爐設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生劇烈的化學反應，產生大量的煙氣。一方面對現場操作的工人不利，另一方面也對環境造成了巨大的污染。為改善現場環境，降低污染，需要對混鐵爐的兌鐵、出鐵進行除塵改造。該除塵設施配置Y4-73№29.5F除塵風機一臺（配套電機功率800kw），混鐵爐除塵風機需要五種風量來適應混鐵爐兌出鐵工藝要求，為了提高風機的運行效率，節能降耗，必須對風機進行調速控制。東方工業環保有限公司負責該混鐵爐項目總承包，在以前的類似除塵項目中，多采用液力耦合器進行調速。近幾年隨著高壓變頻技術的進步，高壓變頻器的性價比有很大幅度的提升，液力耦合器逐漸失去優勢，最終無錫東方選購了北京利德華福電氣技術有限公司生產的Harsvert-A系列高壓變頻器對風機進行調速控制。混鐵爐除塵風機高壓變頻器于2003年4月份調試完畢投入運行，至今已穩定運行一年多。

一.除塵風機工藝要求

　　邯鄲鋼鐵集團一煉鋼1#和2#兩個混鐵爐，當混鐵爐既不兌鐵也不出鐵時不需要風量；當混鐵爐工作時，一個兌鐵口兌鐵需要風量35萬m3/h；一個出鐵口出鐵需要風量15萬m3/h；兩臺爐出鐵口同時出鐵需要風量30萬m3/h；當一臺混鐵爐的兌鐵口和出鐵口同時兌鐵出鐵時需要風量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兩種規格，每罐兌鐵時間為4-6min；

　　出鐵：按三臺煉鋼轉爐同時生產20爐/班計算，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為風機升速時間；D到F為兩個出鐵口出鐵時間，其中D到E為風機升速時間；F到H為一個兌鐵口兌鐵時間，其中F到G為風機升速時間；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為風機升速時間；風機升速時可以根據需要跨越任一升速點；J點風機開始減速。J到L為一個兌鐵口兌鐵、一個出鐵口出鐵轉換為一個兌鐵口兌鐵時間，其中J到K為風機減速時間；L到N為一個兌鐵口兌鐵轉換為兩個出鐵口出鐵時間，其中L到M為風機減速時間；N到P為兩個出鐵口出鐵轉換為一個出鐵口出鐵時間，其中N到O為風機減速時間；P到R為一個出鐵口出鐵轉換為既不出鐵也不兌鐵時間，其中P到Q為風機減速時間；Q到R為既不兌鐵也不出鐵時間。

二.調速要求

　　為簡化控制邏輯，現場直接根據出鐵口、兌鐵口的開關狀態來控制變頻器的轉速，變頻器預設5個速度點，根據現場所需風量不同自動調節電機轉速。

　　變頻器內置PLC和中文的人機界面給現場調試工作帶來很大便利，調試周期大大縮短。各種參數設置十分方便，根據現場煙氣的多少，可以及時調整各速度段點的風量，除塵改造后，現場條件大為改善。

三.節能計算

　　根據變頻器的運行記錄，統計風機在一天中各速度段的運行時間，得到如下運行數據：

　　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機所消耗的電能為：

　　48.2×3+208.7×7+315.1×4+198.6×7+519.6×3＝4694.9 kW·h

　　電價按0.4元計算，整個系統按照一年運行300天計算，則一年的電費為：

　　4694.9×0.4×300＝56.3388萬元

　　如果不使用變頻器，電機始終工頻運行，則一年的電費為：

　　P＝1.732×6×76×0.8=631.8kW

　　631.8×24×300×0.4=182萬元

　　節約電費約為：125.7萬元

　　說明：以上計算僅為初步的理論計算，變頻器節能情況是根據試運行時的數據計算，與具體運行情況存在偏差。

四.應用高壓變頻調速系統產生的其他效果

　　改善了工藝。投入變頻器后除塵風機可以非常平滑穩定的調整風量，運行人員可以自如的調控，除塵風機運行參數得到了改善，提高了效率。

　　延長電機和風機的使用壽命。一般除塵風機均為離心式風機，啟動時間長，啟動電流大（約6～8倍額定電流），對電機和風機的機械沖擊力很大，嚴重影響其使用壽命。而采用變頻調速后，可以實現軟起動和軟制動，對電機幾乎不產生沖擊，可大大延長機械的使用壽命。

　　減少閥門機械和風機葉輪的磨損。安裝變頻調速后，風機經常工作在比原來定速時低150轉/分的轉速下運行，因此，大大減少了風機葉輪的磨損，減少了風機振動。延長風機的大修周期，節省檢修費用和時間。

　　便于實現除塵控制系統自動化。除塵系統的的風量經常需要根據工藝的要求變化，在過去用擋板調節時，存在執行機構的開度與流量的關系曲線的線形問題。往往由于執行機構的磨損量過大，閥門特性發生變化，出現非線形問題，致使調節過程失誤，自動控制系統無法正常工作。而變頻調速始終保持在線形高精度0.1～0.01HZ的范圍內工作，為實現除塵系統的自動化創造優越條件。

五.調試經驗總結：

　　1、變頻器同現場設備的接口要主要抗干擾問題。變頻器受除塵系統的PLC控制，變頻器提供的4路模擬輸出2路進入控制柜上的儀表進行顯示，2路進入PLC中參與各項保護。現場調試時發現，進入儀表的信號顯示無誤，而進入除塵系統PLC的信號卻時有時無。現場測量PLC的模擬輸出信號，一切正常。后來將除塵系統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多電平技術，前端設有一臺干式變壓器。在邯鋼項目中使用的干式變壓器為F級絕緣的環氧澆注變壓器，按變壓器的使用說明書，合閘涌流應在6倍以內。變頻器上級的高壓開關的速斷保護按照7倍整定，但給變頻器送電時有時正常，有時高壓開關的速斷保護動作造成無法正常送電。后來將速斷保護的定值由7倍增加到11倍，問題才得到解決。
 
結束語：

　　利德華福從1999年開始進入高壓變頻器領域，至今已有5個年頭了，目前近200臺的應用業績，也可算走出了國產高壓變頻器大規模應用的一小步。在冶金行業的應用達到30多臺，為冶金行業的節能環保做出了自己的貢獻。我們認為目前高壓變頻器正逐步取代液力耦合器的傳統應用領域，隨著高壓變頻器的大規模應用，性價比不斷提高，最終變頻器將會取代液力耦合器而成為電機調速的最佳選擇。

參考文獻：　
1、《高壓變頻調速系統HARSVERT-A系列技術手冊》　
2、《HARSVERT-A高壓變頻器現場調試大綱》　
3、《HARSVERT-A高壓變頻器邯鋼調試報告》