高壓變頻器在燒結(jié)廠風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用

黃良升+黃玖明+李翔

【摘 要】為解決柳鋼燒結(jié)廠球團(tuán)礦冷卻風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行時浪費(fèi)嚴(yán)重這一問題，采用高壓變頻器對冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造。論文介紹了高壓變頻器在500kW/6kV冷卻風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用，并取得了良好的運(yùn)行效果和節(jié)能效果。

【Abstract】To solve the problem of serious waste of pellet cooling fan frequency operation in Liuzhou iron and steel company sintering plant， adopts high voltage frequency converter for the transformation of the cooling fan. This paper introduces the application of high voltage inverter in the energy saving transformation of the 500kW/6kV cooling fan， and obtains the good operation effect and energy saving effect.

【關(guān)鍵詞】冷卻風(fēng)機(jī)；電動機(jī)；高壓變頻器；節(jié)能改造

【Keywords】cooling fan； motor； high voltage frequency converter； energy saving reform

【中圖分類號】TF345.4 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）05-0137-02

1 改造現(xiàn)場設(shè)備

柳鋼燒結(jié)廠有4臺球團(tuán)礦冷卻鼓風(fēng)機(jī)，配備電機(jī)型號YKK450-6，400kW/6kV。風(fēng)機(jī)變頻改造前使用高壓柜直接啟動，電機(jī)采用工頻運(yùn)行，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)擋板開度滿足生產(chǎn)風(fēng)量要求，當(dāng)風(fēng)量需求量較小時，大量的能量都被消耗在風(fēng)門擋板上了，同時鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)壓力不穩(wěn)，影響了球團(tuán)礦的冷卻效果。2015年大修技改項目中，對平時風(fēng)門開度較小的1#、2#冷卻鼓風(fēng)機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行改造。

2 變頻調(diào)速的節(jié)能原理

變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：n=60f（1-s）/p，（式中，n為轉(zhuǎn)速、f為輸入頻率、s為電機(jī)轉(zhuǎn)差率、p為電機(jī)磁極對數(shù)），變頻器通過改變電動機(jī)工作電源頻率f達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。異步電動機(jī)變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬、平滑性較高、機(jī)械特性較硬的優(yōu)點，目前變頻調(diào)速已成為異步電動機(jī)最主要的調(diào)速方式，在很多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)流體力學(xué)相似定律：

Q1/Q2=n1/n2 輸出風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速n成正比；

H1/H2=（n1/n2）2 輸出壓力H與轉(zhuǎn)速n2正比；

P1/P2=（n1/n2）3輸出軸功率P與轉(zhuǎn)速n3正比。

當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量需要改變時，如調(diào)節(jié)風(fēng)門的開度，則會使大量電能白白消耗在擋板上，如采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量，可使軸功率隨風(fēng)量的減小大幅度下降?？梢?，通過變頻對風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制，不但節(jié)能而且大大提高了設(shè)備運(yùn)行性能。

3 變頻調(diào)速改造方案

3.1 高壓變頻器的選型

我們選用2臺北京合康億盛科技有限公司研發(fā)的HIVERT—Y系列高壓變頻器，該變頻器已成功應(yīng)用于鋼鐵、電力、水泥等行業(yè)，滿足現(xiàn)場電動機(jī)軟起及調(diào)速的要求。HIVERT系列高壓變頻器采用交-直-交直接高壓方式，變頻器主電路的開關(guān)元件為IGBT，采用功率單元串聯(lián)，疊波升壓，具有很高的可靠性。本次改造選用的2臺變頻器型號為HIVERT-Y06/061，具有15個功率單元，配置移相變壓器副邊繞組分5級，每級電壓為690V，相互間移相12°，構(gòu)成30脈沖整流方式，此變頻器結(jié)構(gòu)上分為控制柜、功率單元柜、變壓器柜、旁路柜。

3.2 主回路變頻改造

燒結(jié)廠球團(tuán)礦1#、2#冷卻鼓風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)改造的主回路采用一拖一的方式，在原有的高壓斷路器與電動機(jī)之間串入高壓變頻器，同時每套變頻系統(tǒng)都設(shè)計一套工頻旁路，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障需要停機(jī)檢修時，可以切換到工頻旁路開機(jī)，以保持風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行[1]，不因變頻器故障而停機(jī)，提高系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)采用變頻器方式運(yùn)行，6kV高壓電源經(jīng)高壓斷路器QF送到變頻旁路柜，再經(jīng)旁路柜的輸入刀閘QS1送到高壓變頻裝置，經(jīng)過變頻調(diào)速后的輸出電源經(jīng)過刀閘QS22送至電動機(jī)；當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障，采用工頻旁路運(yùn)行方式，6kV電源經(jīng)高壓斷路器QF到刀閘柜，再經(jīng)旁路柜刀閘QS21直接啟動電動機(jī)。

3.3 風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)改造

控制系統(tǒng)增加了變頻方式和旁路方式選擇切換開關(guān)，用于變頻和旁路運(yùn)行的切換，增加了變頻方式啟動、停止控制系統(tǒng)，而旁路方式的啟動、停止采用原有的控制系統(tǒng)，保證風(fēng)機(jī)的可靠連續(xù)運(yùn)行[1]。操作方面，采用了三地控制方式，可在變頻器控制屏對控制方式進(jìn)行選擇：

選擇本地控制：通過變頻器控制屏對變頻器進(jìn)行啟停操作和頻率調(diào)節(jié)。

選擇上位控制：通過RS485通信接口與上位機(jī)連接，對變頻器進(jìn)行啟停操作和頻率調(diào)節(jié)。

選擇遠(yuǎn)程控制：通過I/O接口板與操作室控制柜硬接線控制，對其進(jìn)行啟停操作和頻率調(diào)節(jié)。

4 改造節(jié)能效果

1#、2#冷卻鼓風(fēng)機(jī)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)改造項目于2015年6月完成，變頻器器當(dāng)月投入生產(chǎn)，至今運(yùn)行正常。變頻器使用后，提高了電機(jī)的效率，功率因素在0.97以上，正常生產(chǎn)運(yùn)行頻率都在40Hz以下，風(fēng)機(jī)工作平穩(wěn)，電動機(jī)、風(fēng)機(jī)軸磨損減少，延長了電動機(jī)、風(fēng)機(jī)使用壽命。最明顯的節(jié)能體現(xiàn)在運(yùn)行電流的變化上，當(dāng)采用工頻運(yùn)行時，風(fēng)門開度為50%，電機(jī)全速運(yùn)行，平均電流為25A。而采用變頻運(yùn)行時，風(fēng)門開度為100%，通過降低電機(jī)運(yùn)行頻率，減小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速而減小風(fēng)量，減小運(yùn)行電流，從而達(dá)到節(jié)電效果。通過跟蹤實際數(shù)據(jù)知道風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率保持在32Hz左右即可滿足生產(chǎn)需求，此時的運(yùn)行電流為8A左右。表1記錄了1#、2#冷卻風(fēng)機(jī)變頻改造后運(yùn)行12個月的平均數(shù)據(jù)。

根據(jù)運(yùn)行電流可以計算出工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行電機(jī)實際消耗的平均有功功率。

工頻運(yùn)行實際消耗的平均有功功率P工=1.732 UI cosφη=1.732×6×25×0.87×0.9=203.4kW

0.9為系統(tǒng)功率因素調(diào)整系數(shù)，25為風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行時的平均電流。

1#冷卻風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行實際消耗的平均有功率P變1=1.732 UI1cosφη=1.732×6×7.4×0.97×0.98=73.1kW

2#冷卻風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行實際消耗的平均有功率P變2=1.732 UI2cosφη=1.732×6×8.2×0.97×0.98=81.0kW

按全年運(yùn)行350天，每天運(yùn)行24小時，每度電0.5元計算，1#冷卻風(fēng)機(jī)全年節(jié)電費(fèi)用計算如下：

（203.4kW-73.1kW）×24h×350×0.5元/kW·h=547358元。

2#冷卻風(fēng)機(jī)全年節(jié)電費(fèi)用計算如下：

（203.4kW-81.0kW）×24h×350×0.5元/kW·h=514080元。

這樣一年兩臺風(fēng)機(jī)共節(jié)約100余萬元，節(jié)電效果非常明顯。

5 結(jié)語

通過一年來的實踐，采用HIVERT—Y系列高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)對風(fēng)機(jī)風(fēng)量進(jìn)行控制，取代傳統(tǒng)的擋風(fēng)板來控制風(fēng)量，特別是低負(fù)荷時，可以取得相當(dāng)顯著的節(jié)能效果。該變頻調(diào)速系統(tǒng)具有極高的調(diào)速精度，足以滿足調(diào)速工藝的需要。實踐證明該調(diào)速節(jié)能技術(shù)方案具有極大的優(yōu)越性和推廣性。

【參考文獻(xiàn)】

【1】李俊.高壓變頻器在循環(huán)風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用[J].水泥，2015（04）：55-56.