高壓變頻器在高爐除塵風(fēng)機(jī)上應(yīng)用

洪偉

摘要：本文通過對高爐鐵口除塵風(fēng)機(jī)改造方案的闡述以及節(jié)能效果對比，說明在滿足高爐環(huán)境除塵的基礎(chǔ)上，高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在除塵風(fēng)機(jī)應(yīng)用技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，以及實(shí)際運(yùn)行效果。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器；風(fēng)機(jī)

Abstract：This paper expounds the advantages of the high voltage variable frequency speed regulating system in the application of the dust fan and the actual operation effect on the basis of satisfying the blast furnace environmental dust removal on the basis of the exposition of the revamping scheme of the blast furnace dedusting fan and the comparison of the energy saving effect.

Keyword ：High；voltage inverter；draught fan

一、前言

A、B高爐鐵口環(huán)境除塵現(xiàn)各有10kV 2800kW風(fēng)機(jī)1臺，啟動方式均為磁控軟啟動。原高壓開關(guān)柜型號：KYN28-12型，額定工作電流：1250A，風(fēng)機(jī)調(diào)速通過液偶調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行。

二、系統(tǒng)方案

所有高壓硬件系統(tǒng)立足高爐主控樓原高壓配電室的預(yù)留空間上，在預(yù)留位置各設(shè)置一套高壓變頻控制裝置，替代原來低效的液偶調(diào)節(jié)裝置。變頻器控制系統(tǒng)以通訊方式與主系統(tǒng)PLC通訊（原PLC系統(tǒng)增加通訊模塊），根據(jù)出鐵場除塵風(fēng)量需求變頻調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

變頻控制裝置的主回路圖如圖1所示：高壓變頻器內(nèi)部采用西門子系列PLC控制，便于控制功能的實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)擴(kuò)展和網(wǎng)絡(luò)通訊的實(shí)現(xiàn)。變頻器主機(jī)通過I/O板與控制室的PLC系統(tǒng)及工控計算機(jī)實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS-DP總線的網(wǎng)絡(luò)連接。

三、高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的裝置設(shè)計

3.1高壓變頻其系統(tǒng)原理

根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，高壓電機(jī)的負(fù)載設(shè)備在生產(chǎn)過程中必須進(jìn)行調(diào)速。調(diào)速方式由原來中間環(huán)節(jié)調(diào)速（液偶調(diào)節(jié)裝置）改為對高壓電機(jī)本身進(jìn)行調(diào)速，按照異步電機(jī)轉(zhuǎn)速公式：n=（1-s）60f/ps：滑差p：電機(jī)級對數(shù)f：電機(jī)供電頻率；由公式可知對電機(jī)調(diào)速方法多動多樣，高壓變頻調(diào)速是手段之一。

設(shè)計采用合康HIVERT系列通用高壓變頻器，該調(diào)速系統(tǒng)采用功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬于高-高電壓源型變頻器。變頻器主要由移向變壓器、功率模塊和控制單元三部分組成。與現(xiàn)場高壓控制柜、旁路柜、I/O接口、工業(yè)控制計算機(jī)共同完成對異步電動機(jī)的數(shù)據(jù)采集及控制。變頻器系統(tǒng)圖見圖2，變頻器輸入側(cè)采用多重化移向變壓器實(shí)現(xiàn)隔離和諧波抵消。無須功率因數(shù)補(bǔ)償、諧波抑制裝置，多脈沖整流技術(shù)的應(yīng)用使得變頻器電網(wǎng)側(cè)諧波可滿足IEEE519-1992標(biāo)準(zhǔn)和GB/T14549-93標(biāo)準(zhǔn)。變頻器輸出采用多個功率單元移向式PWM波形輸出串聯(lián)疊加，得到多電平高壓，實(shí)現(xiàn)較低的輸出電壓諧波、共模電壓和dv/dt。無須附加輸出濾波裝置，不會對電機(jī)的絕緣、軸承造成損害，可直接驅(qū)動普通鼠籠式、繞線式異步電動機(jī)和同步電機(jī)。

3.2控制系統(tǒng)改造

在原先后臺監(jiān)控機(jī)中新增相關(guān)控制界面，將關(guān)于除塵風(fēng)機(jī)變頻器的相關(guān)狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行顯示，以協(xié)助運(yùn)行人員判斷變頻器的實(shí)際運(yùn)行情況，并且具備相應(yīng)的遠(yuǎn)程控制功能，能夠完成變頻器的遠(yuǎn)程起停、急停、復(fù)位等操作。除塵風(fēng)機(jī)的運(yùn)行方式采用自動和手動兩種方式。控制系統(tǒng)正常時，選擇在自動方式。當(dāng)控制系統(tǒng)異常時和調(diào)試過程中，切換到手動方式正常運(yùn)行?？刂品绞讲捎矛F(xiàn)場、遠(yuǎn)程二種允準(zhǔn)方式，以遠(yuǎn)程操作優(yōu)先。

所有變頻器與監(jiān)控系統(tǒng)的模擬量的輸入/輸出（頻率給定/頻率顯示輸出）采用硬接線，4-20mA或者0-10V信號；所有變頻器與監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字量的輸入/輸出（啟停/告警等）采用硬接線，無源干接點(diǎn)形式。并且根據(jù)現(xiàn)場需求，變頻器也可提供RS232、RS485等通訊接口與控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，將相關(guān)參數(shù)信號等以通訊的方式上傳。

3.3新增變頻操作畫面功能

操作員站的任務(wù)是在標(biāo)準(zhǔn)畫面和用戶組態(tài)畫面上，匯集和顯示有關(guān)變頻運(yùn)行信息，供運(yùn)行人員據(jù)此對機(jī)組的運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)視和控制。

操作員站的基本功能如下：

在除塵主控室的工控機(jī)上能對除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行單機(jī)操作，因此在相應(yīng)的操作界面上應(yīng)具有啟動按鈕、停止按鈕、運(yùn)行轉(zhuǎn)速、電流顯示、頻率給定、頻率指示、加減速時間設(shè)定、選擇開關(guān)狀態(tài)顯示、運(yùn)行信號顯示、故障報警等。

四、使用前后效果對比

4.1主要技術(shù)數(shù)據(jù)及計算條件

電動機(jī)：型號YKK900-8、額定功率Pe=2800kW、額定電壓Ue=10kV、額定電流Ie=190A、額定轉(zhuǎn)速ne=747r/min、Cosφ=0.882、η=0.965。

目前運(yùn)行數(shù)據(jù)：在電機(jī)恒速運(yùn)行過程中，液力耦合器勺管開度一般在65%，輸出轉(zhuǎn)速為705rpm，風(fēng)機(jī)入口閥門開度基本全開（99%），風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流在143～145A（平均值144A）。風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓在-3800～-3900Pa左右。

實(shí)行調(diào)速運(yùn)行方式后，按照出鐵制度，除塵風(fēng)機(jī)一般只需在兩檔上運(yùn)行，即雙鐵口搭接出鐵時，風(fēng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速730rpm下運(yùn)行；單鐵口出鐵時，考慮到風(fēng)機(jī)低速時的性能補(bǔ)償因素，風(fēng)機(jī)應(yīng)在額定轉(zhuǎn)速的85%下運(yùn)行。

根據(jù)調(diào)研，除了根據(jù)出鐵制度運(yùn)行之外，還存在以下兩種情況需要高風(fēng)量運(yùn)行：

（1）在非正常情況下，出鐵口會采用“雙鐵口同時出鐵”方式，每月重疊率約為1～2天，每年重疊出鐵時間約為576h。

（2）出鐵口每20天修溝一次，修溝持續(xù)時間為5天。每次修溝時有2天左右對應(yīng)鐵溝的電動閥門基本全開，其余出鐵口依次出鐵。這樣全年約有36天的時間共計864小時需要高風(fēng)量運(yùn)行。

以上兩項合計，全年有1440小時額外采用“雙鐵口同時出鐵”方式。

4.2現(xiàn)運(yùn)行情況能耗統(tǒng)計

電機(jī)平均消耗功率

4.3風(fēng)機(jī)節(jié)能改造后能耗計算

高速運(yùn)行時電機(jī)軸功率：

低速運(yùn)行時電機(jī)軸功率：

電機(jī)平均軸功率P2sh=2224× +1366× =1432kw

電機(jī)平均消耗功率P2=1432÷（0.965×0.97）=1530kw

4.4節(jié)能量

單臺風(fēng)機(jī)每年節(jié)能量W=（2200-1530）×（24×300-1440）≈386萬kwh

除塵風(fēng)機(jī)節(jié)能率：

η=386×104÷（2200×24×300）×100%≈24%

通過以上計算可以看出，嚴(yán)格執(zhí)行操作要求，理論上將會給企業(yè)帶來20%以上的節(jié)能收益。

五、結(jié)束語

通過高壓變頻器在高爐鐵口除塵風(fēng)機(jī)的近一年多實(shí)踐應(yīng)用觀察表明，鐵口除塵風(fēng)機(jī)調(diào)速方式由原來液力耦合器調(diào)速改為通過高壓變頻器對高壓電機(jī)本身進(jìn)行調(diào)速方式后，節(jié)能效果明顯，同時減少了機(jī)械專業(yè)維護(hù)工作量及維護(hù)成本。由此可見對于大型風(fēng)機(jī)的變頻改造已成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，更是響應(yīng)國家節(jié)能降耗可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略推進(jìn)的有力措施之一。

參考文獻(xiàn)：

[1]高壓大功率變頻器技術(shù)原理與應(yīng)用，倚鵬主編.人民郵電出版社，2008.2第一版.

[2]北京合康億盛高壓變頻器用戶手冊，北京合康億盛變頻科技股份有限公司.