王克亮 （濟(jì)南鋼鐵股份有限公司煉鋼廠，濟(jì)南 250101)

高壓變頻器在除塵風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

王克亮 （濟(jì)南鋼鐵股份有限公司煉鋼廠，濟(jì)南 250101)

介紹了高壓變頻器在除塵風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用，分析了變頻器的原理、控制及應(yīng)用效果。實(shí)踐證明高壓變頻器具有降低除塵風(fēng)機(jī)的電耗、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，在除塵風(fēng)機(jī)的應(yīng)用方面具有明顯的節(jié)能效果，在除塵系統(tǒng)中值得推廣應(yīng)用。

變頻器 轉(zhuǎn)爐 除塵風(fēng)機(jī) 控制

1 引言

轉(zhuǎn)爐煉鋼產(chǎn)生的大量含塵高溫?zé)煔?，需要利用?zhuān)門(mén)除塵風(fēng)機(jī)系統(tǒng)將此種煙氣及時(shí)回收處理，這樣既保證了生產(chǎn)安全，又有利于環(huán)保。在控制風(fēng)機(jī)調(diào)速的幾種方式中，高壓變頻器控制方式在降低系統(tǒng)能耗、提高效率方面效果顯著。電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，加快了交流傳動(dòng)技術(shù)的飛速進(jìn)步。變頻調(diào)速以其優(yōu)異可靠的調(diào)速、啟動(dòng)和制動(dòng)性能以及高效率和節(jié)電效果，得到廣泛應(yīng)用。其這些優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。2009年12月投產(chǎn)的濟(jì)鋼210 t轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)使用東方日立DHVECTOL-DI004000/10型高壓變頻器來(lái)控制除塵風(fēng)機(jī)，在降低能耗、提高效率方面發(fā)揮了重要作用。

2 210 t轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)設(shè)備現(xiàn)狀

在轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中，轉(zhuǎn)爐在兌鐵水、投料、吹煉、出渣及出鋼時(shí)產(chǎn)生的含塵高溫?zé)煔庥赊D(zhuǎn)爐封閉罩捕集，同時(shí)還捕集料倉(cāng)上料及投料、鋼包熱修、中包熱修、精煉系統(tǒng)及RH系統(tǒng)產(chǎn)生的煙氣。各路煙氣匯總后，經(jīng)袋式除塵器除塵后由風(fēng)機(jī)經(jīng)煙囪排入大氣。由于各生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的煙氣量及產(chǎn)生煙氣的時(shí)間不同，為提高煙氣捕集率、適應(yīng)冶煉工藝要求，在各煙氣除塵管道上設(shè)調(diào)節(jié)閥，并與工藝設(shè)備聯(lián)鎖。系統(tǒng)組成有：各除塵點(diǎn)、除塵管道、袋式除塵器、風(fēng)機(jī)、高壓電動(dòng)機(jī)、高壓變頻器、煙囪。DHVECTOL-DI004000/10型高壓變頻器很好地完成了生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)要求，通過(guò)上位機(jī)操作高壓變頻器精確控制高壓電動(dòng)機(jī)精準(zhǔn)運(yùn)行，達(dá)到了節(jié)能減排的目的，見(jiàn)圖1。

3 高壓變頻器概述

高壓變頻器是一種高效、節(jié)能、無(wú)電網(wǎng)污染的變頻設(shè)備，適用于大型風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)負(fù)載。使用高壓變頻器能大大降低能耗、提高設(shè)備功率因數(shù)、方便工藝操作、提高生產(chǎn)效率、提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，能延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命、減少設(shè)備維護(hù)量，使高壓變頻器在節(jié)能領(lǐng)域應(yīng)用前景遠(yuǎn)大。

圖1 除塵系統(tǒng)主要設(shè)備圖

我廠使用的該型高壓變頻器用于10 kV的變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)，將工頻電源變換為頻率、電壓均連續(xù)可調(diào)的電源，可使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在最佳狀態(tài)，保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，節(jié)能效果顯著。

該變頻器具有以下特點(diǎn)：使用高壓場(chǎng)控大功率的IGBT功率模塊，電壓設(shè)計(jì)裕度大;輸入諧波小、功率因數(shù)高;能提供多條啟動(dòng)曲線，啟動(dòng)時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際情況自行設(shè)定，降低啟動(dòng)電流，保證電動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行，延長(zhǎng)高壓電動(dòng)機(jī)使用壽命，軟啟動(dòng)可防止電流沖擊電網(wǎng);大幅降低高壓電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流，節(jié)能顯著;減少電動(dòng)機(jī)及其負(fù)載的機(jī)械磨損，節(jié)省維護(hù)費(fèi)用;采用高速光纖通訊系統(tǒng)連接高壓主回路與主控系統(tǒng)，使得通訊系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠;采用內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，內(nèi)置UPS電源可提供30 min維持時(shí)間供電;變頻器柜內(nèi)置PLC系統(tǒng)，可接收和輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，滿足現(xiàn)場(chǎng)需要，提供現(xiàn)場(chǎng)及遠(yuǎn)程操作模式;具備低壓空載調(diào)試功能，使用更方便可靠;變頻器還具有自診斷功能，并提供多種故障報(bào)警和保護(hù)，方便故障處理及維護(hù)。

4 系統(tǒng)組成及控制功能

變頻裝置由變頻器柜、移相變壓器柜、旁路柜組成，主回路原理圖見(jiàn)圖2。

變頻器單元柜由27個(gè)功率單元組成，每9個(gè)功率單元串聯(lián)組成一相，10 kV高壓電源經(jīng)移相變壓器進(jìn)入功率單元柜，經(jīng)功率單元柜變換后，再輸出三相交流10 kV高壓來(lái)驅(qū)動(dòng)高壓電動(dòng)機(jī)，見(jiàn)圖3。

圖2 主回路原理圖

圖3 10 kV9級(jí)變頻器電路原理示意圖

10 kVAC/50 Hz電源經(jīng)轉(zhuǎn)爐10 kV配電室高壓柜高壓開(kāi)關(guān)QF1進(jìn)入旁通柜，經(jīng)隔離刀閘QS1、真空接觸器KM1進(jìn)入移相變壓器柜，再入單元柜，經(jīng)變頻單元輸出經(jīng)真空接觸器KM2、經(jīng)隔離刀閘QS2驅(qū)動(dòng)10 kVAC高壓電機(jī)運(yùn)行。

當(dāng)變頻運(yùn)行過(guò)程中因故需要工頻運(yùn)行時(shí)，變頻器收到變頻切換工頻指令，先自動(dòng)切斷真空接觸器KM1和KM2，再合上真空接觸器KM3，高壓電機(jī)轉(zhuǎn)到工頻運(yùn)行。

聯(lián)鎖條件：當(dāng)隔離刀閘QS1、QS2斷開(kāi)時(shí)，真空接觸器KM1、KM2不能閉合。真空接觸器KM3和KM2聯(lián)鎖，KM3閉合后，KM2不能閉合;KM2閉合后，KM3不能閉合。真空接觸器KM1和KM2聯(lián)鎖，KM1閉合后，KM2才能閉合。KM3和KM1沒(méi)有聯(lián)鎖關(guān)系。變頻器接口圖見(jiàn)圖4。

圖4 變頻器系統(tǒng)接口圖

控制部分包括功率單元、主控系統(tǒng)/PLC、光纖通訊系統(tǒng)、顯示及操作、外部接口等，主系統(tǒng)對(duì)外部接口、操作及顯示、功率單元等之間接收實(shí)時(shí)信號(hào)或輸出控制信號(hào)，主控與功率單元采用光纖通訊非常穩(wěn)定可靠，主控板能夠及時(shí)存儲(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳輸控制信號(hào)及接收單元狀態(tài)信息，具有人機(jī)界面功能，實(shí)現(xiàn)各種操作及顯示功能。控制系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖5。

圖5 控制系統(tǒng)示意圖

可編程邏輯控制器及常規(guī)繼電控制組成電控系統(tǒng)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠、效率高，故障率少。實(shí)現(xiàn)給定、頻率、電流與主控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，對(duì)控制系統(tǒng)狀況、變頻器本體的動(dòng)作及狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控或處理，實(shí)時(shí)提供設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，根據(jù)給定及反饋控制變頻器動(dòng)態(tài)可靠運(yùn)行。

5 節(jié)能及效益分析

當(dāng)變頻調(diào)節(jié)時(shí)，通過(guò)改變變頻器給定頻率來(lái)改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速以滿足不同工況的需求，這時(shí)電動(dòng)機(jī)消耗的能量將與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速立方的關(guān)系下降，所以變頻調(diào)速的節(jié)電效果顯著。變頻調(diào)速方式調(diào)速范圍寬，線性度很好，其本身的損耗很低，因而無(wú)論在輕載還是滿載運(yùn)行都有很高的效率。

在工頻及變頻運(yùn)行條件下節(jié)能分析:

工頻：運(yùn)行頻率50 Hz，運(yùn)行電流226.5 A，功率因數(shù)0.8。

變頻：根據(jù)生產(chǎn)的不同工況，對(duì)除塵風(fēng)機(jī)的運(yùn)行要求不同，變頻器的給定也在變化，由于除塵區(qū)域范圍大，涉及6個(gè)不同工藝區(qū)域，每天大部分時(shí)間風(fēng)機(jī)在高速運(yùn)行，低速運(yùn)行時(shí)間較短，按風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行計(jì)算。高速運(yùn)行頻率40 Hz，運(yùn)行電流140 A，功率因數(shù)0.97。

可看出風(fēng)機(jī)在變頻運(yùn)行條件下，年節(jié)能效果顯著。

6 結(jié)束語(yǔ)

轉(zhuǎn)爐二次除塵風(fēng)機(jī)使用高壓變頻器變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)了除塵風(fēng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行及高壓電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)，在降低電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流、提高設(shè)備功率因數(shù)、滿足不同工況的除塵要求上效果顯著，達(dá)到了節(jié)能降耗減排的目的。同時(shí)工藝操作方便可靠，在保證設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的條件下，設(shè)備故障率很低，大幅減少了設(shè)備維護(hù)量。

[1]程勝先.高壓變頻調(diào)速在電弧爐除塵風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用[M].南京：電力需求側(cè)管理，2007（9)：43-44.

Application of High Voltage Frequency Converter to Dedusting Fan

Wang Keliang

The paper describes the application of high voltage frequency converter to dedusting fan and analyzes its principle,control and result.Practice showed high voltage frequency con-verter,with advantages of stability,reliability and low fan power consumption,gave remarkable energy saving effect in dedusing fan and was worthwhile to be promoted in dedusting system.

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（收稿 2011-04-06 責(zé)編 潘娜)

王克亮，工程師，山東省濟(jì)南鋼鐵股份有限公司煉鋼廠210作業(yè)區(qū)。