浅谈高压变频器在转炉一次除尘风机上的应用

电力18讯：    作者：王海清（河北涞源县奥宇钢铁有限公司机动部）

摘要：本文介绍了高压变频器在奥宇钢铁有限公司炼钢一次除尘风机调速系统进行变频改造的应用情况。应用结果表明，采用国产高压变频对钢厂的除尘风机进行节能改造，具有较高的经济效益和社会效益。

关键词：高压变频器；炼钢转炉除尘风机；应用


0 引言

    奥宇钢铁有限公司为做好节能环护，降本增效工作，对节能的新技术、新工艺、新装备使用的重视程度越来越高，其中对近年来发展起来的高压变频节能调速技术，进行了持续关注，特别是在转炉除尘风机上的应用。08年，我公司组织专人进行外出考察，对比进口和国产高压变频产品，在产品质量、价格、服务等多方面进行考察论证，最终经招标程序，选择了性价比较高的国产高压变频器，用于炼钢转炉一次除尘风机的变频改造。






1 原除尘风机运行情况

    我公司原有40T氧气顶吹转炉2座，转炉吹炼过程中，炉口会排出大量棕红色的烟气，烟气温度高、含有可燃有毒的煤气和金属颗粒，按照国家大气排放和环保要求，必须对烟气冷却、净化，达标后排放，一旦除尘风机不能正常运行，不但影响生产，造成巨大经济损失，还威胁到现场生产人员人身安全。所以炼钢一次除尘风机的正常运行显得尤为重要。前期，除尘风机和电机采用液力耦合器实现柔性连接调速， 风机的控制为手动控制，每次启动时，值班员通过现场的手操器操作，通过耦合器带动风机逐步启动至高速运行。根据实际运行情况，液力耦合器调速存在电机效率低、能耗大、液力耦合器故障率高，影响连续生产、调速范围窄，响应速度慢等缺点。实际使用中，由于液力耦合器调速控制速度和精度跟不上转炉工艺要求，所以实际运行中风机一直运行在高速状态，液力耦合器只是在启动风机时使用。      

    从正常的除尘风机工艺可以看出，在一个冶炼周期内约有一半的时间风机运行在低速，而实际风机一直运行在高速，造成电能的白白浪费。

    正常液力耦合调速的吹炼工艺周期 ，见图一。
　　A到B为兑铁加废钢时间，约2分钟。
　　B到C为风机升速时间，暂定2分钟，可以调节。
　　C到D为吹氧时间，约13分钟。
　　D点风机开始减速，暂定2分钟，可以调节。
　　D到E为倒炉测温取样时间，约2分钟。
　　E到F为出钢时间，约3分钟。
　　F到G为溅渣时间，约3分钟。
    整个吹炼周期约27分钟，其中高速时间为13分钟。


   2高压变频改造情况

    炼钢一次除尘系统装备3台除尘风机，正常运行方式为2用1备，改造方案通过优化对比，确定采用二托三方式，1#、2#风机运行，3#风机备用。



   1、对变频调速系统要求

    为保证除尘风机满足转炉吹氧冶炼的要求，变频调速应有较高的可靠性，对变频调速系统主要要求如下。
    （1）要求具有抗干扰能力强、运行安全可靠、故障率低、节能效果明显。
    （2）要求变频器有旁路功能，一旦出现故障，可使电机切换到工频运行。
    （3）要求调速范围要大，变频系统不加任何功率补偿情况下，功率因数应达到0.95以上。
    （4）要根据吹氧周期，自动升降速。
    （5）变频装置对电网电压有较强的适应能力，过载能力强，保护齐全。
    （6）有共振点跳转设置，能使电机避开共振点运行，让风机不喘震。
    （7）要求变频装置有开关量和模拟量输入输出及各种参数的显示功能，具有就地监控和远方监控功能，通过良好的汉显人机界面实现各种操作和设置。
    （8）应装有冷却装置，柜顶或柜内应设引风机将装置内热气排出室外。

    2、电气一次方案为三个开关柜组成二托三手动旁路柜、切换柜。

    一次回路由三个高压柜、两个XGNP01-12型开关柜、一个XGNP09-12型开关柜、两台变频器、三台电机组成，其中三台高压柜和电机使用原电机柜和电机。XGNP01-12开关柜的作用是在变频器维护过程中或变频器出现故障时，将电机投入到工频电网运行，保证生产不受影响；XGNP09-12型开关柜的作用是被变频器拖动的任意一台风机出现故障时，切换到备用风机。

    高压柜为工频运行时的电机、同时也为变频运行时的变频器提供电气保护，保护的整定值以保护电机为准。变频运行时，变频器为电机提供全面的保护，但变频器本身保护（主要是过电压保护、速断保护）由高压柜负责，其整定值保持电机保护整定值不变。


   在图2一次回路中，1QF、2QF、3QF为原电机开关柜。新增共有9个高压隔离开关，为保证旁路时，不会对变频器反向加电K1和K2、K5和K4采用双刀双投开关；

    同时断路器1QF的合闸回路中串入刀闸K7和K9的辅助常闭点，当K2、K3闭合，K1、K7断开时，1#风机变频运行；当1#风机需要检修时，切换到3#风机运行，只要断开1QF、K3、K2,然后合上K7、K2、1QF即可；当K3、K2断开，KI闭合时，1#风机工频运行，此时变频器从高压中隔离出来，便于检修、维护和调试。2#风机变频、工频运行的情况同1#风机。

    3二次回路及控制

    控制器由光纤板，信号板，主控板，接口板和监视器组成。控制系统与功率单元之间采用了光纤通信，实现了强弱电之间的光电隔离。变频器设有三种控制方式，包括本地控制、远程控制和上位控制。根据现场实际选择了远程控制，即通过内置接口板接受来自现场的开关控制量。速度控制方式包括本地设置、模拟设置、通讯设置、多档设置、闭环调节。此次改造采用了多档设置。

    4频率设定

    根据转炉氧气顶吹工艺，在吹养时风机应保持高速运转，其他时间应为低速运行。整个吹炼工艺周期约27分钟，其中高速时间（C到D）13分钟。为了使控制简单，避免风机频繁变速，方案确定风机运行在高速和低速两种状态，高速定为42Hz,对应转速2500 r/min，1#机低速机定为26.5Hz,对应转速1582r/min。2#机风机低速25.3HZ，对应转速为1510 r/min。因电机为普通防爆电机，所以低速频率不能设置过低，以保证电机风扇散热良好，温度不过高。利用氧枪下降到吹炼位连锁控制开关量使高压变频器加速进入高速运行，提起氧枪到离开吹炼位时连锁控制接点断开，变频器减速进入低速运行。

    5 现场改造情况

    （1）在原风机操作室加装变频器启动停止转换开关，控制屏加装变频器高压指示、运行指示、故障指示三个指示灯，便于运行人员操作和监视变频器运行情况。

   （2）转炉主控室PLC系统加入变频器引入的转速模拟量，高低速控制由氧枪吹炼位控制由PLC输出到变频器。

    （3）风机原主油泵为机械油泵，辅助油泵为电动油泵，手动控制。改造变频后，低速运转时将造成油压低，现将电动油泵改造为由油压控制的自动控制。防止低速油压低和机械油泵故障断油。

    （4）新建一座高压变频器室，将风机原液力耦合器拆除，电机前移与风机连接。




    3 改造效果

    高压变频改造工程从2008年8月8日开始，到8月25日安装调试结束，9月13日验收投入运行。从运行情况看,该高压变频调速装置,运行可靠,节电效果明显,达到了预期效果。经过工频和变频运行对比，测量和统计的炼钢转炉除风机改造后各项现场数据如下表。




    （1）节电效果显著，以1#风机为例，同比相同产量月用电量统计：改造前月用电量为362880kwh,日平均用电量12096kwh；改造后月用电量217440kwh，日用电量7248kwh。节电率达到了40%。（12096kwh-7248kwh）÷12096kwh=40%
    （2）改造后风机运行平稳，风机运行故障率、噪音等大幅度降低。
    （3）由于变频调速，电机实现了软起动，软停车功能，对电网和电机的冲击减小。同时，电机的平均转速降低延长了轴承的使用寿命，减少了维修量。
    （4）由于取消了液力耦合器，减少了备件费用支出和维修工作量。
    （5）变频改造提高了功率因数，变电站炼钢厂出线的平均功率因数由原来的0.85提高到了0.95，降低了整个供电系统的损耗。同时谐波分量远远小于国家标准，未对供电系统造成污染。
    （6）本期变频改造总投资为102万元，09年实际节约用电169.68万度，每度电费按0.6元计算，年节约电费达101万元。一年即可收回投资。

    4 结束语

   从近两年来的运行情况看，高压变频器性能优越，运行可靠，达到了节能环保、降本增效的预期效果，为我公司今后的节能改造和新建工程设备选型，提供了成功的经验。
    
    参考文献

　　《高压变频器用户手册》

     作者简介：王海清 （1969年2月-），男，大专学历，1995年毕业于河北电力职工大学，助理工程师，现从事电气设备管理工作。
     工作单位：涞源县奥宇钢铁有限公司  通信地址：河北省保定市涞源县奥宇钢铁有限公司
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