高壓變頻器在除塵風機上的應用

王克亮 （濟南鋼鐵股份有限公司煉鋼廠，濟南 250101)

高壓變頻器在除塵風機上的應用

王克亮 （濟南鋼鐵股份有限公司煉鋼廠，濟南 250101)

介紹了高壓變頻器在除塵風機上的應用，分析了變頻器的原理、控制及應用效果。實踐證明高壓變頻器具有降低除塵風機的電耗、穩定可靠等優點，在除塵風機的應用方面具有明顯的節能效果，在除塵系統中值得推廣應用。

變頻器 轉爐 除塵風機 控制

1 引言

轉爐煉鋼產生的大量含塵高溫煙氣，需要利用專門除塵風機系統將此種煙氣及時回收處理，這樣既保證了生產安全，又有利于環保。在控制風機調速的幾種方式中，高壓變頻器控制方式在降低系統能耗、提高效率方面效果顯著。電力電子技術、計算機技術、自動控制技術的迅速發展，加快了交流傳動技術的飛速進步。變頻調速以其優異可靠的調速、啟動和制動性能以及高效率和節電效果，得到廣泛應用。其這些優點被認為是最有發展前途的調速方式。2009年12月投產的濟鋼210 t轉爐二次除塵系統使用東方日立DHVECTOL-DI004000/10型高壓變頻器來控制除塵風機，在降低能耗、提高效率方面發揮了重要作用。

2 210 t轉爐二次除塵系統設備現狀

在轉爐煉鋼過程中，轉爐在兌鐵水、投料、吹煉、出渣及出鋼時產生的含塵高溫煙氣由轉爐封閉罩捕集，同時還捕集料倉上料及投料、鋼包熱修、中包熱修、精煉系統及RH系統產生的煙氣。各路煙氣匯總后，經袋式除塵器除塵后由風機經煙囪排入大氣。由于各生產工藝產生的煙氣量及產生煙氣的時間不同，為提高煙氣捕集率、適應冶煉工藝要求，在各煙氣除塵管道上設調節閥，并與工藝設備聯鎖。系統組成有：各除塵點、除塵管道、袋式除塵器、風機、高壓電動機、高壓變頻器、煙囪。DHVECTOL-DI004000/10型高壓變頻器很好地完成了生產工藝的設計要求，通過上位機操作高壓變頻器精確控制高壓電動機精準運行，達到了節能減排的目的，見圖1。

3 高壓變頻器概述

高壓變頻器是一種高效、節能、無電網污染的變頻設備，適用于大型風機、泵類負載。使用高壓變頻器能大大降低能耗、提高設備功率因數、方便工藝操作、提高生產效率、提高系統的穩定性和可靠性，能延長設備的使用壽命、減少設備維護量，使高壓變頻器在節能領域應用前景遠大。

圖1 除塵系統主要設備圖

我廠使用的該型高壓變頻器用于10 kV的變頻調速三相異步電動機，將工頻電源變換為頻率、電壓均連續可調的電源，可使電動機運行在最佳狀態，保證設備安全可靠運行，系統穩定可靠，節能效果顯著。

該變頻器具有以下特點：使用高壓場控大功率的IGBT功率模塊，電壓設計裕度大;輸入諧波小、功率因數高;能提供多條啟動曲線，啟動時間可以根據實際情況自行設定，降低啟動電流，保證電動機安全運行，延長高壓電動機使用壽命，軟啟動可防止電流沖擊電網;大幅降低高壓電動機運行電流，節能顯著;減少電動機及其負載的機械磨損，節省維護費用;采用高速光纖通訊系統連接高壓主回路與主控系統，使得通訊系統更加穩定可靠;采用內置PID調節器，可實現閉環控制，內置UPS電源可提供30 min維持時間供電;變頻器柜內置PLC系統，可接收和輸出標準信號，滿足現場需要，提供現場及遠程操作模式;具備低壓空載調試功能，使用更方便可靠;變頻器還具有自診斷功能，并提供多種故障報警和保護，方便故障處理及維護。

4 系統組成及控制功能

變頻裝置由變頻器柜、移相變壓器柜、旁路柜組成，主回路原理圖見圖2。

變頻器單元柜由27個功率單元組成，每9個功率單元串聯組成一相，10 kV高壓電源經移相變壓器進入功率單元柜，經功率單元柜變換后，再輸出三相交流10 kV高壓來驅動高壓電動機，見圖3。

圖2 主回路原理圖

圖3 10 kV9級變頻器電路原理示意圖

10 kVAC/50 Hz電源經轉爐10 kV配電室高壓柜高壓開關QF1進入旁通柜，經隔離刀閘QS1、真空接觸器KM1進入移相變壓器柜，再入單元柜，經變頻單元輸出經真空接觸器KM2、經隔離刀閘QS2驅動10 kVAC高壓電機運行。

當變頻運行過程中因故需要工頻運行時，變頻器收到變頻切換工頻指令，先自動切斷真空接觸器KM1和KM2，再合上真空接觸器KM3，高壓電機轉到工頻運行。

聯鎖條件：當隔離刀閘QS1、QS2斷開時，真空接觸器KM1、KM2不能閉合。真空接觸器KM3和KM2聯鎖，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聯鎖，KM1閉合后，KM2才能閉合。KM3和KM1沒有聯鎖關系。變頻器接口圖見圖4。

圖4 變頻器系統接口圖

控制部分包括功率單元、主控系統/PLC、光纖通訊系統、顯示及操作、外部接口等，主系統對外部接口、操作及顯示、功率單元等之間接收實時信號或輸出控制信號，主控與功率單元采用光纖通訊非常穩定可靠，主控板能夠及時存儲運行數據，實時傳輸控制信號及接收單元狀態信息，具有人機界面功能，實現各種操作及顯示功能。控制系統示意圖見圖5。

圖5 控制系統示意圖

可編程邏輯控制器及常規繼電控制組成電控系統，運行穩定可靠、效率高，故障率少。實現給定、頻率、電流與主控系統的數據交換，對控制系統狀況、變頻器本體的動作及狀態信號進行監控或處理，實時提供設備運行狀態和參數，根據給定及反饋控制變頻器動態可靠運行。

5 節能及效益分析

當變頻調節時，通過改變變頻器給定頻率來改變風機的轉速以滿足不同工況的需求，這時電動機消耗的能量將與電動機轉速立方的關系下降，所以變頻調速的節電效果顯著。變頻調速方式調速范圍寬，線性度很好，其本身的損耗很低，因而無論在輕載還是滿載運行都有很高的效率。

在工頻及變頻運行條件下節能分析:

工頻：運行頻率50 Hz，運行電流226.5 A，功率因數0.8。

變頻：根據生產的不同工況，對除塵風機的運行要求不同，變頻器的給定也在變化，由于除塵區域范圍大，涉及6個不同工藝區域，每天大部分時間風機在高速運行，低速運行時間較短，按風機高速運行計算。高速運行頻率40 Hz，運行電流140 A，功率因數0.97。

可看出風機在變頻運行條件下，年節能效果顯著。

6 結束語

轉爐二次除塵風機使用高壓變頻器變頻調速，實現了除塵風機的調速運行及高壓電動機的軟啟動，在降低電動機運行電流、提高設備功率因數、滿足不同工況的除塵要求上效果顯著，達到了節能降耗減排的目的。同時工藝操作方便可靠，在保證設備運行環境的條件下，設備故障率很低，大幅減少了設備維護量。

[1]程勝先.高壓變頻調速在電弧爐除塵風機上的應用[M].南京：電力需求側管理，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 責編 潘娜)

王克亮，工程師，山東省濟南鋼鐵股份有限公司煉鋼廠210作業區。