鋼鐵冶金節(jié)能環(huán)節(jié)中的高壓變頻器應(yīng)用

王振亞

（安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，河南 安陽(yáng) 455000）

1 鋼鐵冶金節(jié)能的主要技術(shù)

1.1 液力耦合器調(diào)速

液力耦合器是液力傳動(dòng)裝置的一種，又叫液力聯(lián)軸器。液力耦合器結(jié)構(gòu)由殼體、渦輪、泵輪三個(gè)部分組成。

殼體中充入工作液體，當(dāng)泵在原動(dòng)機(jī)作用下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，殼體內(nèi)的液體受葉輪推動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，在離心作用下沿著葉輪外環(huán)進(jìn)入渦輪，在同一轉(zhuǎn)向上給渦輪以推力，使其推動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)。液力耦合器屬于低效的調(diào)速方式，調(diào)速的范圍有限，高速時(shí)會(huì)丟轉(zhuǎn)；低速時(shí)轉(zhuǎn)差損耗大，最大可達(dá)到額定功率的l5%左右，低速時(shí)效率非常低；線性度差，精度低，響應(yīng)慢。

1.2 串級(jí)調(diào)速

串級(jí)調(diào)速是把異步電機(jī)轉(zhuǎn)子能量部分回饋到電網(wǎng)，改變轉(zhuǎn)子滑差來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，這種調(diào)速方式運(yùn)用可控硅技術(shù)，必須使用繞線式異步電機(jī)。串級(jí)調(diào)速優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)差功率可以回收，所以調(diào)速效率較高，但是存在問(wèn)題也很多。它不適合鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)；軟啟動(dòng)功能不能實(shí)現(xiàn)，啟動(dòng)過(guò)程復(fù)雜；啟動(dòng)電流較大；調(diào)速范圍在50%～95%，調(diào)速范圍較窄；響應(yīng)較慢，閉環(huán)控制不易實(shí)現(xiàn)；效率和功率因數(shù)低，隨轉(zhuǎn)速的降低下降很快；同DCS 控制的配合難實(shí)現(xiàn)，對(duì)提高系統(tǒng)的整體自動(dòng)化程度非常不利。

1.3 高壓變頻器調(diào)速

高壓變頻器在近十多年的發(fā)展中非常迅速，技術(shù)上已經(jīng)非常成熟，電力電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，現(xiàn)代通信技術(shù)和高壓電氣、電機(jī)拖動(dòng)等綜合性領(lǐng)域的學(xué)科技術(shù)在高壓變頻器上達(dá)到高度的運(yùn)用，可與大、中功率電動(dòng)機(jī)配套［1］。和其他調(diào)速產(chǎn)品比較，變頻器具有很多優(yōu)點(diǎn)：

①變頻器采用觸摸式面板，液晶顯示界面，可隨時(shí)顯示頻率、電流、電壓及轉(zhuǎn)速等，可直觀地顯示電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)。②高的調(diào)速精度和精確的頻率分辨率可以完全滿足所有生產(chǎn)工藝的要求。③高壓變頻器有國(guó)際通用外部接口，保證了DCS實(shí)現(xiàn)通訊，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。④具有遠(yuǎn)程和就地操作功能，還可通過(guò)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。⑤具有電子保護(hù)和電氣保護(hù)功能，使電機(jī)和變頻器在故障和正常運(yùn)行時(shí)均可得到安全保證。⑥電機(jī)可實(shí)現(xiàn)軟制動(dòng)、軟啟動(dòng)；啟動(dòng)電流小于電機(jī)額定電流；電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間可調(diào)，使電網(wǎng)的影響減小。⑦提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，減少了配件的損耗。

2 高壓變頻器應(yīng)用案例

2.1 方案描述

河南某鋼鐵公司煉鋼廠除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)功率為1 250kW，為了提高風(fēng)機(jī)電機(jī)的效率，該公司在2010年采用高壓變頻器進(jìn)行變頻升級(jí)改造，改造后啟動(dòng)過(guò)程中的沖擊電流消失，運(yùn)行電流降幅很大，節(jié)能效果非常顯著。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)方案

除塵電機(jī)是除塵凈化系統(tǒng)的動(dòng)力中心，一旦除塵電機(jī)不能正常工作，不但生產(chǎn)受到影響，造成巨大的經(jīng)濟(jì)環(huán)境損失，還有可能危及到現(xiàn)場(chǎng)工作人員的人身安全。另外，除塵系統(tǒng)生產(chǎn)環(huán)境較惡劣。所以除塵電機(jī)配套的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，要求具有極高的穩(wěn)定性和可靠性。鑒于以上工作環(huán)境特點(diǎn)，對(duì)變頻系統(tǒng)的主要要求有：①效率要高，調(diào)速范圍要大。②要求變頻器帶有旁路功能，變頻器一旦出現(xiàn)了故障，可使風(fēng)機(jī)電機(jī)切換到正常工頻運(yùn)行。③有共振點(diǎn)跳轉(zhuǎn)功能設(shè)置，能使風(fēng)機(jī)電機(jī)避開(kāi)系統(tǒng)共振點(diǎn)運(yùn)行，避免風(fēng)機(jī)喘震。④要求變頻器有高可靠性及穩(wěn)定性，應(yīng)具有長(zhǎng)期運(yùn)行條件［2-3］。經(jīng)過(guò)多方比較調(diào)研，最后該鋼鐵公司同某高壓變頻器公司合作，共同制定了除塵電機(jī)的變頻調(diào)速改造方案，方案如下：

該鋼鐵公司除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)采用高壓變頻器進(jìn)行調(diào)速控制，該變頻器為高-高、電壓源型，加設(shè)工頻旁路切換開(kāi)關(guān)。

旁路切換系統(tǒng)采用一拖一旁路柜，由一個(gè)單刀雙投和一個(gè)單刀單投組成，分別是變頻器QS1 進(jìn)線刀閘、變頻器QS2 出線刀閘、QS3 工頻刀閘。電源經(jīng)QF1 原斷路器至一拖一旁路柜的變頻器QS1 進(jìn)線刀閘，經(jīng)過(guò)變頻器后，再經(jīng)過(guò)一拖一旁路柜的變頻器QS2 出線刀閘到二次風(fēng)機(jī)電機(jī)。QS3 工頻刀閘并接在變頻器QS1 進(jìn)線刀閘、變頻器、變頻器QS2 出線刀閘兩端。當(dāng)變頻器在“保護(hù)”狀態(tài)時(shí)，斷開(kāi)變頻器QS1 進(jìn)線刀閘、變頻器QS2 出線刀閘，合上QS3 工頻刀閘，即可實(shí)現(xiàn)旁路功能。如圖1 所示：

2.3 使用高壓變頻器后的節(jié)能效果

從表1 中可以看出，當(dāng)除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻工作在45HZ、46HZ、47HZ 時(shí)電機(jī)消耗的功率分別為713.6kW、791.3kW、886.7kW，在滿足負(fù)載要求的前提下，相比工頻工作狀態(tài)下的功耗下降了20%以上。

圖1

表1 現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)

3 結(jié)論

通過(guò)以上實(shí)例，我們可以看出，在鋼鐵行業(yè)經(jīng)過(guò)高壓變頻器節(jié)能改造，可以收到以下效果：

①效益得到增加。高壓變頻器的節(jié)能效果顯著，企業(yè)負(fù)擔(dān)有效減輕。

②工藝得到改善。投入高壓變頻器后水泵、風(fēng)機(jī)可以非常穩(wěn)定平滑地調(diào)整壓力、流量，運(yùn)行人員可以方便地調(diào)控，改善了工藝運(yùn)行參數(shù)，效率得到了提高。

③減小了維護(hù)量。使許多零部件的壽命得到延長(zhǎng)。

④降低了工作強(qiáng)度。高壓變頻器可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，生產(chǎn)效率得到提高，為優(yōu)化運(yùn)營(yíng)提供了前提。

⑤減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊。使用高壓變頻器后，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，電機(jī)的啟動(dòng)電流和額定電流相差不多。對(duì)電網(wǎng)幾乎沒(méi)有沖擊，既減輕了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)的損傷，又可有效延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命。

高壓變頻器作為一種新型的節(jié)能技術(shù)和調(diào)速技術(shù)，其性能和技術(shù)勝過(guò)以前任何一種調(diào)速方式。通過(guò)這么多年的實(shí)踐運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，高壓變頻器的可靠性、性能已經(jīng)得到了很好的驗(yàn)證，今后必將有更寬廣的舞臺(tái)。

［1］吳忠志，吳加林.中（高）壓大功率變頻器應(yīng)用手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［2］陳伯時(shí)，陳敏遜.交流調(diào)速系統(tǒng):電氣自動(dòng)化新技術(shù)叢書(shū)［M］，北京:機(jī)械工業(yè)出版，2005.

［3］陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)［M］，北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.