高壓變頻器在高爐除塵風機上應用

洪偉

摘要：本文通過對高爐鐵口除塵風機改造方案的闡述以及節能效果對比，說明在滿足高爐環境除塵的基礎上，高壓變頻調速系統在除塵風機應用技術優點，以及實際運行效果。

關鍵詞：高壓變頻器；風機

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高爐鐵口環境除塵現各有10kV 2800kW風機1臺，啟動方式均為磁控軟啟動。原高壓開關柜型號：KYN28-12型，額定工作電流：1250A，風機調速通過液偶調節裝置進行。

二、系統方案

所有高壓硬件系統立足高爐主控樓原高壓配電室的預留空間上，在預留位置各設置一套高壓變頻控制裝置，替代原來低效的液偶調節裝置。變頻器控制系統以通訊方式與主系統PLC通訊（原PLC系統增加通訊模塊），根據出鐵場除塵風量需求變頻調節風機轉速。

變頻控制裝置的主回路圖如圖1所示：高壓變頻器內部采用西門子系列PLC控制，便于控制功能的實現、系統擴展和網絡通訊的實現。變頻器主機通過I/O板與控制室的PLC系統及工控計算機實現工業以太網和PROFIBUS-DP總線的網絡連接。

三、高壓變頻調速系統的裝置設計

3.1高壓變頻其系統原理

根據生產工藝的要求，高壓電機的負載設備在生產過程中必須進行調速。調速方式由原來中間環節調速（液偶調節裝置）改為對高壓電機本身進行調速，按照異步電機轉速公式：n=（1-s）60f/ps：滑差p：電機級對數f：電機供電頻率；由公式可知對電機調速方法多動多樣，高壓變頻調速是手段之一。

設計采用合康HIVERT系列通用高壓變頻器，該調速系統采用功率單元串聯多電平技術，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。與現場高壓控制柜、旁路柜、I/O接口、工業控制計算機共同完成對異步電動機的數據采集及控制。變頻器系統圖見圖2，變頻器輸入側采用多重化移向變壓器實現隔離和諧波抵消。無須功率因數補償、諧波抑制裝置，多脈沖整流技術的應用使得變頻器電網側諧波可滿足IEEE519-1992標準和GB/T14549-93標準。變頻器輸出采用多個功率單元移向式PWM波形輸出串聯疊加，得到多電平高壓，實現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，不會對電機的絕緣、軸承造成損害，可直接驅動普通鼠籠式、繞線式異步電動機和同步電機。

3.2控制系統改造

在原先后臺監控機中新增相關控制界面，將關于除塵風機變頻器的相關狀態參數進行顯示，以協助運行人員判斷變頻器的實際運行情況，并且具備相應的遠程控制功能，能夠完成變頻器的遠程起停、急停、復位等操作。除塵風機的運行方式采用自動和手動兩種方式。控制系統正常時，選擇在自動方式。當控制系統異常時和調試過程中，切換到手動方式正常運行。控制方式采用現場、遠程二種允準方式，以遠程操作優先。

所有變頻器與監控系統的模擬量的輸入/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；所有變頻器與監控系統的數字量的輸入/輸出（啟停/告警等）采用硬接線，無源干接點形式。并且根據現場需求，變頻器也可提供RS232、RS485等通訊接口與控制系統進行通訊，將相關參數信號等以通訊的方式上傳。

3.3新增變頻操作畫面功能

操作員站的任務是在標準畫面和用戶組態畫面上，匯集和顯示有關變頻運行信息，供運行人員據此對機組的運行工況進行監視和控制。

操作員站的基本功能如下：

在除塵主控室的工控機上能對除塵風機進行單機操作，因此在相應的操作界面上應具有啟動按鈕、停止按鈕、運行轉速、電流顯示、頻率給定、頻率指示、加減速時間設定、選擇開關狀態顯示、運行信號顯示、故障報警等。

四、使用前后效果對比

4.1主要技術數據及計算條件

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

目前運行數據：在電機恒速運行過程中，液力耦合器勺管開度一般在65%，輸出轉速為705rpm，風機入口閥門開度基本全開（99%），風機運行電流在143～145A（平均值144A）。風機入口負壓在-3800～-3900Pa左右。

實行調速運行方式后，按照出鐵制度，除塵風機一般只需在兩檔上運行，即雙鐵口搭接出鐵時，風機在額定轉速730rpm下運行；單鐵口出鐵時，考慮到風機低速時的性能補償因素，風機應在額定轉速的85%下運行。

根據調研，除了根據出鐵制度運行之外，還存在以下兩種情況需要高風量運行：

（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，修溝持續時間為5天。每次修溝時有2天左右對應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小時需要高風量運行。

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現運行情況能耗統計

電機平均消耗功率

4.3風機節能改造后能耗計算

高速運行時電機軸功率：

低速運行時電機軸功率：

電機平均軸功率P2sh=2224× +1366× =1432kw

電機平均消耗功率P2=1432÷（0.965×0.97）=1530kw

4.4節能量

單臺風機每年節能量W=（2200-1530）×（24×300-1440）≈386萬kwh

除塵風機節能率：

η=386×104÷（2200×24×300）×100%≈24%

通過以上計算可以看出，嚴格執行操作要求，理論上將會給企業帶來20%以上的節能收益。

五、結束語

通過高壓變頻器在高爐鐵口除塵風機的近一年多實踐應用觀察表明，鐵口除塵風機調速方式由原來液力耦合器調速改為通過高壓變頻器對高壓電機本身進行調速方式后，節能效果明顯，同時減少了機械專業維護工作量及維護成本。由此可見對于大型風機的變頻改造已成為行業標準要求，更是響應國家節能降耗可持續發展戰略推進的有力措施之一。

參考文獻：

[1]高壓大功率變頻器技術原理與應用，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.