ABB變頻器在冶金企業(yè)除塵系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

楊慧潔

（河鋼股份有限公司承德分公司，河北 承德 067001）

ABB變頻器作為一種主要的控制裝置，在三相交流異步電機(jī)速度的控制和調(diào)節(jié)方面發(fā)揮著重要作用，同時(shí)，其較高的穩(wěn)定性、組合形式的豐富性都決定了其在不同領(lǐng)域都具備極為廣泛的應(yīng)用空間[1]。與傳統(tǒng)控制方式相比，ABB變頻器采用矢量控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的低速高轉(zhuǎn)矩輸出模式控制，并且在參數(shù)調(diào)節(jié)上具有更高的靈活性，可以在不使用輸入隔離變壓器的條件下完成目標(biāo)狀態(tài)的調(diào)節(jié)[2]。而其實(shí)際的應(yīng)用和組合方式主要取決于其應(yīng)用的環(huán)境以及用戶需求，可以在不改變?cè)性O(shè)備的情況下，直接以直接連接的方式在供電電源中接入控制裝置即可完成安裝，使得用戶可以以更低的投資成本獲得目標(biāo)控制效果[3]。對(duì)于冶金企業(yè)而言，不同時(shí)間段企業(yè)的生產(chǎn)狀態(tài)存在較大差異，產(chǎn)生的煙塵濃度也不同，而除塵系統(tǒng)始終以固定的狀態(tài)運(yùn)行[4]，這就在一定程度上造成了資源的浪費(fèi)，并且當(dāng)煙塵濃度低，而除塵系統(tǒng)運(yùn)行效率高時(shí)，也會(huì)造成生產(chǎn)環(huán)境中的壓力增大，影響正常生產(chǎn)活動(dòng)的開展[5]。為此將ABB變頻器應(yīng)用于除塵系統(tǒng)的控制之中是具有巨大潛力的[6]。

本文提出ABB變頻器在冶金企業(yè)除塵系統(tǒng)中的應(yīng)用分析，在研究了ABBA變頻器對(duì)除塵系統(tǒng)狀態(tài)的控制方式的基礎(chǔ)上，分析了其實(shí)際應(yīng)用效果。通過本文的研究，以期為相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)改革提供參考。

1 ABB變頻器對(duì)除塵系統(tǒng)的控制方式

1.1 計(jì)算除塵系統(tǒng)效能關(guān)系

要實(shí)現(xiàn)對(duì)除塵系統(tǒng)狀態(tài)的有效控制，首先要對(duì)其實(shí)際運(yùn)行效能作出準(zhǔn)確計(jì)算，在傳統(tǒng)的控制模式中，除塵系統(tǒng)中的鼓引風(fēng)量是以企業(yè)生產(chǎn)過程中最高濃度為目標(biāo)設(shè)置的，將除塵系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)出口的擋板位置進(jìn)行人為控制，但為了減少由此帶來的人工成本，一般情況下都選擇將鼓引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)設(shè)置在滿負(fù)荷模式下，系統(tǒng)產(chǎn)生的風(fēng)余量相對(duì)較高，能源浪費(fèi)情況明顯。為此，本文通過對(duì)除塵系統(tǒng)的運(yùn)行效能進(jìn)行計(jì)算。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與風(fēng)量之間的關(guān)系可以表示為：

其中，H表示環(huán)境的整體風(fēng)壓，Ha表示在無外力作用下，環(huán)境中的靜風(fēng)壓數(shù)值，Hd表示除塵系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的動(dòng)風(fēng)壓數(shù)值。而實(shí)際上Hd的大小是由除塵系統(tǒng)的輸入功率決定，并且存在的：

其中，P表示除塵系統(tǒng)的輸入功率，c表示風(fēng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)換系數(shù)，q表示風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)功率值，v表示風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的額定轉(zhuǎn)速。

由此，可以看出風(fēng)力機(jī)峰流量與輸入功率之間是以正比關(guān)系存在的，環(huán)境中的壓力值也與之呈正比關(guān)系。那么就可以通過對(duì)輸入功率進(jìn)行合理調(diào)節(jié)改變環(huán)境中的壓力大小，減少風(fēng)機(jī)過度運(yùn)轉(zhuǎn)帶來的能源開銷。

1.2 基于ABB調(diào)頻器的狀態(tài)控制

在上述基礎(chǔ)上，ABB對(duì)除塵系統(tǒng)的控制作用主要是通過自身的調(diào)頻作用改變輸入系統(tǒng)的功率大小，以此改變風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，確保其輸出與需求之間保持高擬合度。

當(dāng)除塵系統(tǒng)檢測(cè)到環(huán)境中煙塵濃度為ρ時(shí)，假設(shè)此時(shí)除塵系統(tǒng)的輸出功率為W，那么對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的風(fēng)壓值可以表示為：

可實(shí)現(xiàn)的除塵效率為：

此時(shí)，當(dāng)V=1時(shí)，表示除塵系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與實(shí)際需求一致，當(dāng)V>1時(shí)，表示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)高于實(shí)際需求；通過ABB調(diào)頻器進(jìn)行降頻處理，減少輸入功率，直至V=1；當(dāng)V<1時(shí)，表示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)低于實(shí)際需求，通過ABB調(diào)頻器進(jìn)行升頻處理，提高輸出功率，直至V=1。

通過這樣的方式，利用ABB變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)除塵系統(tǒng)狀態(tài)的有效控制。

2 應(yīng)用分析

將搭載有ABB變頻器的除塵系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際的冶金環(huán)境中，測(cè)試其在控制能源開銷方面的價(jià)值。

2.1 測(cè)試環(huán)境

本文以某鋼鐵有限公司為測(cè)試目標(biāo)，其開展的煙氣治理項(xiàng)目中，針對(duì)煙塵的管控措施雖然已經(jīng)取得了一定的成果，但存在成本較高的問題，原有的除塵裝置如圖1所示。

圖1 除塵裝置

為此，本文在原有除塵系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，安裝了2套配套電機(jī)為1600kW×10kV的大功率高壓ABB變頻器。由此構(gòu)成的除塵系統(tǒng)包括2臺(tái)ASC600高壓ABB變頻器，2臺(tái)運(yùn)行功率為2 000 kW的系統(tǒng)旁路開關(guān)柜，其操控方式為手動(dòng)，當(dāng)系統(tǒng)智能控制出現(xiàn)異常時(shí)，通過該裝置實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)，除此之外，還有1套冶金線程及除塵狀態(tài)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。以此為基礎(chǔ)，ABB變頻器的安裝充分考慮了實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境需求，最終選擇的安裝位置為室內(nèi)，具體如圖2所示。

圖2 ABB變頻器安裝方式

對(duì)應(yīng)的技術(shù)方案為電壓源型安裝方式，通過分析該冶金企業(yè)的實(shí)際除塵需求，設(shè)定變頻器的額定輸入電壓為10kv，電壓允許變化范圍為-20%-+15%，對(duì)于除塵系統(tǒng)而言，輸入電壓和輸出電壓均為10kV，輸出電流值為100A，變頻器的額定容量大小為2200KVA，允許的額定輸入頻率為50Hz，允許的最大波動(dòng)范圍為5Hz。設(shè)置額定輸出狀態(tài)下變頻器的效率為97%，當(dāng)除塵系統(tǒng)的負(fù)載小于20%時(shí)，對(duì)應(yīng)的額定效率不超過95%。輸入側(cè)功率因數(shù)也是按照系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)設(shè)置的，當(dāng)其以額定輸出狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，功率因數(shù)為0.97，當(dāng)負(fù)載低于30%時(shí)，功率因數(shù)為不超過0.92。不僅如此，為了提高系統(tǒng)的安全性，在ABB變頻器的每相9單元位置，串聯(lián)了一個(gè)PWM 逆變輸出，元件參數(shù)為IGBT。通過這樣的方式，變頻器可以承受120%過載狀態(tài)的最大時(shí)長為3min，150%過載狀態(tài)的最大時(shí)長為1min。對(duì)于變頻器的控制，以“一拖一”的方式實(shí)現(xiàn)，其中，就地控制是通過電源控制自帶的液晶觸摸屏對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器啟動(dòng)﹑停止等狀態(tài)的調(diào)控；遠(yuǎn)程控制是通過中央控制室的工控機(jī)控制變頻器，利用RS485接口建立變頻器與工控機(jī)之間的連接，在MODBUS通訊協(xié)議下實(shí)現(xiàn)控制指令的傳輸。

2.2 應(yīng)用效果

在上述基礎(chǔ)上，對(duì)冶金企業(yè)的除塵系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)控制，并對(duì)比了在24h內(nèi)原有狀態(tài)下的資源開銷，其結(jié)果如表1所示。

表1 除塵系統(tǒng)開銷對(duì)比表

從表1中可以看出，與原來的除塵系統(tǒng)相比，在ABB變頻器控制下，對(duì)于系統(tǒng)參數(shù)的控制更加精準(zhǔn)，單日縮短無效運(yùn)行時(shí)間1.4h，節(jié)能量達(dá)到54.56 kW?h，以當(dāng)?shù)貙?shí)際電能收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)0.6元/kW?h計(jì)算，單日可減少電能成本32.74元，為原開銷的10.81%。因此可以看出，通過使用ABB變頻器對(duì)冶金企業(yè)除塵系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)控制對(duì)于降低市場(chǎng)成本具有顯著效果。

3 結(jié)語

冶金企業(yè)的煙塵問題是極大的安全隱患，為了最大限度降低由此帶來的安全問題，企業(yè)均安裝了功率較大的除塵裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)煙塵的控制，但由此帶來的經(jīng)濟(jì)成本也是不容忽視。本文提出ABB變頻器在冶金企業(yè)除塵系統(tǒng)中的應(yīng)用分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)小提高能運(yùn)行參數(shù)的精準(zhǔn)控制，在實(shí)現(xiàn)除塵效果的前提下，切實(shí)降低了系統(tǒng)的運(yùn)行成本。通過本文的研究，以期為除塵系統(tǒng)的變頻控制改進(jìn)提供參考。