炼钢厂转炉除尘风机变频技术应用分析

摘 要：本文介绍了高压变频器在炼钢厂转炉除尘风机中的应用，通过对除尘风机变频技术分析表明：高压变频器在降低除尘风机的电耗、提高功率因数、减小启动电流、提高自动化水平方面前景广阔。

关键词： 变频器 ；除尘； 风机

中图分类号：TS737+.1 文献标识码：A 文章编号：

1 引言

转炉炼钢产生的大量含尘高温烟气，需要利用专门除尘风机系统将此种烟气及时回收处理。除尘风机是除尘净化系统的动力中枢，一旦除尘风机不能正常运行，不但影响生产，造成巨大的经济损失，还有可能威胁到现场生产人员的人身安全；另外，调速系统工作的环境比较恶劣；所以，和除尘风机配套的高压调速系统，要求具有极高的可靠性。基于以上工作特点，对变频调速系统的主要要求如下： 1.要求变频器要有高可靠性，长期运行无故障。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.调速范围要大，效率要高。4.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。

2010年5月投产的某钢厂210t转炉二次除尘系统，经过多方调研、比较，最后决定采用东方日立DHVECTOL－DI004000/10型高压变频器，通过双方技术人员的合作，共同制定了转炉除尘风机的变频设计方案。

2210t 转炉二次除尘系统组成

在转炉炼钢过程中，转炉在兑铁水、投料、吹炼、出渣及出钢时产生的含尘高温烟气由转炉封闭罩捕集，同时还捕集料仓上料及投料、钢包热修、中包热修、精炼系统及RH系统产生的烟气。各路烟气汇总后，经袋式除尘器除尘后由风机经烟囱排入大气。由于各生产工艺产生的烟气量不同，产生烟气的时间不同，为提高烟气捕集率、适应冶炼工艺要求，在各烟气除尘管道上设调节阀，并与工艺设备联锁。系统组成有: 各除尘点、除尘管道、袋式除尘器、风机、高压电机、高压变频器、烟囱（图1）。DHVECTOL －DI004000 /10 型高压变频器很好的完成了生产工艺的设计要求，通过上位机操作高压变频器精确控制高压电机精准运行，达到了节能减排的目的。

图 1 除尘系统主要设备图

3 高压变频器概述

该高压变频器是一种高效、节能、无电网污染的变频设备，性能优异。该变频器适用于大型风机、泵类负载，使用后可大大降低能耗，改善生产工艺，提高生产效率，并可大大提高系统的稳定性和可靠性，延长设备的使用寿命，减少系统维护。

该厂使用的该型高压变频器适用于 10 kV 的变频调速三相异步电动机，将工频电源变换为频率、电压均连续可调的电源，可使电机拖动系统运行在最佳状态，不仅节能效果明显，而且极大提高了系统性能。

该变频器具有以下特点: 输入谐波小、功率因数高; 采用高压场控大功率的 IGBT 功率模块，电压设计裕度大; 能提供多条起动曲线，起动时间可以自行设定，可保证电动机安全运行并延长其使用寿命，软启动过程对电网不会产生冲击电流; 不仅节能，而且大大延长电动机及其负载的机械磨损，节省维护费用; 高压主回路与主控系统之间采用高速光纤通讯系统连接; 采用内置 PLC，可接收和输出工业标准信号，满足现场需要，具有现场及远程操作模式; 内置PID 调节器，可实现闭环控制，内置 UPS 可提供 30分钟维持时间; 具备低压空载调试功能; 变频器具有自诊断功能，并提供多种故障报警和保护，保障高压电动机安全运行。

4 系统组成及控制功能

变频装置由变频器柜、移相变压器柜、旁路柜组成，主回路原理图如图 2。

图 2 主回路原理图交流高压。

变频器采用直接高压变换形式，由多个功率单元构成单元串联多电平的拓扑结构。每个功率单元输出交流低压，多个功率单元叠加后输出为所需的交流高压。

10 kV 电源通过转炉 10 kV 开关站高压柜高压断路器进入系统旁路柜，采用移相干式变压器进行电源侧电气隔离，以减少谐波，电路原理示意图如图3 所示。变压器输出经功率柜逆变输出后到旁路柜，再经旁路柜直接驱动高压电机调速。

图 3 10 kV 9 级变频器电路原理示意图

本装置采用工频旁路系统，工频旁路采用真空接触器作为旁路切换，当变频调速系统发生故障停机或对变频调速系统进行检修时，切换到旁路，电机可以直接接电网工频运行，变频器系统接口如图 4所示。

图 4 变频器系统接口图

主控系统包括主控板及其输入输出接口，主控板以专用高性能单片机为控制核心，通过光纤通讯系统向各个功率单元传输PWM 信号，并接收各个功率单元状态信息。主控板和液晶之间使用光纤连接，液晶及面板键盘实现人机界面功能。通过面板上的功能键可以实现系统运行、停机、复位及功能参数设定和记录查询。主控板的 I/O 接口来实现端子控制模式的外部通讯，主要功能有: 系统端子复位、运行/停止控制、外部模拟方式频率给定、系统状态、运行频率。如图 5 所示:

图 5 控制系统示意图

电气控制以高可靠性的可编程逻辑控制器( PLC) 为中心，辅以继电器、开关等器件，负责变频器内部逻辑控制及外部与工艺的接口。PLC 主要完成以下功能: 与主控系统交换给定、运行频率、输出电流及功能号等数据; 监控主控系统就绪、运行、故障等状态; 处理变频器控制电源切换、旁通柜开关切换、互锁、风机、柜门、变压器温度等信号; 处理高压开关信号、控制指令信号，提供变频器运行状态和参数。

5 节能及效益分析

变频调节时，通过改变频率来改变风机的转速来满足不同工况的需求。此时电机消耗的能量将与电机转速立方的关系下降，因此变频调速的节电效果非常显著。变频调速方式调速范围宽，线性度很好，其本身的电子损耗很低，因而无论轻载还是满载都有很高的效率。

节能分析:

工频运行: 运行频率 50 Hz，运行电流 226. 5A，功率因数 0. 8;

运行功率为: P1 = U × I ×1. 732 × cos =10 ×226. 5 × 1. 732 × 0. 8 = 3138. 38 kW

变频运行: 风机按高、中、低速运行，由于中低速运行时间较短，现按风机高速运行计算，正常高速运行频率 40 Hz( 随工况不同，频率有所降低) ，运行电流 125 A; 功率因数 0. 97;

运行功率为 P2 = U × I × 1. 732 × cosφ =10 ×125 × 1. 732 × 0. 97 = 2100. 05 kW

节电率计算: ( 3138. 38 － 2100. 05) /3138. 38= 33. 08%

经济效益分析:

每小时节电 3138. 38 － 2100. 05 = 1038. 33 度，每月( 按 30 天计算) 节电 1038. 33 ×24 ×30 =74. 76万度;

电价按 0. 5 元/度算，年节电费 74. 76 万度 ×12× 0. 5 元 / 度 = 448. 6 万元

6 结束语

除尘风机使用高压变频器变频调速，实现了除尘风机的调速运行及高压电机的软起动，降低能耗、提高功率因数、减小启动电流、提高风机的利用率，不仅除尘效果完全满足工艺要求，而且节能效果显著。

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