宋在剛

（山東鋼鐵萊蕪分公司特鋼事業(yè)部萊蕪271104）

【摘要】高壓變頻器具有調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高、系統(tǒng)可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。該文對(duì)高壓變頻器的組成、控制方式、性能及在轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用情況進(jìn)行了闡述。

【關(guān)鍵詞】高壓變頻器；節(jié)能降耗；轉(zhuǎn)爐

1前言

煉鋼轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)是煙氣凈化除塵及煤氣回收的關(guān)鍵設(shè)備。轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣經(jīng)汽化冷卻煙道、溢流文氏管、可調(diào)喉口文氏管、重力除塵器、彎頭脫水器，再由一次風(fēng)機(jī)牽引從三通閥、水封逆止閥進(jìn)入煤氣柜實(shí)現(xiàn)煤氣回收。一旦除塵風(fēng)機(jī)不能正常運(yùn)行，不但影響生產(chǎn)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，還威脅現(xiàn)場(chǎng)人員安全,所以轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行顯得尤為重要。

2除塵風(fēng)機(jī)的工藝要求

萊鋼銀前120t轉(zhuǎn)爐一次除塵采用的是半干法除塵工藝（EC+OG）,另有一套干法除塵器作為備用。OG法一次除塵風(fēng)機(jī)采用的是變頻控制方式,除塵風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YB710-2,額定功率1600kW,額定電壓3000 V,額定電流366 A, cos?=0.89,額定轉(zhuǎn)速2985r/min。變頻器型號(hào)為ABB ACS1000,額定功率為1800kW,輸岀電壓0-3300V,輸岀電流0-417A, 輸出頻率0~50Hz。生產(chǎn)中風(fēng)機(jī)控制分為兩個(gè)階段, 首先是加廢鋼→測(cè)溫取→樣岀渣→出鋼→濺渣→等待為風(fēng)機(jī)低速階段,此時(shí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為650r/min，頻率為11Hz。其次是降槍吹煉,轉(zhuǎn)爐熔池反應(yīng)劇烈,此時(shí)為風(fēng)機(jī)高速階段,轉(zhuǎn)速為2500r/min，頻率為42 Hz。

利用轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)的角度，來(lái)控制風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)升速和降速。當(dāng)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)角度在兌鐵位時(shí)開始起高速，升速時(shí)間為60s,轉(zhuǎn)速2500r/min,高速運(yùn)行18min左右。當(dāng)轉(zhuǎn)爐角度不在零位時(shí)，風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)降低轉(zhuǎn)速,降速時(shí)間為60 s,轉(zhuǎn)速650r/min,低速運(yùn)行22min左右。同時(shí)利用轉(zhuǎn)爐零位對(duì)其給定點(diǎn)進(jìn)行復(fù)位。

轉(zhuǎn)爐設(shè)置“手動(dòng)/自動(dòng)"切換功能,平時(shí)可根據(jù)生產(chǎn)情況實(shí)現(xiàn)手動(dòng)高速運(yùn)行，手動(dòng)高速運(yùn)行時(shí)頻率為48 Hz轉(zhuǎn)速為 2860 r/min。

3高壓變頻器在風(fēng)機(jī)上的節(jié)能原理

根據(jù)流體力學(xué)原理，P（軸功率）=KQ（流量）x H （壓力），k為計(jì)算常數(shù)，流量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比，壓力H與轉(zhuǎn)速N的平方成正比，功率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比。采用變速調(diào)節(jié)時(shí)其效率幾乎不變, 流量隨轉(zhuǎn)速按一次方規(guī)律變化。而軸功率按三次方規(guī)律變化。當(dāng)生產(chǎn)工藝要求調(diào)節(jié)風(fēng)量即調(diào)節(jié)流量時(shí),改變頻率調(diào)整轉(zhuǎn)速N,故有軸輸出功率P按立方比例關(guān)系改變即電動(dòng)機(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系，本系統(tǒng)中高壓電動(dòng)機(jī)額定功率為1600kW,額定轉(zhuǎn)速為2985r/min。若降低電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率，轉(zhuǎn)速是原轉(zhuǎn)速的6/7時(shí)（即2560r/min時(shí)）,其消耗功率大約為1000kW,可節(jié)省電能37%；轉(zhuǎn)速是原轉(zhuǎn)速的4/5 （即2388 r/mm時(shí)），其消耗功率大約為820 kW，可節(jié)省電能48%;所以通過(guò)變頻調(diào)速可節(jié)省電能。

4高壓變頻器的組成及原理

風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)控制采用的是ABB ACS 1000型高壓變頻器，主要由變壓器柜、功率單元柜和控制柜3部分組成。變壓器柜內(nèi)裝有干式移相變壓器，對(duì)輸入的3000 V高壓進(jìn)行隔離、移相、整流后，輸出相互有相位差的低壓電，分別接到每一相的功率單元的輸入端。功率單元柜共有24個(gè)功率單元,分屬3相，每相8個(gè)功率單元串聯(lián)。功率單元實(shí)際為單相橋式變頻器，由輸入變壓器的副邊繞組供電，整流、濾波后，由IGBT以PWM方法進(jìn)行控制，輸出可變頻、變壓的交流電。串聯(lián)疊加后輸出0~50 Hz,線電壓為0-3300V的三相交流電，以驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)?？刂乒駜?nèi)裝有一套主控制器，主控制器根據(jù)控制命令、給定信號(hào)、運(yùn)行信息及應(yīng)答信息進(jìn)行運(yùn)行控制，同時(shí)進(jìn)行狀態(tài)分析、故障診斷等運(yùn)算，檢測(cè)出故障后按故障性質(zhì)進(jìn)行故障處理,如封鎖系統(tǒng)、高壓跳閘等，并給出相應(yīng)故障信號(hào)。

5高壓變頻器的控制方式

（1） 本地控制：變頻器的本地操作是通過(guò)控制柜柜門上的觸摸屏來(lái)實(shí)現(xiàn)的，觸摸屏是高壓變頻器標(biāo)準(zhǔn)配置的人機(jī)界面（簡(jiǎn)稱HMI）。在HMI上可以完成變頻器的所有操作，如狀態(tài)監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置、趨勢(shì)曲線、狀態(tài)預(yù)警、運(yùn)行日志等。

（2） 遠(yuǎn)程控制：高壓變頻器的遠(yuǎn)程控制是通過(guò)開關(guān)量和模擬量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PLC輸岀啟動(dòng)、停止開關(guān)量信號(hào)到I/O接口板，數(shù)字量輸入變頻器主控制器，根據(jù)接收到的信號(hào)控制變頻器做出相應(yīng)的動(dòng)作。PLC輸出的4~20mA信號(hào)輸送到I/O接口板的模擬量輸岀，轉(zhuǎn)換成速度信號(hào)后，控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

6變頻器的優(yōu)勢(shì)

（1） 改善了除塵工藝和除塵效果:變頻器可以平滑地調(diào)整一次除塵風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，除塵風(fēng)機(jī)的參數(shù)得到改變，提高了運(yùn)行效率。變頻調(diào)速裝置運(yùn)行安全可靠,減少了維修時(shí)間和維修次數(shù),提高了轉(zhuǎn)爐產(chǎn)量。

（2） 變頻軟啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能：由于除塵風(fēng)機(jī)是離心式風(fēng)機(jī)，如果采用工頻控制.在開始啟動(dòng)時(shí)，需要很長(zhǎng)的時(shí)間，同時(shí)電流也非常大，這樣容易損壞電動(dòng)機(jī)及控制系統(tǒng)，而且對(duì)電網(wǎng)容量要求高，不僅是對(duì)電能的浪費(fèi).還縮短電動(dòng)機(jī)的使用壽命。而使用變頻器，通過(guò)改變電源的工作頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，利用變頻器的軟啟動(dòng)功能使啟動(dòng)電流從零開始逐漸達(dá)到正常運(yùn)行值，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)，從而降低啟動(dòng)電流對(duì)供電系統(tǒng)的影響，系統(tǒng)電網(wǎng)功率因數(shù)由0.89提升到0.96以上，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)節(jié)能。

（3） 減少了閥門機(jī)械和風(fēng)機(jī)葉輪的磨損:變頻器可以使風(fēng)機(jī)比原來(lái)額定轉(zhuǎn)速低450~2300r/min, 大大減少了風(fēng)機(jī)葉輪的磨損，減少了風(fēng)機(jī)震動(dòng)。延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)的大修周期，節(jié)省了檢修費(fèi)用和時(shí)間。

7結(jié)語(yǔ)

高壓變頻器在萊鋼轉(zhuǎn)爐一次除塵系統(tǒng)投入運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，基本不需要維護(hù)，既滿足煤氣回收的要求，又使?fàn)t前除塵效果有明顯改善, 并且系統(tǒng)電網(wǎng)功率因數(shù)由0.89提升至0.96以上，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)節(jié)能，既降低了電費(fèi)又降低了設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。下一步將繼續(xù)推廣這一技術(shù)，在鐵水預(yù)處理風(fēng)機(jī)上實(shí)施高壓變頻器改造。

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