摘 要：本文分析了高爐鼓風(fēng)機(jī)的工藝及可靠性要求，介紹了ZINVERT系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在福建三明閩光冶煉廠高爐鼓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速改造的技術(shù)方案和節(jié)能效果等應(yīng)用情況，為高壓變頻在高爐鼓風(fēng)機(jī)的應(yīng)用提供了一定的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器 高爐鼓風(fēng)機(jī) 節(jié)能

1、用戶及煉鐵高爐鼓風(fēng)機(jī)工藝要求簡(jiǎn)介

　　小蕉軋鋼廠和福建三明閩光股份有限公司合資建立了福建閩光冶煉有限公司，可年產(chǎn)燒結(jié)60萬(wàn)噸和生鐵35萬(wàn)噸。該廠現(xiàn)有2個(gè)128立方的高爐，其工藝設(shè)備，計(jì)量測(cè)試，除塵環(huán)保，廠房和綠化水平具有當(dāng)前國(guó)內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先水平。

　　煉鐵過(guò)程實(shí)質(zhì)上是將鐵從自然狀態(tài)——礦石等含鐵化合物中還原出來(lái)的過(guò)程。通常分為燒結(jié)和煉鐵兩段工序。燒結(jié)：就是把鐵礦粉造塊，為高爐提供精料的一種方法，是利用鐵礦粉、熔劑、燃料及返礦按一定比例制成塊狀冶煉原料的一個(gè)過(guò)程。煉鐵：高爐的冶煉過(guò)程主要目的是用鐵礦石經(jīng)濟(jì)高效的得到溫度和成分合乎要求的液態(tài)生鐵。
　　高爐鼓風(fēng)機(jī)是高爐最重要的動(dòng)力設(shè)備，它不但直接提供高爐冶煉所需的氧氣，而且提供克服高爐料柱阻力所需的氣體動(dòng)力。高爐冶煉要求鼓風(fēng)機(jī)能供給一定量的空氣，以保證燃燒一定的碳;其所需風(fēng)量的大小不僅與爐容成正比，而且與高爐強(qiáng)化程度有關(guān)、一般按單位爐容2.1～2.5m3/min的風(fēng)量配備。但實(shí)際上不少的高爐考慮到生產(chǎn)的發(fā)展，配備的風(fēng)機(jī)能力都大于這一比例，因此一般采用入口風(fēng)門、出口放風(fēng)閥進(jìn)行風(fēng)量、風(fēng)壓控制，以及防止風(fēng)機(jī)的喘振。

　　高爐鼓風(fēng)機(jī)的由于風(fēng)門的損耗、風(fēng)機(jī)的效率低、放風(fēng)損耗巨大，因此采用高壓變頻器改造的節(jié)能空間巨大。但是由于高爐鼓風(fēng)機(jī)作為高爐生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，電動(dòng)機(jī)功率容量大，要求保證持續(xù)工作，在高爐生產(chǎn)中的運(yùn)行中斷特別在出鐵水時(shí)將造成灌渣事故，導(dǎo)致高爐堵?tīng)t、停產(chǎn)、焦比上升，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，因此目前對(duì)高爐鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行高壓變頻改造的極少，主要原因用戶對(duì)高壓變頻器設(shè)備的運(yùn)行可靠性的疑問(wèn)。廣州智光電氣股份有限公司的ZINVERT系列高壓變頻器以其可靠性制造與技術(shù)、大量的穩(wěn)定可靠的運(yùn)行業(yè)績(jī)贏得廣大用戶的信任，三明閩光冶煉選用其對(duì)#1、#2高爐鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行了高壓變頻調(diào)速改造。

2、高爐鼓風(fēng)機(jī)的變頻改造方案

　　目前閩光冶煉有2個(gè)高爐進(jìn)行生。其高爐風(fēng)機(jī)原來(lái)采用定子串水阻啟動(dòng)，通過(guò)風(fēng)機(jī)入口風(fēng)門和出口放風(fēng)管風(fēng)門進(jìn)行風(fēng)量風(fēng)壓調(diào)節(jié)。在經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的技術(shù)比較與技術(shù)應(yīng)用考察后，該廠選擇采用廣州智光生產(chǎn)的ZINVERT—A9H2000/10Y型高壓變頻調(diào)速裝置，對(duì)其1#、2#高爐1600kW高爐鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能改造。

　　2.1 高爐鼓風(fēng)機(jī)及配套電機(jī)參數(shù)

　　電機(jī)參數(shù)如下：

　　電機(jī)型號(hào)：YK1600;額定功率：1600kW;額定電壓：10kV;額定電流：109A;功率因數(shù)：0.89。

　　風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)如下：

　　進(jìn)口風(fēng)壓：0.0912Mpa;出口風(fēng)壓：0.2206Mpa;流量：36000m3/h;風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速：6122轉(zhuǎn)/分（通過(guò)增速器）;風(fēng)門開(kāi)度：A機(jī)進(jìn)口開(kāi)度35%，出口開(kāi)度25%;B機(jī)進(jìn)口開(kāi)度45%，出口開(kāi)度25%。

　　電機(jī)運(yùn)行電流：90A;風(fēng)機(jī)出口壓力：105kPa;年運(yùn)行時(shí)間：8000小時(shí)。

　　擋板這種調(diào)節(jié)方式雖然簡(jiǎn)單易行，已成習(xí)慣，但它是以增加管網(wǎng)損耗，耗費(fèi)大量能源為代價(jià)的。對(duì)于高壓大功率電機(jī)，耗能則更大。當(dāng)采用變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)，其效率最高，因?yàn)轱L(fēng)量隨轉(zhuǎn)速的一次方下降，而其軸功率則按轉(zhuǎn)速的三次方規(guī)律下降，而目前性能最佳的調(diào)速方式則是國(guó)際上公認(rèn)的交流變頻調(diào)速技術(shù)。

　　2.2 高爐變頻改造方案

　　福建閩光冶煉有限公司高爐配三臺(tái)高爐鼓風(fēng)機(jī)。生產(chǎn)時(shí)，通過(guò)進(jìn)風(fēng)門調(diào)節(jié)對(duì)風(fēng)量進(jìn)行粗調(diào);通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)出口放散閥對(duì)風(fēng)量進(jìn)行微調(diào)。鼓風(fēng)機(jī)工頻啟動(dòng)時(shí)，關(guān)閉風(fēng)門，先投入啟動(dòng)柜，電機(jī)電流降至50A以下時(shí)，投入運(yùn)行柜。啟動(dòng)過(guò)程約耗時(shí)45秒。三臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，為兩用一備工作方式，各機(jī)主回路形式一致。鼓風(fēng)機(jī)主回路（單臺(tái)）如圖1所示：

圖1 改造前高爐鼓風(fēng)機(jī)主接線（共三臺(tái)，兩用一備）

　　此次改造采用兩臺(tái)ZINVERT-A9H2000/10Y，二拖三手動(dòng)旁路的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，裝置一次接線如下圖所示。

圖2 二拖三手動(dòng)旁路主回路

　　該方案中各一次旁路接線柜內(nèi)的刀閘間采用自動(dòng)相互閉鎖邏輯，保證電源輸入與輸出的唯一性，又能夠?qū)崿F(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)之間的倒閘操作，取得靈活、可靠的控制方案。10kV電源經(jīng)變頻裝置刀閘到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)刀閘與水阻柜串聯(lián)接至電動(dòng)機(jī)，正常時(shí)先將水阻柜旁路再進(jìn)行變頻啟動(dòng)電動(dòng)機(jī);10kV電源還可經(jīng)刀閘切換至工頻側(cè)通過(guò)串水阻降壓起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開(kāi)輸入側(cè)10kV開(kāi)關(guān)及輸出刀閘，將變頻裝置隔離，切換刀閘至工頻側(cè)，把水阻柜投入，在工頻電源下起動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。

　　ZINVERT型智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)核控制由雙DSP完成，裝置在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)其運(yùn)行頻率設(shè)定方式有多種方式?，F(xiàn)場(chǎng)采用遠(yuǎn)程操作臺(tái)的監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行頻率或轉(zhuǎn)速給定。高壓變頻器變頻運(yùn)行時(shí)，用戶可根據(jù)實(shí)際煉鐵過(guò)程中的壓力需求，在控制室對(duì)鼓風(fēng)機(jī)的變頻系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整設(shè)定頻率以滿足工況需求。高爐鼓風(fēng)機(jī)由于有風(fēng)壓要求，因此運(yùn)行頻率一般在40Hz以上，所以在控制系統(tǒng)設(shè)置下限頻率35Hz，出現(xiàn)坐料可能喘振時(shí)依然采用放散閥控制，避免由于風(fēng)量過(guò)小風(fēng)機(jī)進(jìn)入喘振區(qū)。

3、項(xiàng)目改造總結(jié)及收益分析

　　由于某些因素的制約，此次選用的為ZINVERT手動(dòng)旁路變頻系統(tǒng)。而高爐風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況要求其24h連續(xù)運(yùn)行，偶然跳閘或停機(jī)會(huì)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)甚至高爐本身都會(huì)造成比較嚴(yán)重的影響。而在高爐煉鐵生產(chǎn)時(shí)，每1個(gè)小時(shí)就要出一次鐵，因而對(duì)變頻的可靠性要求非常高。特別是閩光冶煉高爐位于雷電高發(fā)區(qū)，為避免為防止雷電干擾停機(jī)，提高高爐風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠性，廣州智光電氣股份有限公司ZINVERT系列高壓變頻器擁有自主研發(fā)的“STT”技術(shù)（轉(zhuǎn)速跟蹤技術(shù)），能夠?yàn)檎谛D(zhuǎn)的電機(jī)瞬時(shí)掉電恢復(fù)的功能，從而可以大大地提高了高爐生產(chǎn)運(yùn)行的可靠性。

　　根據(jù)用戶提供的2008年3月21日投運(yùn)后，高爐鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率在39～45Hz運(yùn)行（如圖3中變頻運(yùn)行監(jiān)視界面），一個(gè)季度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在相同鐵產(chǎn)量情況下，與改造前1300kW左右的功率，平均下降為900kW，用戶節(jié)電測(cè)試結(jié)果：

　　減小輸入功率：1300-900=400（kW）;

　　節(jié)能比率：400/1300=30.7%;

　　按平均每天運(yùn)行24小時(shí)，電價(jià)0.5元/度，一年運(yùn)行330天計(jì)算，每年可以節(jié)約電費(fèi)約為：

　　400×24×330×0.5=158.4（萬(wàn)元）。

　　兩臺(tái)高爐的鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造后年節(jié)約電費(fèi)可達(dá)約317萬(wàn)元。

　　由節(jié)能數(shù)據(jù)看出，ZINVERT系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用于高爐風(fēng)機(jī)的節(jié)能及經(jīng)濟(jì)效益是顯著的。另外，采用變頻調(diào)速控制后，其他方面的效益也是明顯的，如：

　?。?）網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)提高： 原電機(jī)直接由工頻驅(qū)動(dòng)時(shí)，采用無(wú)功補(bǔ)償，其實(shí)際運(yùn)行功率因數(shù)為0.92。采用高壓變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，電源側(cè)的功率因數(shù)可提高到0.96以上，無(wú)需無(wú)功補(bǔ)償裝置就能大大的減少無(wú)功功率，滿足電網(wǎng)要求，可進(jìn)一步節(jié)約上游設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用。

　?。?）設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用下降：采用變頻調(diào)節(jié)后，由于通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能，在負(fù)荷率較低時(shí)，電機(jī)、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速也降低，主設(shè)備及相應(yīng)輔助設(shè)備如軸承等磨損較前減輕，維護(hù)周期可加長(zhǎng)，設(shè)備運(yùn)行壽命延長(zhǎng)。

　?。?）噪音大大減小，改善運(yùn)行人員的工作環(huán)境：采用變頻調(diào)節(jié)后，由于通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，風(fēng)門全開(kāi)，鼓風(fēng)機(jī)、風(fēng)管的噪音大大下降，改善工作環(huán)境條件，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員反映良好。

　?。?）用高壓變頻調(diào)速裝置后，可對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)電流不超過(guò)電機(jī)運(yùn)行額定電流的1.2倍，對(duì)電網(wǎng)無(wú)任何沖擊，電機(jī)使用壽命增長(zhǎng)。

4、結(jié)語(yǔ)

　　ZINVERT系列高壓變頻器在福建三明市閩光冶煉廠高爐鼓風(fēng)機(jī)的調(diào)速表明，高爐鼓風(fēng)機(jī)采用高壓變頻技術(shù)節(jié)能改造成功，設(shè)備投運(yùn)以來(lái)運(yùn)行穩(wěn)定，完全保證高爐的正常生產(chǎn)，并取得了可觀的節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益與附加效益，為該產(chǎn)品和技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的推廣應(yīng)用取得良好經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

　　[1] 泵與風(fēng)機(jī)（第三版），郭立君，何川，北京，中國(guó)電力出版社。

　　[2] 高爐熱風(fēng)爐操作，劉全興，北京冶金工業(yè)出版社。

　　[3] ZINVERT系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)培訓(xùn)教材，廣州，廣州智光電氣股份有限公司。