摘要：本文分析了高壓變頻器在轉爐煉鋼除塵風機中的應用。實踐證明，高壓變頻器對降低除塵風機的用電率、減少起動電流、提高功率因數(shù)、改進轉爐煉鋼工藝水平、提高自動化水平有很好的應用前景。

關鍵詞：變頻調速；高壓變頻技術；轉爐；除塵風機

一、工程前期情況描述

      大冶華鑫煉鋼廠原有30T氧氣頂吹轉爐2座，采用“三吹三”方式，轉爐吹煉過程中，爐口會排出大量棕紅色的煙氣，煙氣溫度高、含有易燃氣體和金屬顆粒，按照我國1996年頒布的《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297一1996），對煙氣必須冷卻、凈化，達標后排放。若電機采用工頻運行，通過調節(jié)風門的出口擋板調節(jié)風量來滿足生產(chǎn)工藝要求，大量電能白白浪費在閥門上;若采用液力耦合器調速，則存在以下缺點：
（1） 調速范圍窄，轉速不穩(wěn)定；
（2） 電機的效率低，損耗大；
（3） 液力耦合器經(jīng)常出現(xiàn)故障，不能滿足連續(xù)生產(chǎn)的需要；
（4） 調節(jié)精度低，響應慢。 

    吹煉工藝周期
　　A到B為兌鐵加廢鋼時間，約1分鐘。
　　B到C為風機升速時間，暫定1分鐘，可以調節(jié)。
　　C到D為吹氧時間，約14分鐘。
　　D點風機開始減速，暫定2分鐘，可以調節(jié)。
　　D到E為倒爐測溫取樣時間，約2分鐘。
　　E到F為出鋼時間，約2分鐘。
　　F到G為濺渣時間，約2分鐘。

　　長期以來，不論轉爐處于哪一個運行階段，產(chǎn)生的粉塵大小均使除塵風機全速運行，擋板幾乎不進行任何調節(jié)，造成大量的電能浪費。隨著市場競爭的不斷加劇，節(jié)能降耗、提高生產(chǎn)效率成為企業(yè)發(fā)展提高競爭力的有效手段之一。

　　在九十年代后期，隨著電力電子技術、微電子技術、光電子技術的不斷發(fā)展和矢量控制技術的不斷完善，其中各種拓撲結構的高壓變頻器相繼在應用市場上出現(xiàn)，尤其在最近幾年，在技術和應用領域上得到不斷的進步和拓展，其中，多重化完美無諧波矢量控制高壓變頻器以其功率因數(shù)高、無諧波（輸入諧波小，對供電電網(wǎng)無污染；輸出諧波小，電機附加發(fā)熱和轉矩脈動?。┛煽啃愿叨艿皆絹碓蕉嗟挠脩魵g迎，現(xiàn)已廣泛應用于電力、冶金、化工、建材等領域。

二、系統(tǒng)技術方案設計

    通過對冶煉工藝的分析：轉爐在煉鋼過程的不同階段對除塵風量的大小有明顯的不同，以吹氧冶煉為最大，其他除塵為最低。通過對轉爐煉鋼過程的分析，對除塵風機的控制設計于下方案。整個吹煉工藝周期約24分鐘，其中高速時間（C到D）14分鐘。為了控制簡單起見，可使除塵風機運行在兩種狀態(tài)，高速和低速，高速定為45Hz,可以調節(jié)；低速定為20Hz,可以調節(jié)?？煽紤]在下氧槍時給出一對接點使高壓變頻器加速進入高速運行，提氧槍時控制接點斷開，變頻器減速進入低速運行。

2．1 設備參數(shù)：

風機參數(shù)

風機型號：D700-13

額定風量：42000m3 /h

額定風壓：25490Pa

轉速：2965rpm

軸功率：400Kw

電機參數(shù)

電動機型號：JK134-2

額定電壓：：10000V

額定功率：  440KW

額定電流：30A

額定轉速：2980r/m

變頻器技術指標

型號：SH-HVF-Y10K/450

額定容量：600kVA

輸入電壓：10000V

輸出電壓：0～10000V

輸出頻率：0～50Hz

2．2 系統(tǒng)電氣構成

　　根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)工藝情況，選用湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司研究開發(fā)生產(chǎn)的高壓變頻器作為主件，該變頻調速系統(tǒng)具有諧波含量小，功率因數(shù)高、模塊化結構、可靠性高等特點。除塵風機電氣系統(tǒng)的主接線結構圖如圖1所示。10kV電源通過母線段網(wǎng)側高壓開關DL接入系統(tǒng)，采用多重化移相干式隔離變壓器進行電源側電氣隔離，以減小對電網(wǎng)的諧波污染；變壓器輸出經(jīng)功率柜逆變輸出后直接驅動三相異步電動機，實現(xiàn)除塵風量的控制。為保證整個除塵風機系統(tǒng)可靠性，系統(tǒng)設計中我們還采用工頻旁路。當系統(tǒng)變頻運行時，斷開隔離開關QS3，合隔離開關QS1、QS2。QS2與QS3之間還設計了機械互鎖，在變頻器運行時絕對保證QS3不可以誤合閘。在變頻運行時，由遠程PLC起停變頻器；當變頻器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)切換至原工頻運行方式；斷開隔離開關QS1、QS2；合隔離開關QS3。由原除塵系統(tǒng)啟動風機，入口擋板控制風量。

圖1  系統(tǒng)接線圖

圖2    工藝流程圖

三、改造效果

      從運行情況看,該高壓變頻調速裝置,運行可靠,節(jié)電效果明顯,達到了預期效果。經(jīng)過工頻和變頻運行對比，測量和統(tǒng)計的煉鋼轉爐除風機改造后各項技術指標如下表

（1）節(jié)電效果明顯。改造前,該風機每天平均電耗為7700kW·h,而現(xiàn)在僅為3653kWh左右,平均每天節(jié)電4047kWh,節(jié)電率達57%,年節(jié)電效益為73萬元。                

（2）系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制,操作簡單。系統(tǒng)利用轉爐煉鋼過程中氧槍的工作信號作為風機高、低速運行的控制信號,實現(xiàn)了風機的高、低速自動控制,系統(tǒng)也可根據(jù)工作需要進行人工操作,且操作方便。
                                      
（3）系統(tǒng)安全可靠。具有較強的自我保護能力和故障自診斷能力,有過流保護、過電壓保護、欠電壓保護、高壓電源缺相、接地等保護功能。

（4）設備運行可靠,維護費用低。由于采用變頻調速控制,其裝置具備軟起動、軟停止的功能,故在啟動時對電網(wǎng)及設備沒有沖擊,因此延長了電機及風機的使用壽命。由于電機的平均轉速大大降低，軸承的溫度大大降低，其壽命也大大延長，提高了整個系統(tǒng)的可靠性，減少了因頻繁更換軸承影響轉爐正常生產(chǎn)。

（5）單臺項目總體投資為98萬元，16個月即可收回投資。設備使用年限長達10年，投資收益高達600余萬元。