一、概述

鋼鐵工業(yè)屬于資源密集型產業(yè)，開發(fā)的主要對象是各種粉狀、塊狀黑色金屬和非金屬礦物，生產規(guī)模大，工藝過程復雜，包括礦石的采選以及金屬的冶煉、冶金產品的加工等。鋼鐵工業(yè)排放的廢氣大體可分為三類：第一類是生產工藝過程中排放的廢氣，如燒結、冶煉和鋼材軋制過程中產生的煙塵、二氧化硫和其他有害氣體;第二類是煤、煤氣等燃料在爐窯中燃燒產生的含塵和二氧化硫的煙氣;第三類是原料、燃料在運輸、裝卸和加工過程中產生的粉塵。

此外，燒結脫硫方面存在的問題也值得關注。“十一五”期間，鋼鐵行業(yè)逐步開始實施燒結煙氣脫硫改造。2008年金融危機以前，一套燒結煙氣脫硫設施投資動輒七八千萬元、甚至上億元，承建燒結煙氣脫硫工程利潤極大。受高額利潤的刺激，越來越多的脫硫公司開始搶占燒結脫硫市場，但其中有相當多的公司缺乏脫硫工程設計、施工經驗，所采用的工藝也只是簡單模仿火電脫硫甚至還只是理論階段，導致脫硫設施建成后故障率較高。并且，國內一些環(huán)保意識淡薄的鋼鐵企業(yè)，往往通過減少環(huán)保投入、降低環(huán)保設施運行成本、犧牲環(huán)境質量來獲取利潤;加之我國環(huán)保法律法規(guī)和考核制度不夠嚴格，企業(yè)環(huán)境違法成本過低等問題，都導致環(huán)保設施運行效果不理想。據記者了解，有些鋼鐵企業(yè)上馬環(huán)保設備之后并不是“每天都用”，甚至有的企業(yè)將環(huán)保設備“束之高閣”。用于拖動風機、收塵風機、排風機及引風機的高壓類負載耗電量更高；所以從高壓風機負載節(jié)約成本顯得尤其重要。近幾年，國家實行節(jié)能減排政策，針對冶金等耗能大戶重點改造；通過幾年的發(fā)展和總結，現國產高壓變頻器在風機水泵負載上的節(jié)能技術日趨成熟，運行穩(wěn)定，并且在某些方面已超越國外產品。

二、脫硫原理及工藝

2.1石灰石-石膏濕法脫硫技術

石灰石-石膏濕法脫硫技術是目前世界上技術最為成熟、應用最多的脫硫工藝。

反應方程式

SO2 + 1/2O2 + 2H20 + CaCO3 → CaSO4• 2H20 + CO2

2HCl + CaCO3 → CaCl2 + H20 + CO2

2HF + CaCO3 → CaF2 + H20 + CO2   

圖一：生產工藝圖

2.2工藝原理

一級除塵利用除塵脫硫塔中8層噴嘴形成由上而下的16層水膜，與向上運動的含塵煙氣通過相互碰撞、攔截和凝集等作用來對煙氣進行洗滌；

二級除塵采用文丘里管中的小噴嘴形成的水膜與含塵細小液滴碰撞通過絕熱膨脹作用形成大液滴，從而去除微小塵粒；

• 經過文丘里管的煙氣進入原有的捕滴器形成第三次除塵；

• 石灰（CaO）或熟石灰（Ca(OH)2）配制成石灰漿液加入循環(huán)水系統(tǒng)的溶液中，在除塵的同時脫除煙氣中的二氧化硫，取得較高脫硫效率；

• 脫硫副產品與除塵的灰漿經濃縮后排入灰場。 

2.3技術特點

除塵效率可達99.6％以上，煙塵排放濃度不大于200mg/m3(標準狀態(tài))；

塔內脫硫效率大于90%，系統(tǒng)脫硫效率大于80%；

煙氣系統(tǒng)總阻力損失與原有除塵煙氣系統(tǒng)阻力基本相當，不必增設脫硫風機；

脫硫劑適應性廣泛，工業(yè)用CaO和Ca(OH)2均可。

2.4技術參數

鈣硫比(Ca/S)：<1.05；

• 噴嘴層數：4-8；

系統(tǒng)阻力：<1200Pa；

• 脫硫塔脫硫效率：>90%；

• 系統(tǒng)脫硫效率：>80%；

• 除塵效率：> 99.6%。

2.5脫硫工藝示意圖

圖二：風機示意圖

三、HD90系列高壓應用

3.1 現場狀況

負載類型：10kV 1250kW電機拖動燒結除脫硫除塵風機

運行狀況：全天24小時運行

風量控制：入口擋板調節(jié)，正常工作時閥門開度為100% ；詳細參數如下：

3.2 改造方案

3.2.1 前期考察

通過對現場工藝及電控方式的考察，負載風機為常見的W8系列離心風機，而電控采用DCS控制方式。最后綜合分析現場各因數，為其選配的高壓變頻器型號為：

HD90-J100/1600-DN

3.2.2 技術方案

a）主回路：采用一拖一手動旁路方案，見圖三。

基本原理：

此方案是手動旁路的典型方案。原理是由3個高壓隔離開關QS41、QS42和QS43和高壓開關QF、電動機M組成。要求QS42和QS43之間存在機械互鎖邏輯，不能同時閉合。變頻運行時，QS43斷開，QS41和QS42閉合；工頻運行時，QS41和QS42斷開，QS43閉合。高壓開關QF、電動機M為現場原有設備。        b) 控制回路：利用原有的DCS控制平臺，遠程調速、遠程監(jiān)

控運行頻率和輸出電流等。具體I/O量如下：

變頻器提供給用戶的開關量

用戶提供給變頻器的開關量

變頻器提供給用戶的模擬量

用戶提供給變頻器的模擬量

3.2.3 冷卻方案

由于現場環(huán)境污染大，粉塵較多，綜合考慮，采用空調內循環(huán)冷卻方式。

1） 變頻器散熱量（滿載）：

2） 對應空調大?。?sub>

3.2.4 現場調試

a）現場狀況：由于客戶設備檢修和土建改修，產線已停產13天。此時急需投產運行，客戶要求以最快速度完成調試。

b）調試步驟：電氣接線及檢查、控制電測試、上高壓無載測試、空載測試和帶載測試。

c）調試時間：1天

d）調試結果：變頻器順利投產，并運行穩(wěn)定；用戶和代理商對匯川高壓變頻器非常滿意。

3.2.5 后續(xù)情況

變頻器自5月投產以來，現已4月有余，在這期間，變頻器每天24小時連續(xù)工作，運行狀況良好，未發(fā)生任何故障運行穩(wěn)定。

四、匯川技術HD90高壓變頻器改造優(yōu)勢

4.1  變頻改造 

經匯川技術HD90高壓變頻改造后，各項性能指標均達到了設計要求。

1）節(jié)省人力：改造前，需要專門人員調節(jié)風門；變頻改造后，只需在DCS控制臺進行遠程調速即可。

2）將運行風機改用變頻控制后，可徹底避免大功率電動機啟動時的沖擊力矩對電機的損壞。延長了電機和管道的檢修周期，減輕了檢修人員的維護工作量；提高了機組自動裝置的穩(wěn)定性，為機組的經濟優(yōu)化運行提供了可靠保證；風機的運行參數得到了改善，提高了運行效率。

3）采用變頻調速，電動機轉速降低使環(huán)境噪音影響得到大大改善。

4）軟啟動功能：變頻器啟動，屬于無擾啟動，不會對其他負載產生電流沖擊。

5）節(jié)能效果顯著：較以往工頻運行相比，由于減少了電能的浪費，并且效率提高，節(jié)電率達到25%以上；

4.2  HD90高壓變頻器技術特點

匯川技術HD90高壓變頻器以高速浮點DSP為控制核心，采用功率單元串聯(lián)多電平技術，輸入功率因數高，輸出波形質量好，不必采用濾波器、功率因數補償裝置；不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機。

1）矢量控制技術

HD90系列高壓變頻器具備通用矢量控制技術，基于電機d-q軸數學方程式解析，對電機定子電流解耦成勵磁分量電流和轉矩分量電流，并分別加以控制，以達到模擬自然解耦的直流電動機的控制效果。

2） 非對稱旁路技術

HD90系列高壓變頻器采用單元級聯(lián)方式，當其中某個單元出現故障后，在單元配備旁路功能（可選）的情況下，通過非對稱旁路技術可以使系統(tǒng)不停機運行。HD90的非對稱技術可以實現比傳統(tǒng)旁路方案更高的電壓輸出幅值。

3）飛車啟動功能

HD90系列高壓變頻器具備飛車啟動功能，能夠在未知電機旋轉速度的狀況下啟動變頻器，變頻器自動進行頻率搜索，直至搜索到與電機實時旋轉頻率相符的頻率，此時變頻器輸出相應頻率，并控制電機旋轉至指定頻率，此技術能有效減少瞬間停電對生產的影響以及對電網的沖擊。

4）雙路控制電源  

HD90控制系統(tǒng)采用雙電源供電，控制電源失電后可正常工作；一路由用戶提供，一路由高壓變壓器繞組降到380v。兩路電源切換電路采用儲能電容，保證切換時平滑無擾動。

5）來電自啟動功能

電網瞬間跌落或波動時，系統(tǒng)可保證瞬間失電不跳閘，且在失電后5個周期內變頻器運行不受影響，超過5個周期變頻器自動降額運行，失電超過9s后變頻器停機，連續(xù)生產提高系統(tǒng)生產效率。

6）高可靠性器件

核心器件IGBT、整流二極管、高品質電容、主控制芯片ARM、DSP、FPGA等均選用高品質器件，保證了運行的高可靠性，生命周期長。

7） 遠程監(jiān)控方案

在無線通訊模式中，通過3G技術的支持，數據中心可以24小時對工藝運行過程中變頻調速系統(tǒng)相關數據進行實時采集、監(jiān)控。具有以下優(yōu)勢：故障報警及時，安全系數高；減少了現場維護數據采集、監(jiān)控的工作量：數據記錄準確：網絡無線監(jiān)控，降低了客戶在OSI網絡架構物理層建設的投入。

五、結束語

HD90系列高壓變頻器為蘇州匯川技術有限公司的成熟產品，此次燒結除脫硫除塵風機良好運行，也有力證明了我公司的磁鏈閉環(huán)矢量控制技術較同類廠家的控制方式更先進。近年來，HD90系列高壓變頻器廣泛用于冶金、電力、石化、礦山、建材和市政等領域；拖動的負載有風機、水泵、提升機、皮帶機、空壓機、密煉機和攪拌機等。其良好的性能，已經贏得了用戶的口碑。

高壓變頻器經歷了殘酷的價格戰(zhàn)洗禮，現在市場已趨于平穩(wěn)；而性能和質量已成為當今用戶追求的重點。匯川HD90系列高壓變頻器從問世之初，就以高性能和好質量定位；之前的事實已經說明，HD90系列高壓變頻器已經從諸強中脫穎而出。國外變頻器獨大的時代已經一去不返了，現在國產高壓變頻器無論是性能，還是穩(wěn)定性都可以與國外品牌媲美。