伴隨著能源的日漸緊缺，人們對節(jié)能問題也給予了更多重視。而在鋼鐵廠日常運(yùn)營中，需要大量的風(fēng)機(jī)、水泵類用電設(shè)備采用工頻運(yùn)行，將產(chǎn)生大量的資源和電能損耗。因此，還應(yīng)加強(qiáng)對中壓變頻器在鋼鐵廠中的節(jié)能應(yīng)用分析，以便更好的解決鋼鐵廠的電能不必要損耗問題。

1、變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)概述

所謂的變頻調(diào)速技術(shù)，就是通過改變交流電源頻率進(jìn)行電機(jī)無極調(diào)速控制的技術(shù)。結(jié)合電機(jī)驅(qū)動設(shè)備工作原理可知，無論是風(fēng)機(jī)還是水泵，都需要將電機(jī)軸功率轉(zhuǎn)化為流體動能，達(dá)到驅(qū)動設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。針對這類設(shè)備，直接采用工頻電壓進(jìn)行供電，設(shè)備將以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，需要結(jié)合工作最大需求量完成電機(jī)設(shè)計(jì)，所以電機(jī)工作富余量較大。但在設(shè)備實(shí)際運(yùn)行的過程中，通常不需要以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。針對這一情況，還要采用液力耦合器、閥門等裝置進(jìn)行壓力流量調(diào)節(jié)，此過程則將產(chǎn)生較大的能量損失。采用變頻調(diào)速技術(shù)，可以使閥門處在全開狀態(tài)，通過直接調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行介質(zhì)輸送壓力和流量的調(diào)整，所以能夠從設(shè)備用電源頭上進(jìn)行能量節(jié)約[1]。從變頻調(diào)速節(jié)能系統(tǒng)構(gòu)成上來看，包含變頻器、整流變壓器、邏輯控制器等設(shè)備。其中，整流變壓器與需要變頻柜配套，用于為變頻裝置提供電源。而邏輯控制器負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)連鎖和邏輯控制，實(shí)現(xiàn)報(bào)警、通訊等功能。變頻器作為系統(tǒng)核心組成部分，可以在電機(jī)調(diào)速控制和保護(hù)上得到應(yīng)用，確保電機(jī)平滑、可靠起動，避免電機(jī)、電網(wǎng)等受到?jīng)_擊。因此在應(yīng)用變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)時，還要加強(qiáng)變頻器的選用。

2、中壓變頻器在鋼鐵廠中的節(jié)能應(yīng)用

2.1鋼鐵廠變頻節(jié)能需求

在鋼鐵廠中，對風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備進(jìn)行了大量使用。比如在煉鐵工序中，包含助燃風(fēng)機(jī)、除塵風(fēng)機(jī)、冷卻循環(huán)給水泵等設(shè)備。在軋鋼作業(yè)中，包含冷卻風(fēng)機(jī)、除塵風(fēng)機(jī)等設(shè)備。這些設(shè)備作為鋼鐵廠的通用機(jī)械，將產(chǎn)生大量電能損耗。就目前來看，設(shè)備采用的電機(jī)多為交流驅(qū)動電機(jī)，可以通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)風(fēng)量、水流調(diào)節(jié)。但是，鋼鐵廠的工藝設(shè)備相對復(fù)雜，設(shè)備間存在較大的運(yùn)行工況差異，在對設(shè)備進(jìn)行變頻調(diào)速時，需要結(jié)合驅(qū)動電機(jī)負(fù)荷率確定節(jié)電效果。在電機(jī)運(yùn)行工況與設(shè)計(jì)工況差距較大的情況下，節(jié)電效果往往更好。就目前來看，鋼鐵廠大多數(shù)用電設(shè)備并未采用變頻技術(shù)。而可以使用變頻技術(shù)的設(shè)備大多為公輔設(shè)施，改造后對生產(chǎn)線的影響不大，不會受到工藝、產(chǎn)品產(chǎn)量等方面的限制，所以技術(shù)應(yīng)用的獨(dú)立性較強(qiáng)。所以在實(shí)際改造過程中，還要重點(diǎn)從環(huán)保、經(jīng)濟(jì)效益等方面確定技術(shù)應(yīng)用的有效性。值得注意的是，在節(jié)能改造過程中，必須要對改造取得的效益展開分析。因?yàn)殇撹F廠通常擁有較大的建設(shè)投資規(guī)模，通常在幾十億之上，每日的生產(chǎn)運(yùn)營費(fèi)用都較高。如果采用的節(jié)能改造技術(shù)僅能在小范圍適用，將很難獲得規(guī)模效益。因此在對鋼鐵廠進(jìn)行變頻改造過程中，需要加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)效益的分析。

2.2節(jié)能采用的中壓變頻器

2.2.1中壓變頻器

中壓變頻器的種類有較多中，按照中間環(huán)節(jié)是否存在直流可以劃分為交交變頻器和交直交變頻器，結(jié)合直流性質(zhì)可以劃分為電流型變頻器和電壓型變頻器等等。而按照電壓等級，可以劃分為中壓變頻器和通用變頻器。從原理上來看，大多就是利用面積等效原理。針對面積相等，但形狀不同的窄脈沖，在慣性條件下，將產(chǎn)生基本相同的輸出響應(yīng)波形效果[2]。因此采用中壓變頻器，可以通過在電機(jī)繞組端施加窄脈沖，從而按正弦規(guī)律進(jìn)行系列電壓脈沖的調(diào)制，促使回路中電流波形為正弦波。對于變頻器來講，中間環(huán)節(jié)直流將對輸入功率產(chǎn)生影響。因?yàn)殡妷盒偷淖冾l器中間直流環(huán)節(jié)擁有大電流，電機(jī)無功電流由電容提供，電網(wǎng)間沒有無功交換，所以能夠使高功率因素得到保證。如果采用電流型，直流環(huán)節(jié)為大電感，電網(wǎng)與電機(jī)間將產(chǎn)生無功功率交換，無法保證高功率。一旦電機(jī)負(fù)荷減小，功率將隨之降低。因此在采用中壓變頻器時，需要采用電壓源型電容，獲得較高的輸入功率因數(shù)。

2.2.2變頻器的選用

霍尼韋爾（Honeywell）變頻器在自動調(diào)頻領(lǐng)域始終占據(jù)領(lǐng)先地位，在自動化控制上采用了獨(dú)特的閉環(huán)控制思想，能夠大幅度降低能耗，并使工藝控制水平得到改善，同時達(dá)到減少電網(wǎng)沖擊、延長設(shè)備使用壽命和提高生產(chǎn)效率等作用，可用于進(jìn)行風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵、壓縮機(jī)等多種設(shè)備的變頻控制?；裟犴f爾的SolidDrive系列變頻調(diào)速裝置調(diào)速范圍為100：1，變換矢量控制的靜態(tài)轉(zhuǎn)速精度能夠達(dá)到0.1%，起動轉(zhuǎn)矩為150%，整機(jī)效率超出了97%，逆變效率超出了98.5%，平均無故障工作時間超出100000小時，故障修復(fù)時間平均不超出10min。采用霍尼韋爾變頻器，可以完成對電壓、電流、功率因素、效率、頻率等多種狀態(tài)變量的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)DSP全數(shù)字控制，同時為CDMA等遠(yuǎn)程監(jiān)控功能提供支持。此外，該種變頻器擁有完善保護(hù)功能，如電機(jī)過壓保護(hù)、輸入過壓保護(hù)、變壓器過熱保護(hù)等。因此在鋼鐵廠節(jié)能保護(hù)方面，可以選用霍尼韋爾SolidDrive系列變頻器。寶鋼股份梅鋼公司煉鐵廠4#高爐熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機(jī)就是采用霍尼韋爾SolidDrive系列10kV變頻器驅(qū)動1400kW助燃風(fēng)機(jī)電機(jī)。

2.3中壓變頻器的節(jié)能應(yīng)用

2.3.1在風(fēng)機(jī)電機(jī)控制中的應(yīng)用

在鋼鐵廠的節(jié)能改造工作中應(yīng)用中壓變頻器，可以實(shí)現(xiàn)高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)助燃風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造。在煉鐵工藝生產(chǎn)過程中，采用鐵礦石和焦炭等進(jìn)行鐵水的冶煉，高爐需要大量高溫氣流，需要由空氣經(jīng)熱風(fēng)爐加熱產(chǎn)生。助燃風(fēng)機(jī)是熱風(fēng)爐工作的重要設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能生產(chǎn)，煉鐵廠鐵廠采用電爐鋼鐵系統(tǒng)進(jìn)行煉鋼操作，利用系統(tǒng)配備的除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行煙氣中污染物去除。但是在實(shí)際的生產(chǎn)中，助燃風(fēng)機(jī)采用不同的的風(fēng)量供給熱風(fēng)爐，因此鋼鐵廠采用了風(fēng)機(jī)出口電動風(fēng)門和液力耦合器進(jìn)行除塵風(fēng)機(jī)調(diào)速調(diào)風(fēng)。但是采用該種裝置，在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由低向高轉(zhuǎn)變過程中，存在明顯延遲，導(dǎo)致電機(jī)無法快速響應(yīng)。此時，裝置中電流較大，容易引起系統(tǒng)跳閘，導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性受到影響。而電動風(fēng)門的控制精度較差，只能在40%-90%范圍內(nèi)調(diào)速。在電機(jī)起動時，將產(chǎn)生很大的啟動電流。在電機(jī)高速運(yùn)行時，甚至?xí)霈F(xiàn)丟轉(zhuǎn)問題。此外，在調(diào)速過程中，需要利用導(dǎo)管對工作腔液量進(jìn)行調(diào)整，通過改變扭矩和輸出轉(zhuǎn)速滿足不同工況要求，因此需要經(jīng)常進(jìn)行供油系統(tǒng)維修養(yǎng)護(hù)。一旦耦合器發(fā)生故障，風(fēng)機(jī)將無法繼續(xù)運(yùn)行[3]。而長時間運(yùn)行，將導(dǎo)致偶合器嚴(yán)重漏油，給環(huán)境帶來較大污染。生產(chǎn)中，也容易產(chǎn)生環(huán)保問題，所以無法滿足系統(tǒng)生產(chǎn)需要。在節(jié)能改造的過程中，針對煉鐵廠采用的YKK630-41400kW助燃風(fēng)機(jī)電機(jī)，采用SolidDrive系列變頻器可以完成軟啟動和無級調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高效變頻。在煉鐵廠生產(chǎn)的過程中，在進(jìn)行高爐煉鐵的過程中，可以結(jié)合鐵水煉制時熱風(fēng)爐助燃風(fēng)量需求完成頻率適當(dāng)選擇，從而根據(jù)產(chǎn)生煙氣量和溫度進(jìn)行風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，達(dá)到更好的助燃效果。采用該方法進(jìn)行風(fēng)機(jī)電機(jī)控制，可以使熱風(fēng)爐助燃系統(tǒng)電能消耗量得到顯著減少，同時使系統(tǒng)工作效率得到提高。通過改造可以使熱風(fēng)爐助燃系統(tǒng)風(fēng)量調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速并消除電機(jī)啟動電流沖擊對電網(wǎng)的影響，所以能夠降低系統(tǒng)功耗，獲得理想的節(jié)能效果。

2.3.2在水泵電機(jī)控制中的應(yīng)用

鋼鐵廠在煉鐵、煉鋼過程中，需要利用使泵供應(yīng)大量的水。但是在不同工藝中，用水量存在一定的差別。煉鐵廠采用固定轉(zhuǎn)速電機(jī)進(jìn)行水泵驅(qū)動，并采用控制閥對管道流量變化進(jìn)行控制，將導(dǎo)致用水量大的情況下，水泵以額定條件運(yùn)行，運(yùn)行效率較高。但是在用水量少的情況下，利用調(diào)節(jié)閥減小出水量，將導(dǎo)致水泵運(yùn)行與水量間出現(xiàn)的壓差較大[4]。此時，水泵依然以額定功率運(yùn)行，將導(dǎo)致大量能量損失。針對煉鐵廠水泵運(yùn)行問題，還要采用中壓變頻器進(jìn)行水泵電機(jī)控制。采用該種方法，能夠使水泵電機(jī)處在可變速條件下，確保水泵運(yùn)行特性曲線與系統(tǒng)流量變化相匹配。利用壓力傳感器，可以將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號。而借助變頻器進(jìn)行壓力值的比較和計(jì)算，并將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為調(diào)頻信號，則能完成水泵電機(jī)電源頻率的適時調(diào)整，有效避免水泵能量損失，達(dá)到節(jié)能控制的目標(biāo)。

從節(jié)能改造效果來看，改造前熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機(jī)在熱風(fēng)爐正常燒爐及換爐時都是全速全功率運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為1440轉(zhuǎn)/分，功率為1400kW，耗費(fèi)電能1400kWH，在使用變頻改造后正常燒爐轉(zhuǎn)速是全速全功率運(yùn)轉(zhuǎn)，換爐時轉(zhuǎn)速僅為平時的三分之一即500轉(zhuǎn)/分左右，根據(jù)風(fēng)機(jī)功率前后比與轉(zhuǎn)速前后比成三次方關(guān)系，故助燃風(fēng)機(jī)電機(jī)功率的二十七分之一，相應(yīng)節(jié)約巨大的電能，產(chǎn)生了非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益。

3、結(jié)束語

通過研究可以發(fā)現(xiàn)，在鋼鐵廠節(jié)能改造方面，可以采用中壓變頻器實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備的變頻調(diào)速控制，達(dá)到改善設(shè)備運(yùn)行工況的目的。采用該種變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)，可以通過調(diào)整電機(jī)電源頻率從供電方面實(shí)現(xiàn)電能節(jié)省，每年約能節(jié)省大量的電能費(fèi)用，所以能夠?yàn)殇撹F廠帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。因此相信在鋼鐵廠推行清潔生產(chǎn)理念創(chuàng)建城市鋼鐵廠的過程中，該種技術(shù)能夠得到較好的應(yīng)用。