概述： 　　 文章根據(jù)昆鋼集團二煉鋼廠為了提高系統(tǒng)自動化程度、改善工藝條件從而在轉(zhuǎn)爐吹氧風(fēng)機的設(shè)計上采用了東方凱奇公司高壓大功率變頻器替代傳統(tǒng)的液力耦合器進行調(diào)速的情況，結(jié)合東方凱奇公司高壓大功率變頻器在現(xiàn)場的使用情況、以及與液力耦合器進行對比后的情況總結(jié)了采用變頻器后的優(yōu)點、對提高工藝水平的好處以及良好的節(jié)能效果。 　　 從使用的情況看，高壓大功率變頻器完全可以適應(yīng)這種場合的應(yīng)用，它的優(yōu)異性能將會為用戶帶來極大的方便和產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益。 　　 　　關(guān)鍵詞：高壓變頻器，液力耦合器，除塵風(fēng)機，調(diào)速節(jié)能 　　 　　1. 工程概述 　　 昆鋼二煉鋼廠現(xiàn)有原設(shè)計公稱容量15噸氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐三座，2000年對轉(zhuǎn)爐進行了擴容和氧槍改造。2001年二煉鋼廠全年共產(chǎn)鋼90.6萬噸，轉(zhuǎn)爐平均出鋼量為22噸/爐，裝入量為24噸。2002年二煉鋼全年共產(chǎn)鋼104.5萬噸。 　　隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，需要在現(xiàn)有設(shè)備條件下盡力挖掘設(shè)備潛力，提高鋼鐵產(chǎn)量。根據(jù)我們調(diào)查和分析，限制二煉鋼廠綜合產(chǎn)鋼能力提高的主要因素是轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)產(chǎn)鋼能力不足。 　　 轉(zhuǎn)爐產(chǎn)鋼能力主要受出鋼量，轉(zhuǎn)爐作業(yè)率和縮短冶煉周期等因素制約。為實現(xiàn)150萬噸綜合產(chǎn)鋼能力，除了對轉(zhuǎn)爐擴容外，還必須提高轉(zhuǎn)爐作業(yè)率和縮短冶煉周期。通過理順物流，可減少轉(zhuǎn)爐等待時間2.5分鐘；提高鐵水質(zhì)量，增加供氧強度，縮短供氧時間2.5分鐘；穩(wěn)定原料成分，減少波動，可提高轉(zhuǎn)爐一次倒?fàn)t出鋼率，縮短終點倒?fàn)t取樣及測溫時間1.5分鐘。冶煉周期可從現(xiàn)在的29.47分的基礎(chǔ)上縮短至23.5分鐘以內(nèi)，使二煉鋼廠的綜合產(chǎn)鋼能力達到150萬噸。 　　 在市場競爭日益激烈的前提下，昆鋼集團有限公司二煉鋼廠積極采取措施在增加產(chǎn)量的同時降低消耗，使企業(yè)在市場競爭中增加競爭力。 　　2. 調(diào)速方案的選擇 　　 昆鋼二煉鋼廠在2003年6月擴建煉鋼廠設(shè)計綜合產(chǎn)鋼能力為150萬噸，其三座轉(zhuǎn)爐分別配置三套除塵系統(tǒng)，該系統(tǒng)一方面將燃燒不完全的煤氣回收，另一方面通過除塵風(fēng)機排除剩余煙氣，為滿足鋼廠節(jié)能及環(huán)保的要求，除塵風(fēng)機根據(jù)煉鋼工藝在吹氧及煉鋼時高速運行，其余時間為低速運行。 　　為了滿足生產(chǎn)工藝，使系統(tǒng)的運行符合工況，肯定需要系統(tǒng)有良好的調(diào)速性能。傳統(tǒng)的解決辦法是采用液力耦合器調(diào)速技術(shù)方案、直流調(diào)速技術(shù)方案以及其它方式的調(diào)速方案。一般采用液力耦合器進行風(fēng)機調(diào)速的居多，由于液力耦合器本身的技術(shù)缺陷，在該系統(tǒng)中已難以較好地滿足生產(chǎn)工藝要求，這些缺陷有： 　　a．采用液力耦合器時，在低速向高速運行過程中，延遲性較明顯，不能快速相應(yīng)，同時這時候的電流較大，如整定不好會引起跳閘，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。 　　b．液力耦合器本身控制精度差，調(diào)速范圍窄，通常在40％～90％之間； 　　c．電機啟動時，沖擊電流較大，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。 　　d．在高速運行時，液力耦合器有丟轉(zhuǎn)現(xiàn)象，嚴重時會影響工作的正常進行。 　　e．液力耦合在調(diào)速運行時產(chǎn)生機械損耗和轉(zhuǎn)差損耗，效率較低，造成電能浪費。 　　f．液力耦合器工作時是通過一導(dǎo)管調(diào)整工作腔的充液量，從而改變傳遞扭矩和輸出轉(zhuǎn)速來滿足工況要求；因此，對工作腔及供油系統(tǒng)需經(jīng)常維護及檢修。液力耦合器經(jīng)過一段時間使用，其維護費用較高， 　　g．液力耦合器故障時，無法再用其它方式使其拖動的風(fēng)機運行，必須停機檢修。 　　h．耦合器運行時間稍長，會漏油嚴重，對環(huán)境污染大，地面被油污蝕嚴重。 　　i．風(fēng)機和電機的運行噪音大，達到90dB左右，嚴重影響操作人員的身體健康。 　　 從以上情況來看，如果使用液力耦合器，會制約昆鋼二煉鋼廠節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，增加企業(yè)競爭力的目的。 　　 由于使用液力耦合器有這些固有的缺陷，現(xiàn)在有很多企業(yè)已經(jīng)采用新型的高壓大功率變頻調(diào)速裝置拖動風(fēng)機，取得了良好的應(yīng)用效果。 　　2003年6月，昆鋼集團二煉鋼廠和成都東方凱奇公司經(jīng)過技術(shù)磋商，決定在1號轉(zhuǎn)爐的除塵風(fēng)機上進行變頻改造，以滿足風(fēng)機調(diào)速的要求，改善工藝狀況。 　　3. 變頻改造方案實施 　　 除塵風(fēng)機是除塵凈化系統(tǒng)的動力中樞，一旦除塵風(fēng)機不能正常運行，不但影響生產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟損失，還有可能危脅到現(xiàn)場生產(chǎn)人員的人身安全；另外，調(diào)速系統(tǒng)工作的環(huán)境比較惡劣；同時轉(zhuǎn)爐又周期性間斷吹氧；所以，和除塵風(fēng)機配套的高壓調(diào)速系統(tǒng)，要求具有極高的可靠性?；谝陨瞎ぷ魈攸c，對變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要要求如下： 　　a. 要求變頻器具有高可靠性，長期運行無故障。 　　b. 要求變頻器有完美的旁路功能，一旦出現(xiàn)故障，可以先切換到單元旁路下運行，同時也可以使電機切換到工頻運行。 　　c. 調(diào)速范圍要大，效率要高。 　　d. 具有邏輯控制能力，可以自動按照吹氧周期升降速。 　　e. 有共振點跳轉(zhuǎn)設(shè)置，能使電機避開共振點運行，讓風(fēng)機不喘振。 　　系統(tǒng)原理圖如下： 　　 　　其中K1、K2、K3為變頻器的旁通柜，K1、K2與K3互鎖， 　　從系統(tǒng)的原理圖中可看出，進行變頻改造對原系統(tǒng)改動較小，可在較短時間內(nèi)完成改造方案，K3的加入可使變頻在有故障的情況下工頻旁通。 　　該變頻器的參數(shù)如下： 　　型 號：DFCVERT-MV-1000/6B 　　輸入?yún)?shù)： 　　額定電壓：三相交流6.3kV±10％ 　　頻 率：50Hz 　　輸入側(cè)電流畸變率：＜4%（30%負載以上） 　　輸入側(cè)功率因數(shù)：＞0.96（20%負載以上） 　　輸出側(cè)電流畸變率：＜3% 　　效 率： 96％ 　　輸出參數(shù)： 　　容 量：1000kVA（適配電機功率800—850kW） 　　額定輸出電壓：6kV 　　額定輸出頻率：50Hz 　　輸出頻率范圍：0.1—50Hz 　　頻率分辨率：0.01Hz 　　升降速時間：1—3000秒可調(diào) 　　電流波形：完全正弦 　　其它： 　　防護等級　　　　　　　　　　IP31 　　環(huán)境溫度　　　　　　　　　　0-40℃ 　　環(huán)境濕度　　　　　　　　　　90%,無凝結(jié) 　　海拔高度　　　　　　 　　 1860米 　　高低速邏輯控制功能（加減速時間均可按照工藝要求設(shè)定） 　　具有標(biāo)準(zhǔn)PID控制功能 　　具備故障查詢功能，與上位機聯(lián)機后可以打印故障 　　支持DCS、ProfiBus網(wǎng)絡(luò)化運行 　　支持遠端操作顯示 　　輸入輸出保護：輸入缺相、欠壓、過壓、過流；輸出過流、缺相、不平衡等 　　內(nèi)部保護：過載、過熱、通訊故障、單元自動旁路故障單元等; 　　電機參數(shù)如下： 　　電機型號：Y B630S1-1 　　額定功率： 800kW 　　額定電壓： 6kV 　　額定電流： 90.6A 　　額定轉(zhuǎn)速： 2950r/min 　　功率因數(shù)： 0.89 　　風(fēng)機參數(shù)如下： 　　 風(fēng)機型號：D1100 　　 額定流量：66000m3/ h 　　 全 壓：24658 Pa.g 　　效 率：95.5% 　　 　　 2003年8月底變頻器發(fā)往現(xiàn)場，9月中旬變頻器完成了現(xiàn)場的安裝調(diào)試工作并正式投入生產(chǎn)運行。 　　 變頻器從制造到正式投入使用，所用的生產(chǎn)、安裝、調(diào)試周期都很短，總共僅有3個多月的時間，保證了1號轉(zhuǎn)爐的技術(shù)改造的周期和正常的生產(chǎn)。 　　　　同傳統(tǒng)的液力耦合器比較，東方凱奇電氣有限責(zé)任公司生產(chǎn)的高壓變頻器有以下優(yōu)點： 　?。?）運行穩(wěn)定，安全可靠。原來使用液力耦合器大概40天左右就必須更換軸承，每次需停爐半天左右，帶來的巨大的經(jīng)濟損失。DFCVERT-MV型變頻器具有免維護的特點，只需定期更換柜門上的通風(fēng)濾網(wǎng)，不用停機，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。 　?。?）節(jié)能效果較為顯著，大大降低了噸鋼電耗。 　　（3）電動機實現(xiàn)了真正的軟啟動、軟停運，變頻器提供給電機的無諧波干擾的正弦波電流，降低了電機的故障次數(shù)。同時，變頻器設(shè)置共振點跳轉(zhuǎn)頻率，避免了風(fēng)機會處于共振點運行的可能性，使風(fēng)機工作平穩(wěn)，風(fēng)機軸承磨損減少，延長了電機和風(fēng)機的使用壽命和維修周期，提高了設(shè)備的使用壽命。 　?。?）變頻器自身保護功能完善，同原來繼電保護比較，保護功能更多，更靈敏，大大加強了對電機的保護。 　　（5）變頻器同現(xiàn)場信號采用可靠的連接方式，控制方便，性能可靠，滿足煉鋼生產(chǎn)的需要。變頻器內(nèi)置有PLC，現(xiàn)場信號接入靈活。在控制邏輯上，由現(xiàn)場（轉(zhuǎn)爐）為變頻器提供一對高速、低速節(jié)點，變頻器按照節(jié)點的狀態(tài)自動高速、低速往復(fù)運行；由變頻器自身的頻率輸出進行轉(zhuǎn)速測定，可以取消原來同電機相連的測速器，由變頻器為現(xiàn)場直接提供電機轉(zhuǎn)速指示。 　?。?）設(shè)備適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動能力強，有時電網(wǎng)電壓高達6.9kV，或者電壓低至5.5kV變頻器仍能正常運行。 　?。?）同液力耦合器比較，在加速期間大大減小了噪聲，削弱了噪聲污染。由于不用定期拆換軸承或者對液力耦合器進行維修，避免了機油對環(huán)境的污染，使風(fēng)機房的現(xiàn)場環(huán)境有了極大改善。 　?。?）由于電機降低速度運行以及工作在高效率區(qū)，因此電機和軸承的溫升都明顯低于采用液力耦合器的系統(tǒng)，這樣可以延長風(fēng)機系統(tǒng)的使用壽命。 　　 從現(xiàn)場投運來看，該變頻器通常運行在高速和低速兩種狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)爐在吹氧和煉鋼時，變頻器由低速轉(zhuǎn)入高速狀態(tài)，上升時間要求在1分鐘之內(nèi)完成，否則在吹氧和煉鋼時要產(chǎn)生大量的煙氣，若不能及時排出煙氣，將會影響到生產(chǎn)甚至現(xiàn)場工作人員的人身安全。經(jīng)過現(xiàn)場多次運行，DFCVERT-MV-1000/6B變頻器完全能夠滿足這項技術(shù)要求。其次，從高速到低速也完全滿足工藝的要求。 　　4. 經(jīng)濟分析 　　 根據(jù)擴建后煉鋼工藝要求，煉一爐鋼為23分鐘。由風(fēng)機中控室根據(jù)下氧槍信號給變頻器一高速信號使變頻器運行在高速狀態(tài)，時間為8～12分鐘，根據(jù)轉(zhuǎn)爐出鋼信號使變頻器運行在低速狀態(tài)，時間為11～15分鐘，其中，高速狀態(tài)為43HZ（2500轉(zhuǎn)/分鐘）；低速狀態(tài)為18HZ（1000轉(zhuǎn)/分鐘）。 　　 現(xiàn)場實測到當(dāng)變頻器運行在高速狀態(tài)時，變頻器的輸入電流為40.2A；當(dāng)變頻器運行在低速狀態(tài)時，變頻器的輸入電流為18A；煉一爐鋼變頻器運行在高速狀態(tài)平均所需時間為10分鐘，低速狀態(tài)平均所需時間13分鐘；若按年工作日8000小時計算，那么，變頻器在一年里高速狀態(tài)的時間約3480小時，低速狀態(tài)約4520小時； 　　（1）采用變頻器拖動風(fēng)機時 　　高速狀態(tài)： 　　P1 =√3 UIcosф= 1.732×6.3×40.2×0.96＝419.00544kW 　　低速狀態(tài)： 　　P2 =√3 UIcosф= 1.732×6.3×18×0.95＝186.58836kW 　　平均功率 P=P1×0.8+P2×0.2=372.52kW(高速狀態(tài)約80％，低速狀態(tài)為20％) 　?。?）采用液力耦合器時 　　高速狀態(tài)： 　　P1’ =√3 UIcosф= 1.732×6.3×52×0.93＝527.68kW 　　低速狀態(tài)： 　　P2’ =√3 UIcosф= 1.732×6.3×44×0.9＝432.1kW 　　平均功率 P’=P1’×0.8+P2’ ×0.2=508.564W (高速狀態(tài)約80％，低速狀態(tài)為20％) 　?。?）采用變頻調(diào)速和采用液力耦合器調(diào)速與采用變頻器調(diào)速裝置運行的節(jié)能率對比： 　　F=(P’-P)/P=(508.564-375.52)/508.564=26.17% 　　從計算結(jié)果知道，采用變頻器技術(shù)改造后，不僅具有良好的節(jié)能效果，而且操作方便，特別適合于鋼鐵廠進行風(fēng)機的技術(shù)改造。 　　5．工藝特性的改進 　　 采用變頻調(diào)速后，整個煉鋼風(fēng)機的工藝特性得到很大的改進，主要反映如下： 　?。?）電機的溫升和軸承溫升下降明顯 電機溫升在采用液力耦合器時的59℃下降至44℃，電機的前后軸承的溫度都有響應(yīng)的下降； 　?。?）電機的振動明顯降低 電機的振動由采用液力耦合器的2.2mm下降到0.2mm，改善的效果非常明顯。 　?。?）整機的運行噪音改善明顯 采用液力耦合器時，無論低速高速，由于電機均處于工頻運行，整機的噪音明顯，達到90dB左右，但是進行變頻改造后，整機的運行頻率下降至40Hz左右，電機的運行噪音明顯下降，低于80dB,在低速運行時基本上聽不到噪音，達到65dB以下，大大改善了現(xiàn)場的噪音污染。 　?。?）日常維護包養(yǎng)工作量和費用下降 采用液力耦合器估計每年的維護費用在5萬元左右，采用變頻器后，這項費用下降為數(shù)千元左右。 　　（5）調(diào)速范圍 采用液力耦合器調(diào)速范圍具有相當(dāng)大的限制，采用變頻器后，變頻范圍可以任意設(shè)定，大大地增強了工藝調(diào)節(jié)能力。 　　6. 結(jié)束語 　　 經(jīng)過近半年的運行，證明DFCVERT-MV-1000/6B高壓大功率變頻器性能好，可靠性高，節(jié)能效果明顯，滿足連續(xù)生產(chǎn)對調(diào)速系統(tǒng)的要求，同時可以大大改善工藝條件，提高生產(chǎn)效率，具有很好的推廣價值。 　　因此昆鋼集團二煉鋼廠在成功改造了1號轉(zhuǎn)爐后又決定對2號、3號轉(zhuǎn)爐進行變頻改造。