【摘要】本文講述了高壓變頻器在煉鐵除塵系統(tǒng)中的改造分析以及經(jīng)濟(jì)效益分析。
【Abstract】 This article narrated the high-pressured frequency changer in iron-smelting dust removal system transformation analysis as well as the economic efficiency analysis.
【關(guān)鍵詞】
煉 鐵 高壓變頻器 效益分析
【Key word】 Iron-smelting high pressure frequency changer benefit analysis
1、 前言
攀枝花新鋼釩股份有限公司煉鐵廠4號(hào)高爐設(shè)計(jì)容積：1350m3，并罐式爐頂，皮帶上料，4座熱風(fēng)爐送風(fēng)。高爐設(shè)計(jì)利用系數(shù)：2.25t（m3.d）,焦比:440kg/t.Fe,年平均風(fēng)溫：1200℃。在大修前，4號(hào)高爐已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行13年。高爐已進(jìn)入爐役后期，嚴(yán)重威脅高爐的生產(chǎn)安全，且每年的維護(hù)費(fèi)用逐年上升，在此情況下，為滿足攀鋼集團(tuán)的總體發(fā)展，為高爐實(shí)現(xiàn)攀鋼集團(tuán)公司提出的“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、長(zhǎng)壽”的目標(biāo)，最后集團(tuán)公司決定對(duì)4號(hào)高爐在原地自然擴(kuò)容大修。同時(shí)新建一套高爐除塵系統(tǒng)，設(shè)置一套全新的負(fù)壓式除塵器。采用2臺(tái)脈沖布袋除塵器和2臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行方式。為了經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，減少維護(hù)費(fèi)用，其中1＃除塵風(fēng)機(jī)采用東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器（DFCVERT-MV2240/6B）調(diào)速。
2、 DFCVERT-MV高壓變頻器的性能特點(diǎn)。
2．1 變頻改造的電機(jī)系統(tǒng)原理圖如圖1所示
1.QS1、QS2為刀閘隔離開關(guān),其中QS2單刀雙擲開關(guān)。
2.變頻切換工頻過程：先斷QF1，斷隔離刀閘QS1、QS2，再合QF1，電機(jī)工頻運(yùn)行。
3.工頻切換變頻過程：先斷QF1，合隔離刀閘QS1、QS2，再合QF1，變頻器帶電機(jī)變頻運(yùn)行。
2．2 變頻器的工作原理 DFCVERT-MV系列變頻器是由多個(gè)功率單元串聯(lián)而成，以6kV每相八單元串聯(lián)為例,電壓疊加如圖2所示。每相由八個(gè)相同的功率單元串聯(lián)而成，相電壓為3464V；每個(gè)功率單元輸出有效值Ve＝433V，峰值輸出電壓Vp= Ve＝612V。
圖2 6kV變頻器電壓疊加示意圖
2．3 功率單元電氣原理 功率單元主要由三相橋式整流器、電容器組、IGBT逆變橋構(gòu)成，同時(shí)還包括驅(qū)動(dòng)、保護(hù)、監(jiān)測(cè)、通訊等組件的控制電路。通過控制IGBT的工作狀態(tài)，輸出PWM電壓波形，原理圖如圖3。
2．4 變頻器系統(tǒng)配置原理 每個(gè)功率單元都是由低壓絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）構(gòu)成的三相輸入，單相輸出的低壓PWM電壓型逆變器。功率單元電路見圖3。每個(gè)功率單元輸出電壓為1、0、－1三種狀態(tài)電平，每相8個(gè)單元疊加，就可產(chǎn)生17種不同的電平等級(jí)，分別為±8、±7、±6、±5、±4、±3、±2、±1和0。圖4為一相合成的正波輸出電壓波形。此種多級(jí)串聯(lián)電壓型變頻器，采用功率單元串聯(lián)，而不是用傳統(tǒng)的器件串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)高壓輸出，所以不存在器件均壓的問題。每個(gè)功率單元承受全部的輸出電流，但僅承受1/8的輸出相電壓和1/24的輸出功率。8對(duì)依次相移7.5°的三角載波對(duì)基波電壓進(jìn)行調(diào)制，如：對(duì)A相基波調(diào)制所得的8個(gè)信號(hào)，分別控制A1～A8八個(gè)功率單元，線電壓波型具有33階梯電平，它相當(dāng)于48脈波變頻，理論上47次以下的諧波都可以抵消，總的電壓和電流失真率可分別低于1.2％和0.8％，堪稱無諧波污染變頻器。變頻器同一相的功率單元輸出相同的基波電壓，串聯(lián)各單元之間的載波錯(cuò)開一定的相位，每個(gè)功率單元的IGBT開關(guān)頻率若為600Hz，則當(dāng)8個(gè)功率單元串聯(lián)時(shí)，等效的輸出相電壓開關(guān)頻率為9.6kHz。功率單元采用低的開關(guān)頻率可以降低開關(guān)損耗，而高的等效輸出開關(guān)頻率和多電平可以大大改善輸出波形。波形的改善除減小輸出諧波外，還可以降低噪聲、dv/dt值和電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。所以這種變頻器對(duì)電機(jī)無特殊要求，可用于普遍籠型電機(jī)，且不必降額使用，對(duì)輸出電纜長(zhǎng)度也無特殊限制。
3、 系統(tǒng)的工藝分析和節(jié)能分析。攀鋼煉鐵廠4號(hào)高爐的出鐵場(chǎng)除塵系統(tǒng)工藝流程圖如圖5，
系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)量1450000 m3/h,依據(jù)＃4高爐煉鐵工藝的要求，約兩小時(shí)左右煉一爐鐵，除塵風(fēng)機(jī)由于生產(chǎn)工藝的要求需要在煉鐵時(shí)停止除塵，在出鐵時(shí)開始除塵，也就是說變頻調(diào)速裝置要在煉鐵時(shí)低速（20Hz）運(yùn)行（煉鐵時(shí)間大約70分鐘），出鐵時(shí)高速（50Hz）運(yùn)行（出鐵時(shí)間大約50分鐘）。另外，4號(hào)高爐的除塵系統(tǒng)采用的時(shí)兩個(gè)除塵風(fēng)機(jī)除塵，兩個(gè)除塵風(fēng)機(jī)的電機(jī)的工況一樣，但只有一臺(tái)安裝有變頻調(diào)速裝置，可以進(jìn)行節(jié)能比較。由于5、6、7月為4號(hào)高爐的調(diào)試時(shí)間，數(shù)據(jù)不準(zhǔn)并對(duì)耗電量的計(jì)算有影響，但進(jìn)入8月份后高爐運(yùn)行正常，4號(hào)高爐的8月份出鐵量時(shí)98283噸，1號(hào)除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)（采用東方日立變頻調(diào)速）的耗電量是729029千瓦小時(shí)，2號(hào)除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)（不采用變頻調(diào)速）的耗電量是1066990千萬小時(shí)，依據(jù)以上數(shù)據(jù)電費(fèi)在0.45元/度的情況下,那么每月估算節(jié)約的電費(fèi)約為15萬元左右。
4、 引用變頻器的優(yōu)越性 改裝置于2004年5月底一次性投入了生產(chǎn)運(yùn)行，運(yùn)行至今，充分體現(xiàn)出該裝置的先進(jìn)性，主要的特點(diǎn)如下：
該裝置性能穩(wěn)定，工作可靠，操作簡(jiǎn)便，大大減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；
變頻風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，風(fēng)機(jī)在低頻下起動(dòng)，電流很小，避免了原來在較大慣性負(fù)荷情況下，數(shù)倍于額定起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械設(shè)備的沖擊；
提高了功率因數(shù)，功率因數(shù)在0.95以上；
風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的降低，減緩了風(fēng)機(jī)葉輪、軸承和密封件的磨損，變頻風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)明顯好于其他的工頻風(fēng)機(jī)，有利于延長(zhǎng)電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命；
低輸入諧波。
大量節(jié)能,經(jīng)濟(jì)效益顯著。
5、 結(jié)論 通過這幾個(gè)月的運(yùn)行，證明DFCVERT-MV2240/6B高壓變頻器性能好，可靠性比較高，節(jié)能非常明顯，短期內(nèi)就能收回成本，而且大大改善了工藝條件，提高了生產(chǎn)效率，說明在煉鐵除塵系統(tǒng)改造是非常成功的，同時(shí)在煉鐵行業(yè)除塵系統(tǒng)有很好的推廣價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：[1] 吳忠智 吳加林 變頻器應(yīng)用手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社
[2] 用戶手冊(cè) 東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司
作者簡(jiǎn)介：張 黎 男 工程師 長(zhǎng)期從事高壓變頻器設(shè)計(jì)、調(diào)試工作
朱躍青 男 工程師 長(zhǎng)期從事設(shè)備煉鐵、煉鋼廠電氣設(shè)備調(diào)試工作
