基于高壓變頻器實現(xiàn)對煉鋼廠電爐除塵系統(tǒng)的改造

一、阿鋼公司介紹

阿鋼是西林鋼鐵集團有限公司控股的子公司，位于距省城哈爾濱東南22公里的阿城市。企業(yè)按照總體規(guī)劃，以輕軌和礦用鋼等系列產(chǎn)品為主導，開發(fā)研制出XY30高性能超低溫新鋼種，成為鐵道部重點推廣產(chǎn)品已投入青藏線使用。

目前阿鋼煉鋼廠擁有國內(nèi)先進的60 噸超高功率直流電弧爐2座，75噸LF鋼包精煉爐2座，年可生產(chǎn)80萬噸鋼。

二、改造原因

煉鋼廠電爐除塵系統(tǒng)自2004年10月投入運行以來，用電消耗很大，僅2005年全年用電2172萬度，全年電費1136萬元，噸鋼除塵電耗57 度，噸鋼除塵費用30元。針對電爐除塵風機耗電大的現(xiàn)狀，設備工程部電氣技術人員研究多種節(jié)電途徑，具體嘗試了以下幾種辦法：

1．隨電爐負荷變化來調(diào)節(jié)風機風門，控制風機電流節(jié)電。但是現(xiàn)有除塵系統(tǒng)風門在半開狀態(tài)時，管阻很大，風機及其管路喘振現(xiàn)象嚴重，以此辦法調(diào)節(jié)，對風機傳動部位磨損大，會損壞風機軸承的部件，不利于除塵系統(tǒng)安全運行。所以風門在半開狀態(tài)時系統(tǒng)無法長期運行。

2．現(xiàn)階段風機風門只能在全關或全開兩種狀態(tài)運行。在電爐停爐一小時以上時，將風機風門全關閉，此時電機電流降為額定電流的50%，有明顯節(jié)電效果，但是風門從全開到全關閉方式切換的瞬間，風機、管路及廠房振動相當大，擔心影響廠房框架結構及其基礎牢固，不利于長期采用。

3．在電爐負荷不大時，特別是夜間將兩臺二次除塵小風機停電進行節(jié)能，這樣每天節(jié)電6000度，但是環(huán)保方面能否達到標準是值得考慮的，不是解決問題的長久之計。

鑒于上述情況，設備工程部積極研究科學的節(jié)電辦法應對電爐除塵風機節(jié)電技術，在此期間通過查找相關資料，認為采用高壓變頻調(diào)速技術根據(jù)電爐冶煉各工藝各階段煙塵量變化來調(diào)整電機運行轉速，從而達到節(jié)電目的是切實可行的。經(jīng)過論證，公司批準在兩臺電爐一次除塵風機的1000kW/6kV電機上安裝高壓變頻調(diào)速裝置。

三、 變頻調(diào)速的原理

根據(jù)異步電動機轉速公式：n＝60f（1-s）/p，可以看出，轉差率s變化不大，可視為恒定，電機極對數(shù)p一旦電機制造完成也是常數(shù)，所以電機轉速n與電源頻率f是成正比的。只要改變頻率f，即可改變電機轉速，當頻率f在0－50Hz之間變化時，電機轉速調(diào)節(jié)范圍是非常寬的。根據(jù)流體力學流量與風機轉速的關系可知，電機功率P與轉速n的立方成正比，隨著轉速的降低，電機功率以轉速的三次方關系遞減。因此隨著電機轉速的降低，電機消耗的電能下降幅度很大。可見，使用高壓變頻器對電爐一次除塵風機調(diào)速的節(jié)電效果將非常顯著。

四、煉鋼廠電爐除塵工藝及設備參數(shù)介紹

1．煉鋼廠共有兩臺直流電弧爐，電爐冶煉時周期性供電吹氧，為滿足節(jié)能和環(huán)保要求，要求兩臺電爐的一次風機在整個冶煉周期內(nèi)變速運行，供電吹氧時高速運行，不吹氧時低速運行。正常情況下，電爐每90分鐘生產(chǎn)一爐鋼，每爐鋼生產(chǎn)周期可劃分下列步驟：①加廢鋼鐵水5分鐘，②供電及吹氧60分鐘，③等樣、出鋼、堵出鋼口25分鐘。其中①③時間段內(nèi)煙塵較少，一次風機可以低速運行，頻率控制在10——20Hz，在②時間段內(nèi)煙塵較大，風機高速運行，頻率控制在40-45Hz。

2．除塵風機及配套電機的參數(shù)表：

五、電爐除塵風機變頻調(diào)速系統(tǒng)控制方案

1．高壓變頻器直接與電機連接，變頻拖動方式為一拖一，設有工頻旁路。由變頻運行方式轉換到工頻運行方式時，采用手動切換，電動機可不通過高壓變頻器而經(jīng)過旁路直接啟動。

2．風機調(diào)速與電爐取樣出鋼聯(lián)鎖，設置高低速兩檔運行，實現(xiàn)手動/自動調(diào)速切換功能。操作臺設置“手動/自動”調(diào)速切換開關和“速度種類”轉換開關，平時可根據(jù)生產(chǎn)情況，高壓變頻器自動實現(xiàn)高、低速運行，如因生產(chǎn)需要可改為手動來實現(xiàn)調(diào)速運行的目的。

3．高壓變頻器具有遠程和本機控制功能。本機控制時通過高壓變頻器控制柜上觸摸屏可就地人工啟動、停止高壓變頻器，可以調(diào)整電機轉速、頻率。遠程控制放在爐前控制室，設有操作臺和上位機，由配電工操作控制。通過上位機配電工可以隨時了解設備的運行情況，通過操作臺可實現(xiàn)對高壓變頻器進行簡單的遠方操作。配電工可以根據(jù)工況自由選定高壓變頻器“手動/自動”調(diào)速運行。

六、項目實施過程

2006年4月27日通過公司組織的招標方式最后選購了北京利德華福電氣技術有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器，產(chǎn)品型號：HARSVERT－A06/130，高壓變頻器于6月25日到貨開始安裝，8月9日正式調(diào)試，8月10日投入運行至今。

七、項目實施后效果

1．節(jié)電效果：

由于2006年8月對煉鋼廠除塵風機安裝了高壓變頻調(diào)速裝置，使得電爐除塵風機用電量明顯降低，2006年1－7月沒上高壓變頻器之前，煉鋼除塵風機平均每月用電1839574度，噸鋼除塵電耗47.80度。安裝高壓變頻器之后，2006年8－12月，煉鋼除塵風機平均每月用電1360836度，噸鋼除塵電耗32.28度?？梢娪捎趯掍摮龎m一次風機安裝高壓變頻器，每月節(jié)約電量478738度，月節(jié)約電費253731元，噸鋼除塵電耗下降 15.52度。到2007年2月10日，高壓變頻器投入運行6個月，已經(jīng)節(jié)電152.24萬元，每年可創(chuàng)造經(jīng)濟效益300萬元以上。

2．間接效益評價：

（1）高壓變頻器在工頻以下連續(xù)改變電源頻率實現(xiàn)電機軟啟動，啟動比較平滑，減小啟動電流對電機、軸承、風機的沖擊，延長設備壽命。

（2）由于高壓變頻器能根據(jù)冶煉工藝各個階段控制風機引風量，減小電爐熱量損失，間接節(jié)約能源。

（3）電機振動因轉速降低而減小，降低風機運行噪聲，改善設備運行環(huán)境。

（4）高壓變頻器為高-高電壓源型單元串聯(lián)多電平結構，功率因數(shù)可高達0.95，同時也降低電網(wǎng)側的諧波污染。

八、總結

結合鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)工藝流程圖可看出，在各個生產(chǎn)流程中，高壓電機應用變頻改造同樣能起到節(jié)能減排的顯著效果。諸如：焦化、燒結、煉鐵高爐、煉鋼電爐、精練爐中的除塵風機、通風機、煤氣鼓風機、供水泵等。

阿鋼煉鋼廠電爐除塵風機進行變頻調(diào)速改造后，大幅度降低了除塵風機用電消耗，平均節(jié)電率達到26％，降低了電爐冶煉成本，同時也減少了對環(huán)境的污染，給公司生產(chǎn)經(jīng)營帶來了巨大綜合效益。

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