河南安阳钢铁股份有限责任公司工程技术分公司工程管理部 河南省 455004
摘要：介绍了荣信RHVC高压变频器的工作特点、性能及在转炉一次除尘主风机中的改造和应用。使用效果证明，风机通过变频器调速控制后，达到了节能环保、降本增效的预期效果，为公司今后的节能改造提供了成功的经验，具有较高的经济效益。
关键词：转炉除尘 高压变频器 叠加 节能环保
Abstract: The operating features and working performance of Rongxin RHVC high-voltage frequency converter as well as its reconstruction and application in the primary dedusting fan of converter are presented in this paper. Practical application shows that the goal of energy conservation, environmental protection, cost reduction and efficiency improvement has been reached after the speed control by frequency converter was applied to the fan, which provides useful experience for the company’s energy-saving reconstruction in future and is of higher economic efficiency.
Key words: converter dedusting; high-voltage converter; superposition; energy conservation and environmental protection
前言
随着国民经济的迅速发展，市场竞争的加剧，能源问题显得尤为突出，节能减排的大力投资成为各个行业提高市场竞争力新的亮点。安阳钢铁股份有限公司为做好节能环保，降本增效工作，对节能的新技术、新工艺、新装备使用的重视程度越来越高，其中对近年来发展起来的高压变频节能调速技术，进行了持续关注，特别是在转炉除尘主风机上的应用。2009年，通过考察，对比进口和国产高压变频产品，在产品质量、价格、服务等多方面进行论证，最终选择了性价比较高的国产荣信RHVC高压变频器，用于100吨转炉一次除尘主风机的变频改造。
1 转炉一次除尘现状
1.1原除尘主风机运行情况
安钢第一炼轧厂100吨转炉除尘主风机共两台，一用一备。转炉在吹炼过程中，炉口会排出大量烟气，烟气温度高、含有可燃有毒的煤气和金属颗粒，按照国家大气排放和环保要求，必须对烟气冷却、净化，达标后排放，一旦除尘风机不能正常运行，不但影响生产，造成巨大经济损失，同时环境污染严重，所以炼钢一次除尘主风机的正常可靠运行显得尤为重要。
原来，除尘风机和电机采用液力耦合器实现柔性连接调速，电机靠高压开关直接启动，风机转速的控制通过调节液力耦合器的电动执行器来完成。转炉在冶炼周期中只有兑铁、下枪吹炼、加料期间烟气排放较大，需要风机高速运行。在空炉、测温取样、出钢、出渣等期间低速运行就可满足要求。
根据实际运行情况，液力耦合器调速存在电机效率低、能耗大、液力耦合器故障率高，影响连续生产、调速范围窄、响应速度慢等缺点。由于液力耦合器调速控制速度和精度跟不上转炉工艺要求，所以实际运行中风机一直运行在高速状态，液力耦合器只是在启动风机时使用，造成电能的白白浪费。
1.2 除尘风机系统技术参数
电机和除尘风机技术参数见表1、表2。
图1高压变频器主电路
2.1高压变频器主电路
荣信RHVC高压变频器的主电路如图1所示。通过主电路图，可直观的了解变压器的副边绕组与功率单元之间的电路连接方式：具有相同标号的3组副边绕组，分别向同一功率柜（同一级）内的三个功率单元供电。第一级内每个功率单元的一个输出端连接在一起形成星型连接点，另一个输出端则与下一级功率单元的输出端相连，依此方式，将同一相的所有功率单元串联在一起，便形成了一个星型连接的三相高压电源，驱动电动机运行。
2.2高压变频器电压叠加原理
荣信RHVC高压变频器的输出电压是由多个功率单元的输出电压相互叠加而成的。当电网电压为6KV时，变压器的副边输出电压即功率单元的输入电压为690V，每个功率单元的最高输出电压也为690V，同一相的五个单元串联后，相电压为690V×5=3450V，由于三相连接成星型，那么线电压便等于1.732×3450V≈6000V，达到电网的水平。
功率单元是组成高压变频器的最小单位。功率单元的基本拓扑为交-直-交三相整流/单相逆变电路，功率单元串联后得的是阶梯正弦的PWM波形，波形正弦度好，du/dt小，可以减ᰑ对电机和电缆的绝缘损坏，无需输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，电动机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造。
3 改造方案
100吨转炉除尘主风机原来在冶炼过程中电机始终处于工频高速运行状态，风机靠液力耦合器调速，转速始终最高为1300转左右，小于电机额定转速1490转，浪费了大量的能源。改造方案将原来的液力耦合器拆除，改为联轴器直接联接电机和风机，在高压柜后增加高压变频器设备，利用变频器控制风机的转速，在吹氧冶炼期间电机高速运行，在不吹氧期间电机低速运行，降低高速运行时间，从而降低电耗。改造前后情况如图2所示：
图2 改造前后情况对比
变频器通过mod-BUS与除尘主PLC进行通讯，除尘PLC与转炉氧枪倾动PLC之间通过以太网进行数据交换和信号采集。通过对转炉炉况的判断，实现对风机的自动调速控制，由炉前冶炼模式（炼钢/溅渣）、转炉倾动角度和氧枪高度，来建立程序逻辑关系，在上位机画面上暂设计为五个档位：启动高速40Hz、提枪降速30Hz、点吹升速35Hz、出钢低速15Hz、空炉低速15Hz。
开始冶炼，由炉前人员点击画面“铁水装入”按钮，风机进入‘启动高速’档位，开始升速至40Hz，保持，至吹炼十余分钟后，操枪人员提枪，风机自动进入‘提枪降速’档位，频率以30Hz运行，如果点吹，程序判断抢位，会再次升速至35Hz‘点吹升速’档位，点吹结束提枪后会再次自动降速至‘提枪降速’位，当转炉角度至 -20~ -100期间程序判断认为出钢，这时风机自动降速至15Hz‘出钢低速’档位，然后在其余溅渣、倒渣期间保持低速，直到下一炉开始装铁，人员再次点击铁水装入按钮，才会再次升速，即为整个循环。风机升降速循环周期如图3所示：
监控人员操作可根据冶炼时烟气情况实时微量调整电机频率，频率范围为15---50Hz ，正常设定合适后不需要频繁改动。五个档位之间可以人为强制切换，人为切换用于自动切换没有及时完成时人为干预，如果自动流程不影响除尘效果，就不需要操作，功能为备用。
图3 风机升降速循环周期
4 应用效果
高压变频改造后以及自动调速功能的实现，从运行情况看,高压变频调速装置,运行可靠,节电效果明显,达到了预期效果，从运行工统计电度显示，风机电耗和改造前相比吨钢降低2.01度，每年按生产100吨钢计算，则年节约电费2 度/吨×0.56元×100吨=112万元。
另外，改造后风机运行平稳，风机运行故障率、噪音等大幅度降低。由于变频调速，电机实现了软起动、软停车功能，对电网和电机的冲击减小。同时，电机的平均转速降低延长了轴承的使用寿命，减少了维修量。由于取消了液力耦合器，减少了备件费用支出和维修工作量。
5 结束语
本次改造的成功，充分体现了高压变频器优越性，运行比较可靠，达到了节能环保、降本增效的预期效果，为我公司今后的节能改造和新建工程设备选型，提供了成功的宝贵经验。
参考文献：
[1]徐甫荣.高压变频调速技术应用实践.北京:中国电力出版社,2007.
论文作者:王庆芳,李顺成,申江
论文发表刊物:《基层建设》2016年8期
论文发表时间:2016/7/5
标签：风机论文; 转炉论文; 高压论文; 变频器论文; 耦合器论文; 电机论文; 功率论文; 《基层建设》2016年8期论文;