高壓變頻器在高爐出鐵廠除塵中的應用

摘要：本文介紹了高壓變頻器在高爐出鐵廠除塵電機上的應用，出鐵廠除塵電機進行變頻改造后，不僅能夠滿足工藝的要求，而且在節能和環保等方面取得了很好的效果。

關鍵字：高壓變頻器 電機 節能

前言

眾所周知，在高爐出鐵過程中，會排出大量的煙氣，煙氣溫度高、含有易燃氣體和金屬顆粒，污染環境。高爐出鐵廠除塵風機是除塵系統的關鍵設備，一旦除塵風機不能正常工作，不但耽誤生產，影響產量，還有可能對現場值班人員人身安全造成威脅。

1、原工作狀況：

唐山不銹鋼有限責任公司四座高爐，配置四臺除塵風機，原由液力耦合器調速，造成電能浪費。根據生產現狀和工藝要求，要求風機在整個煉鐵工作周期內變速運行，出鐵時高速運行，不出鐵時低速運行。應用高壓變頻調速技術，在保證生產的前提下，實現節電。

采用液力耦合器調速，主要存在以下弊端：

1、不能很好地進行轉速調節，即使在不出鐵時也保持在很高的轉速，造成能源的浪費。

2、電動機的效率低，損耗大，尤其在高爐不出鐵時效率更低。

3、調速精度低，線性度差，響應慢，不大適應自動控制要求；

4、電機雖然可以不帶載啟動，但仍然有5倍左右的沖擊電流，影響電網穩定；

5、必須串入電機和機械負載的連接軸中，不適合于設備改造，液力耦合器故障時，沒有工頻旁路系統，負載機械將無法運行，必須停機檢修；

6、漏油嚴重，對環境污染大，可靠性差，維修難度大，嚴重浪費人力及影響生產。

為了提高高爐的生產效率、系統的綜合可靠性、降低能耗，我們提出對1—4#高爐出鐵廠除塵進行高壓變頻節能改造。

高壓變頻調速系統是直接串聯于高壓電源與高壓電機之間的變頻調速設備。利用高壓變頻調速技術改變設備的運行速度，來調節現場工況所需風壓、風量的大小，大大提高了系統的自動化程度，既滿足了生產要求，降低了維護量，又達到了節能的目的。

2 、工藝要求及改造方案

2.1、電機配置：

2.2、工藝要求

高爐出鐵廠除塵風機的在各種情況下的運行工況，如下圖:

圖中的深色區為出鐵時間，此時除塵風機工作在最高轉速45Hz以上，白色區域為工作在等待出鐵時間，此時除塵風機可以工作在一個極低的轉速區間(20Hz)以下，甚至0轉速。按照提供的高爐除鐵廠出鐵的頻率為每天除鐵15爐，每爐鐵間隔約40分鐘，除鐵時間約50-60分鐘，平均每天的間隔等待時間加起來接近600分鐘，因此綜合整個除塵風機工作在高速區和低速區的趨勢，取除塵風機平均每天高速運行(即出鐵時)為840分鐘(14個小時)，即50HZ，平均每天低速運行(即間隔等待時)為600分鐘(10個小時)，即20HZ。

2.3、改造方案

采用一拖一方案：去掉液力耦合器，電機朝風機方向移動，保留原系統其他設備，增上遠程控制，實現兩地自動、手動操作和兩地監控。將高壓變頻器串入高壓電機回路。系統變頻運行時，利用變頻器改變供電電源的頻率的辦法改變電機轉速來調節風機流量和壓力。當變頻器故障使系統不能正常工作時，高壓變頻器可手動切換到工頻運行，保證系統工作的可靠性。

3、改造后達到的效果

為了能使除塵風機達到最佳使用效果，利用高壓變頻器根據實際需要對除塵風機進行變頻運行，既保證和改善了工藝，又達到了節能降耗的目的和效果。

3.1、節能具體分析：

對于離心式風機，由流體動力學原理論，流體流量與泵或風機的轉速一次方成正比，如圖2所示：

即：

式中：Q、n分別表示流量和轉速。泵或風機的轉矩與轉速二次方成正比，而其功率則與轉速三次方成正比，即：

上述各式中，腳標“0”均表示額定工況參數。

由以上理論可知離心風機類負載，其轉速、揚程和功率的關系如圖：

當轉速減小時，電機的能耗將以其三次方的速率下降，因此變頻調速的節電效果是非常顯著的。所以，對于離心式風機而言，如果風量要求為原來的10%時，其消耗的功率僅為原功率的(10%)3=0.1%，節電量非?？捎^。

3.2、效益計算：

原工頻運行時耗電量取正常生產且工況穩定時，即2008年1-3月耗電量作參考標準。

1#高爐出鐵廠除塵高壓變頻改造后年可節電(6.58-4.42)*0.56*629360=76.1萬元，2#高爐出鐵廠除塵高壓變頻改造后年可節電(6.75-4.99)*0.56*620533=61.2萬元，3#高爐出鐵廠除塵高壓變頻改造后年可節電(6.74-4.71)*0.56*669731=76.1萬元，4#高爐出鐵廠除塵高壓變頻改造后年可節電(6.72-4.65)*0.56*622459=72.2萬元，四個除塵改造后年可節電76.1+61.2+76.1+72.2=285.6萬元。

4、結束語

高壓變頻器應用于高爐出鐵廠除塵，不僅完全能夠滿足工藝需要，確保電機的穩定運行，而且大大地節約了電能，此改造項目給我公司的電量消耗及設備維修帶來了很大收益。