高壓變頻器在煉鋼廠中的節能應用

潘立龍 黃國洋 王浩波 于艷麗

摘 要：近幾年來，伴隨著我國環境污染的逐漸加重，以及能源資源的不斷匱乏，社會上關于節能減排的聲音甚囂塵上。越來越多的工業相關企業開始響應國家號召提出一系列節約能源的措施。其中鋼鐵企業為了減少相關能源的損耗，提高能源利用率，不斷探索新的節能生產技術。高壓變頻器由于采用了創新的變頻提速技術，有明顯的節能效果，所以在煉鋼廠應用高壓變頻器的技術對于節能環保有非常深遠的意義。文章首先解釋了高壓變頻器在工作時的特點，分析其工作原理，而后探究了變頻器在煉鋼廠中的具體節能運用，即主要應用于除塵風機。

關鍵詞：高壓變頻器；煉鋼廠；節能；除塵風機

隨著我國社會經濟的不斷發展，解決環境污染問題已經逐漸提上了日程。而且由于近幾年偏重于工業發展，導致能源損耗嚴重，各種能源已經日趨匱乏。這時候，社會各界人士開始為了保障生活質量，重視起節能技術的開發與應用[1]。從目前看來，如何應用節能技術，如何憑借低耗能取得高效率是有效解決當前能源危機的關鍵途徑，將成為未來一個永久的話題。對于煉鋼廠而言，節能提效是目前重視的工作目標之一，而高壓變頻器就是實現這一目標的關鍵設備。研究表明，鋼鐵企業負載的大多數風機以及水泵在工作時都需要變化速度，使用高壓變頻器可以很好地解決這個問題，能夠恰好滿足鋼鐵企業對這些高壓大容量的電機提出的節能要求。

1 高壓變頻器的工作特點

1.1 具備完美的波形

通過對高壓變頻器的相關工作過程展開分析，發現高壓變頻器輸入的諧波能夠完美符合我國的相關規定。換句話說，36脈沖整流能夠在理論上實現35次或者以下諧波的自動抵消功能。

1.2 輸入功率的因數較高

在探究的過程中，發現大多數電機電源的性質不同，導致其產生的效果也會各不相同。例如，電壓型變頻器的儲能元件為電容器，輸出的電壓波形為矩形，并且在負載短路時也可以使電動機正常運轉；電流源型則與之不同，儲能元件為電抗器，輸出的電流波形雖同為矩形波，但是在負載短路的時候，需要反饋控制。高壓變頻器的中間環節采用的就是電壓源型的電源，采用這種電源可以有效保證輸入功率的因數較高[2]。

1.3 具備單元旁路功能

在對高壓變頻器工作流程進行探究的時候，發現如果某一單元的器件發生故障，那這一單元對應的相就不會繼續輸入電壓，發生電機的缺相現象，但是這種缺相必然是高壓變頻器工作的過程中不允許存在的。這時其后來添加的單元旁路功能便能夠發揮作用。該功能能夠有效地解決這一問題，確保電機的正常工作。

1.4 中性點漂移

在高壓變頻器的某一單元發生故障后，即使單元旁路功能能夠解決電機正常運行的問題，但是電容的容量仍然會下降。所以這時便需要針對電機的有效電壓進行最大程度的控制，而且可以調節單元電壓的相位角，以實現電壓平衡。

2 高壓變頻器的工作原理

高壓變頻器的主要組成部分分為3個方面，即移相變壓器、功率模塊、控制器。其中功率模塊是整個結構的核心，移相變壓器主要是供電給功率模塊[3]。

高壓變頻器采用的變頻技術，簡單概括為：操作電力半導體器件將電源有效轉化為另一頻率的電能，在現有的電壓不變的基礎上改變電頻率，令設備的最大效能得到有效的發揮。它的工作原理就是將交流電轉化為直流電，再轉化為交流電，通過變頻器的有效控制，對電變頻進行改變，使應該滿負荷的時候頻率高，應該低負荷的時候頻率低，從而達到所需要的節能效果。

3 高壓變頻器在煉鋼廠中的具體節能應用

一直以來，煉鋼廠這些鋼鐵企業便是高耗能的代名詞，它們在大規模生產的過程中往往因為高耗能造成嚴重的環境污染。這兩年國家已經針對環境污染這一問題，對各類高污染的企業進行嚴格調查，根據其污染的程度進行節能減排措施，甚至令其停止生產。利用電爐煉鋼主要是對諸如廢舊鋼材、鐵合金之類的原料進行一定的冶煉，這個過程中往往會產生大量有害的氣體，尤其是氧化的過程會產生許多煙氣。針對這種氣體污染的問題，設計人員在設計除塵系統時要將其作為重點[4]。設計除塵風機的過程中可以把電爐煉鋼的最大排煙量作為依據，尤其要重視的一點是：冶煉時，一般會在吹氧期高負荷使用除塵電機，但是吹氧期正常情況下只是占據整個冶煉時間中的一半，如果除塵風機在吹氧期就滿負荷運轉，在其他的環節便會低負荷運轉，如此便容易導致除塵風機的資源浪費。

另外值得注意的一點，整個冶煉過程分為不同的環節和時期，在不同的時期需要使用的工藝手段各不相同，所以產生煙氣的規模也就不同。比如說，在加料時期和環節，揚塵污染產生的原因主要是，在進行加料的過程中產生的粉塵四下擴散，所以只要令粉塵不擴散就可以有效避免揚塵污染的出現。因此，在加料的環節并不需要讓除塵風機進行大規模高負荷運轉。再比如，在送電環節提出的要求是及時將煙清除的基礎上還不能將煉爐內部的熱量吸走，所以說在這一環節也不需要進行大規模的除塵。那么根據不同冶煉環節提出的更高的除塵要求，在對煉鋼廠中的除塵風機進行改造時，其節能技術和節能效果主要體現在它選用的除塵風機電機型號為YBS710-4、額定電壓為10 000 V、額定電流為216 A，額定轉速為1 480 r/min、額定功率為3 000 kW等方面[5]。除塵風機在具體的應用過程中可以根據不同冶煉時期使用的不同工藝設定好不同的功率、不同的電壓、不同的電流、不同的轉速，達到差別化的變頻操作。如此一來，不僅可以有效提高除塵風機的工作效率，還可以保證除塵風機始終按照科學電壓進行除塵工作，有利于提高相關機器設備的使用壽命，減少不必要的損傷。同時，由于良好的差別化變頻操作，可以在除塵的基礎上有效控制煉爐內要求的溫度，可以改善與保障鋼鐵的質量。

此外，轉爐的煙塵處理方式可分為一次除塵與二次除塵。上述大部分皆是相對于一次除塵設備而言的。實際上，由于一次除塵主要是針對轉爐在冶煉過程中產生的爐氣進行冷卻或者凈化的一個處理過程，其目的主要是節能以及保護設備。在對煙塵進行一次處理的過程中，目前可以選擇的方法包括半干法與干法，一般情況下，一次除塵的設備在轉爐的非吹煉時間處于低速運轉的狀態，起不到基本的除塵效果。既然轉爐在非吹煉時間產生的煙塵與吹煉時間產生的煙塵相比較少，但是仍然存在煙塵。為了解決產生的煙塵，就出現了二次除塵的設備。二次除塵非常簡單，僅包括重力除塵與布袋除塵。二次除塵進行的過程中，只需要根據煙氣規模大小來調節除塵風機的位置，控制排煙管道上的閥門，讓產生的煙氣通過布袋式除塵器過濾出去，達到有機排放的目的。

4 結語

綜上所述，根據本文對高壓變頻器的工作特點、工作原理以及其煉鋼廠中的具體節能應用方面展開的研究，我們可以得到以下結論：高壓變頻器在煉鋼廠中的廣泛應用具有良好的節能效果，有利于實現煉鋼廠提高能源利用率，節約能源投入，減少成本的最終目的。

[參考文獻]

[1]王蓋雄.淺談高壓變頻器在煉鋼廠的節能應用[J].低碳世界，2017（30）：60-61.

[2]丁江衛.鋼鐵廠變頻除塵風機的節能效果分析及設計[D].沈陽：東北大學，2015.

[3]劉化軍.高壓變頻器在煉鋼廠中的節能應用[J].中小企業管理與科技，2014（4）：204-205.

[4]朱建峰.高壓變頻器在煉鋼廠中的節能應用[J].科技與企業，2013（15）：306.

[5]彭敏.高壓變頻器在煉鋼廠一次除塵風機進行節能改造的案例[J].產業與科技論壇，2017（21）：85-86.