摘要：本文分析了高压变频器在转炉炼钢除尘风机中的应用。实践证明，高压变频器对降低除尘风机的用电率、减少起动电流、提高功率因数、改进转炉炼钢工艺水平、提高自动化水平有很好的应用前景。
关键词：变频调速；高压变频技术；转炉；除尘风机
一、工程前期情况描述
大冶华鑫炼钢厂原有30T氧气顶吹转炉2座，采用“三吹三”方式，转炉吹炼过程中，炉口会排出大量棕红色的烟气，烟气温度高、含有易燃气体和金属颗粒，按照我国1996年颁布的《大气污染物综合排放标准》（GB16297一1996），对烟气必须冷却、净化，达标后排放。若电机采用工频运行，通过调节风门的出口挡板调节风量来满足生产工艺要求，大量电能白白浪费在阀门上;若采用液力耦合器调速，则存在以下缺点：
（1） 调速范围窄，转速不稳定；
（2） 电机的效率低，损耗大；
（3） 液力耦合器经常出现故障，不能满足连续生产的需要；
（4） 调节精度低，响应慢。
吹炼工艺周期
A到B为兑铁加废钢时间，约1分钟。
B到C为风机升速时间，暂定1分钟，可以调节。
C到D为吹氧时间，约14分钟。
D点风机开始减速，暂定2分钟，可以调节。
D到E为倒炉测温取样时间，约2分钟。
E到F为出钢时间，约2分钟。
F到G为溅渣时间，约2分钟。
长期以来，不论转炉处于哪一个运行阶段，产生的粉尘大小均使除尘风机全速运行，挡板几乎不进行任何调节，造成大量的电能浪费。随着市场竞争的不断加剧，节能降耗、提高生产效率成为企业发展提高竞争力的有效手段之一。
在九十年代后期，随着电力电子技术、微电子技术、光电子技术的不断发展和矢量控制技术的不断完善，其中各种拓扑结构的高压变频器相继在应用市场上出现，尤其在最近几年，在技术和应用领域上得到不断的进步和拓展，其中，多重化完美无谐波矢量控制高压变频器以其功率因数高、无谐波（输入谐波小，对供电电网无污染；输出谐波小，电机附加发热和转矩脉动小）可靠性高而受到越来越多的用户欢迎，现已广泛应用于电力、冶金、化工、建材等领域。
二、系统技术方案设计
通过对冶炼工艺的分析：转炉在炼钢过程的不同阶段对除尘风量的大小有明显的不同，以吹氧冶炼为最大，其他除尘为最低。通过对转炉炼钢过程的分析，对除尘风机的控制设计于下方案。整个吹炼工艺周期约24分钟，其中高速时间（C到D）14分钟。为了控制简单起见，可使除尘风机运行在两种状态，高速和低速，高速定为45Hz,可以调节；低速定为20Hz,可以调节。可考虑在下氧枪时给出一对接点使高压变频器加速进入高速运行，提氧枪时控制接点断开，变频器减速进入低速运行。
2．1 设备参数：
风机参数
风机型号：D700-13
额定风量：42000m3 /h
额定风压：25490Pa
转速：2965rpm
轴功率：400Kw
电机参数
电动机型号：JK134-2
额定电压：：10000V
额定功率： 440KW
额定电流：30A
额定转速：2980r/m
变频器技术指标
型号：SH-HVF-Y10K/450
额定容量：600kVA
输入电压：10000V
输出电压：0～10000V
输出频率：0～50Hz
2．2 系统电气构成
根据现场生产工艺情况，选用湖北三环发展股份有限公司研究开发生产的高压变频器作为主件，该变频调速系统具有谐波含量小，功率因数高、模块化结构、可靠性高等特点。除尘风机电气系统的主接线结构图如图1所示。10kV电源通过母线段网侧高压开关DL接入系统，采用多重化移相干式隔离变压器进行电源侧电气隔离，以减小对电网的谐波污染；变压器输出经功率柜逆变输出后直接驱动三相异步电动机，实现除尘风量的控制。为保证整个除尘风机系统可靠性，系统设计中我们还采用工频旁路。当系统变频运行时，断开隔离开关QS3，合隔离开关QS1、QS2。QS2与QS3之间还设计了机械互锁，在变频器运行时绝对保证QS3不可以误合闸。在变频运行时，由远程PLC起停变频器；当变频器出现故障时，系统切换至原工频运行方式；断开隔离开关QS1、QS2；合隔离开关QS3。由原除尘系统启动风机，入口挡板控制风量。
图1 系统接线图
图2 工艺流程图
三、改造效果
从运行情况看,该高压变频调速装置,运行可靠,节电效果明显,达到了预期效果。经过工频和变频运行对比，测量和统计的炼钢转炉除风机改造后各项技术指标如下表
（1）节电效果明显。改造前,该风机每天平均电耗为7700kW·h,而现在仅为3653kWh左右,平均每天节电4047kWh,节电率达57%,年节电效益为73万元。
（2）系统实现自动控制,操作简单。系统利用转炉炼钢过程中氧枪的工作信号作为风机高、低速运行的控制信号,实现了风机的高、低速自动控制,系统也可根据工作需要进行人工操作,且操作方便。
（3）系统安全可靠。具有较强的自我保护能力和故障自诊断能力,有过流保护、过电压保护、欠电压保护、高压电源缺相、接地等保护功能。
（4）设备运行可靠,维护费用低。由于采用变频调速控制,其装置具备软起动、软停止的功能,故在启动时对电网及设备没有冲击,因此延长了电机及风机的使用寿命。由于电机的平均转速大大降低，轴承的温度大大降低，其寿命也大大延长，提高了整个系统的可靠性，减少了因频繁更换轴承影响转炉正常生产。
（5）单台项目总体投资为98万元，16个月即可收回投资。设备使用年限长达10年，投资收益高达600余万元。 |
