【摘要】本文講述了高壓變頻器在煉鐵除塵系統(tǒng)中的改造分析以及經(jīng)濟效益分析。
【Abstract】 This article narrated the high-pressured frequency changer in iron-smelting dust removal system transformation analysis as well as the economic efficiency analysis.
【關鍵詞】
煉 鐵 高壓變頻器 效益分析
【Key word】 Iron-smelting high pressure frequency changer benefit analysis
1、 前言
攀枝花新鋼釩股份有限公司煉鐵廠4號高爐設計容積：1350m3，并罐式爐頂，皮帶上料，4座熱風爐送風。高爐設計利用系數(shù)：2.25t（m3.d）,焦比:440kg/t.Fe,年平均風溫：1200℃。在大修前，4號高爐已經(jīng)連續(xù)運行13年。高爐已進入爐役后期，嚴重威脅高爐的生產(chǎn)安全，且每年的維護費用逐年上升，在此情況下，為滿足攀鋼集團的總體發(fā)展，為高爐實現(xiàn)攀鋼集團公司提出的“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、長壽”的目標，最后集團公司決定對4號高爐在原地自然擴容大修。同時新建一套高爐除塵系統(tǒng)，設置一套全新的負壓式除塵器。采用2臺脈沖布袋除塵器和2臺風機并聯(lián)運行方式。為了經(jīng)濟效益，實現(xiàn)自動控制，減少維護費用，其中1＃除塵風機采用東方日立（成都）電控設備有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器（DFCVERT-MV2240/6B）調(diào)速。
2、 DFCVERT-MV高壓變頻器的性能特點。
2．1 變頻改造的電機系統(tǒng)原理圖如圖1所示
1.QS1、QS2為刀閘隔離開關,其中QS2單刀雙擲開關。
2.變頻切換工頻過程：先斷QF1，斷隔離刀閘QS1、QS2，再合QF1，電機工頻運行。
3.工頻切換變頻過程：先斷QF1，合隔離刀閘QS1、QS2，再合QF1，變頻器帶電機變頻運行。
2．2 變頻器的工作原理 DFCVERT-MV系列變頻器是由多個功率單元串聯(lián)而成，以6kV每相八單元串聯(lián)為例,電壓疊加如圖2所示。每相由八個相同的功率單元串聯(lián)而成，相電壓為3464V；每個功率單元輸出有效值Ve＝433V，峰值輸出電壓Vp= Ve＝612V。
圖2 6kV變頻器電壓疊加示意圖
2．3 功率單元電氣原理 功率單元主要由三相橋式整流器、電容器組、IGBT逆變橋構成，同時還包括驅(qū)動、保護、監(jiān)測、通訊等組件的控制電路。通過控制IGBT的工作狀態(tài)，輸出PWM電壓波形，原理圖如圖3。
2．4 變頻器系統(tǒng)配置原理 每個功率單元都是由低壓絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）構成的三相輸入，單相輸出的低壓PWM電壓型逆變器。功率單元電路見圖3。每個功率單元輸出電壓為1、0、－1三種狀態(tài)電平，每相8個單元疊加，就可產(chǎn)生17種不同的電平等級，分別為±8、±7、±6、±5、±4、±3、±2、±1和0。圖4為一相合成的正波輸出電壓波形。此種多級串聯(lián)電壓型變頻器，采用功率單元串聯(lián)，而不是用傳統(tǒng)的器件串聯(lián)來實現(xiàn)高壓輸出，所以不存在器件均壓的問題。每個功率單元承受全部的輸出電流，但僅承受1/8的輸出相電壓和1/24的輸出功率。8對依次相移7.5°的三角載波對基波電壓進行調(diào)制，如：對A相基波調(diào)制所得的8個信號，分別控制A1～A8八個功率單元，線電壓波型具有33階梯電平，它相當于48脈波變頻，理論上47次以下的諧波都可以抵消，總的電壓和電流失真率可分別低于1.2％和0.8％，堪稱無諧波污染變頻器。變頻器同一相的功率單元輸出相同的基波電壓，串聯(lián)各單元之間的載波錯開一定的相位，每個功率單元的IGBT開關頻率若為600Hz，則當8個功率單元串聯(lián)時，等效的輸出相電壓開關頻率為9.6kHz。功率單元采用低的開關頻率可以降低開關損耗，而高的等效輸出開關頻率和多電平可以大大改善輸出波形。波形的改善除減小輸出諧波外，還可以降低噪聲、dv/dt值和電機的轉(zhuǎn)矩脈動。所以這種變頻器對電機無特殊要求，可用于普遍籠型電機，且不必降額使用，對輸出電纜長度也無特殊限制。
3、 系統(tǒng)的工藝分析和節(jié)能分析。攀鋼煉鐵廠4號高爐的出鐵場除塵系統(tǒng)工藝流程圖如圖5，
系統(tǒng)設計風量1450000 m3/h,依據(jù)＃4高爐煉鐵工藝的要求，約兩小時左右煉一爐鐵，除塵風機由于生產(chǎn)工藝的要求需要在煉鐵時停止除塵，在出鐵時開始除塵，也就是說變頻調(diào)速裝置要在煉鐵時低速（20Hz）運行（煉鐵時間大約70分鐘），出鐵時高速（50Hz）運行（出鐵時間大約50分鐘）。另外，4號高爐的除塵系統(tǒng)采用的時兩個除塵風機除塵，兩個除塵風機的電機的工況一樣，但只有一臺安裝有變頻調(diào)速裝置，可以進行節(jié)能比較。由于5、6、7月為4號高爐的調(diào)試時間，數(shù)據(jù)不準并對耗電量的計算有影響，但進入8月份后高爐運行正常，4號高爐的8月份出鐵量時98283噸，1號除塵風機電機（采用東方日立變頻調(diào)速）的耗電量是729029千瓦小時，2號除塵風機電機（不采用變頻調(diào)速）的耗電量是1066990千萬小時，依據(jù)以上數(shù)據(jù)電費在0.45元/度的情況下,那么每月估算節(jié)約的電費約為15萬元左右。
4、 引用變頻器的優(yōu)越性 改裝置于2004年5月底一次性投入了生產(chǎn)運行，運行至今，充分體現(xiàn)出該裝置的先進性，主要的特點如下：
該裝置性能穩(wěn)定，工作可靠，操作簡便，大大減輕了運行人員的勞動強度；
變頻風機實現(xiàn)了軟啟動，風機在低頻下起動，電流很小，避免了原來在較大慣性負荷情況下，數(shù)倍于額定起動電流對電網(wǎng)和機械設備的沖擊；
提高了功率因數(shù)，功率因數(shù)在0.95以上；
風機轉(zhuǎn)速的降低，減緩了風機葉輪、軸承和密封件的磨損，變頻風機的轉(zhuǎn)動明顯好于其他的工頻風機，有利于延長電機和風機的使用壽命；
低輸入諧波。
大量節(jié)能,經(jīng)濟效益顯著。
5、 結(jié)論 通過這幾個月的運行，證明DFCVERT-MV2240/6B高壓變頻器性能好，可靠性比較高，節(jié)能非常明顯，短期內(nèi)就能收回成本，而且大大改善了工藝條件，提高了生產(chǎn)效率，說明在煉鐵除塵系統(tǒng)改造是非常成功的，同時在煉鐵行業(yè)除塵系統(tǒng)有很好的推廣價值。
參考文獻：[1] 吳忠智 吳加林 變頻器應用手冊 機械工業(yè)出版社
[2] 用戶手冊 東方日立（成都）電控設備有限公司
作者簡介：張 黎 男 工程師 長期從事高壓變頻器設計、調(diào)試工作
朱躍青 男 工程師 長期從事設備煉鐵、煉鋼廠電氣設備調(diào)試工作
