高壓變頻器在熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機上的應(yīng)用

1、高壓變頻器在熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機上的應(yīng)用摘要：為解決建龍集團煉鐵廠熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機工頻運行時浪費嚴重這一問題，采用高壓變頻器對熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機進行改造。運行數(shù)據(jù)表明，熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機變頻改造具有較高的經(jīng)濟 效益和社會效益。關(guān)鍵詞：熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機高壓變頻器 節(jié)能Abstract: In order to solve Jia nlong Group iron works hot stove combustio n blower freque ncy operation, serious waste problem, high voltage inverter to transform the hot stov

2、e combustion blower. The running datas indicate that the hot air furnace combustion air blower frequency tran sformati on of high econo mic and social ben efits.Key words: Hot stove Combusti on fan High voltage in verterEn ergy1引言變頻調(diào)速技術(shù)以其卓越的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電效果，改善設(shè)備的運行工況，提高系統(tǒng)的安全可靠性，延長設(shè)備使用壽命等優(yōu)點，成為現(xiàn)代電力傳動技術(shù)的一個

3、發(fā)展方向。而通過調(diào)節(jié)風(fēng)門、擋板開度的大小來調(diào)整受控對象的方法，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費和設(shè)備損耗。隨著當今社會市場競爭不斷加劇，采用變頻調(diào)速技術(shù)對這類負載進行改造，成為社會的潮流。2改造現(xiàn)場設(shè)備吉林建龍集團煉鐵廠 1#、2#高爐分別有2個助燃風(fēng)機，風(fēng)機型號為：SFG17.5F-C5A，配備電機YKK500-4，800kW/10kV。風(fēng)機改造前使用高壓柜直接啟動，電機采用工頻運行， 通過調(diào)節(jié)風(fēng)機進風(fēng)閥開度和放散閥開度滿足工藝要求，風(fēng)機進風(fēng)閥開度在 40%60%,電機電流2836A，大量的能量都被消耗在風(fēng)門擋板上了，風(fēng)機運行噪聲大，電機低負載率，功 率因數(shù)低。助燃風(fēng)機送風(fēng)壓力

4、不穩(wěn)，影響了熱風(fēng)爐正常燒爐送風(fēng)。因此助燃風(fēng)機的改造勢在必行。2012年技改項目中，熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)進行改造，取得了明顯效果。1#、2#高爐助燃風(fēng)機型號相同，其設(shè)備參數(shù)如表1所示。表11#高爐助燃風(fēng)機參數(shù)風(fēng)機參數(shù)型號SFG17.5F-C5A風(fēng)機型號鼓風(fēng)機全壓12000 Pa流量15 萬 m3/h效率84%軸功率655 kW電機參數(shù)型號YKK500-4額定轉(zhuǎn)速1488r/min額定功率800kW額定電壓10kV功率因數(shù)0.87額定電流56.2A3助燃風(fēng)機變頻節(jié)能原理煉鐵廠高爐助燃風(fēng)機的作用是抽取大氣中的空氣，引入熱風(fēng)爐中為其助燃燒爐，是保證高爐正常生產(chǎn)的重要設(shè)備。助燃風(fēng)機通常情況下根

5、據(jù)生產(chǎn)需要對風(fēng)量、空氣溫度、熱風(fēng)放散量等指標進行控制調(diào)節(jié)以適應(yīng)工藝要求和運行工況。常用的控制手段是調(diào)節(jié)風(fēng)門、擋板開度的大小來調(diào)整受控對象。這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風(fēng)機都全速運轉(zhuǎn)，而運行工況的變化則使得能量以風(fēng)門、 擋板的節(jié)流損失和熱風(fēng)放散損失掉了。 在生產(chǎn)過程中，不僅控制精度 受到限制，而且還造成大量的能源浪費和設(shè)備損耗。從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，設(shè)備使用壽命縮短，設(shè)備維護、維修費用居高不下。變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：n=60f(1-s)/p，(式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機轉(zhuǎn)差率、電機磁極對數(shù))；變頻器通過改變電動機工作電源頻率f達到改

6、變電機轉(zhuǎn)速的目的。異步電動機變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬、平滑性較高、機械特性較硬的優(yōu)點，目前變頻調(diào)速已成為異步電動機最主要的調(diào)速方式，在很多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)流體力學(xué)相似定律：Q1/Q2 = n1/n2輸出風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速n成正比；22H1/H2 = (n 1/n2) 輸出壓力 H與轉(zhuǎn)速n正比；33P1/P2= (n 1/n2)輸出軸功率 P與轉(zhuǎn)速n正比。當風(fēng)機風(fēng)量需要改變時，如調(diào)節(jié)風(fēng)門的開度， 則會使大量電能白白消耗在擋板上。如采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量，可使軸功率隨風(fēng)量的減小大幅度下降?？梢?，通過變頻對風(fēng)機進行控制，不但節(jié)能而且大大提高了設(shè)備運行性能。以上公式為變頻節(jié)能提供了充分的理論依據(jù)。4

7、風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻器技術(shù)特點風(fēng)光牌JD-BP38系列高壓變頻器以高速 DSP為控制核心，采用無速度矢量控制技術(shù)、 功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標遠小于IEE519-1992的諧波國家標準，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模 電壓等問題，可以使用普通的異步電機。風(fēng)光高壓變頻器被評為中國名牌產(chǎn)品。具體來說， 風(fēng)光高壓變頻器除具有一般普通變頻器的性能外，還具有以下突出特點：(1) 采用高速 DSP 作為中央處理器，運算速度更快，控制更精準。(2

8、) 飛車啟動功能。能夠識別電機的速度并在電機不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動。(3) 完整的工頻 /變頻自動互切技術(shù)?，F(xiàn)在的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般設(shè)置工頻旁路切換 柜，變頻器發(fā)生故障時能使高壓電機轉(zhuǎn)至工頻運行， 旁路切換有手動旁路和自動旁路切換兩 種型式， 手動旁路需人工操作， 適應(yīng)于無備用裝置或不重要的運行工況， 自動旁路可在變頻 器發(fā)生故障后直接自動轉(zhuǎn)換至工頻運行。 新風(fēng)光公司提供的自動旁路切換柜， 不僅可實現(xiàn)變 頻故障情況下自動由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運行狀態(tài)， 還可實現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換 至變頻運行的功能，整個轉(zhuǎn)換過程不會對用戶設(shè)備的運行造成任何影響。(4) 旋轉(zhuǎn)中再啟動功能。運行過程中高壓瞬

9、時掉電 3s 內(nèi)恢復(fù)，高壓變頻器不停機，高壓 恢復(fù)后變頻自動運行到掉電前的頻率。(5) 線電壓自動均衡技術(shù)(星點漂移技術(shù))。變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓 平衡，傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓， 而線電壓自動均衡 技術(shù)通過調(diào)整相與相之間的夾角， 在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均 衡輸出。(6) 單元直流電壓檢測： 實時顯示檢測系統(tǒng)的直流電壓， 從而實現(xiàn)輸出電壓的優(yōu)化控制， 降低諧波含量， 保證輸出電壓的精度， 提升系統(tǒng)控制性能， 并可使保證運行維護人員實現(xiàn)對 功率單元運行狀況的全面把握。(7) 單元內(nèi)電解電容因采取了公司專利技術(shù)，可以將其使用壽

10、命提高1 倍。(8) 散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計合理， 單元串聯(lián)多重化并聯(lián)結(jié)構(gòu)， IGBT 承受的電壓較低， 可以有較寬 的過壓范圍(> 1.15Ue)設(shè)備可靠性更高。(9) 具備突發(fā)相間短路保護功能。如果由于設(shè)備原因及其他原因造成輸出短路，此時如 果變頻器不具備相間短路保護功能， 將會導(dǎo)致重大事故。 變頻器在發(fā)生類似問題時能夠立即 封鎖變頻器輸出，保護設(shè)備不受損害，避免事故的發(fā)生。( 1 0)限流功能： 當變頻器輸出電流超過設(shè)定值， 變頻器將自動限制電流輸出， 避免變頻 器在加減速過程中或因負載突然變化而引起的過流保護，最大限度減少停機次數(shù)。(1 1 )故障自復(fù)位功能： 當變頻器由于負載突變造成單元

11、或是整機過電流保護時， 可自動 復(fù)位，繼續(xù)運行。5改造方案熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機目前的控制方式主要根據(jù)熱風(fēng)爐助燃風(fēng)量的需求，通過高壓變頻器實時調(diào)整風(fēng)機電機頻率來實現(xiàn)調(diào)節(jié)風(fēng)機運行工況。 采用變頻器后保持進風(fēng)閥全開， 根據(jù)生產(chǎn)需要 人工操作調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)可隨時隨意改變送風(fēng)量以適應(yīng)變化， 保持風(fēng)機的正常經(jīng)濟運行。通過目前已有的 DCS系統(tǒng)調(diào)節(jié)變頻器頻率轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)助燃風(fēng)機風(fēng)量。利用DCS對變頻器進行啟動、停機、調(diào)速等控制，并可在DCS上顯示變頻器的運行數(shù)據(jù)和當前狀態(tài)，實時監(jiān)控系統(tǒng)運行。 操作方面，有遠程控制和本地控制兩種控制的方式，這兩種控制方式可提高系統(tǒng)的安全性能。變頻器包括一臺內(nèi)置的PLC，用于柜體內(nèi)

12、開關(guān)信號的邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號 （如RS485）的協(xié)調(diào)，并且可以根據(jù)用戶的需要擴展控制開關(guān) 量，增強了系統(tǒng)的靈活性。 利用高壓變頻器根據(jù)實際需要對助燃風(fēng)機進行變頻運行，既保證和改善了工藝，又達到節(jié)能降耗的目的和效果。此外，為了保證系統(tǒng)的可靠性，助燃風(fēng)機引風(fēng)機現(xiàn)有的控制設(shè)備和運行方式仍將保留， 控制回路上設(shè)計工頻/變頻運行切換選擇，工/變頻選擇由人工切換操作，實現(xiàn)助燃風(fēng)機在工 頻或變頻運行。6變頻改造主回路煉鐵廠1#、2#高爐熱風(fēng)爐4臺助燃風(fēng)機選用風(fēng)光 JD-BP38-800F高壓變頻器2臺，變頻 器配置手動旁路柜，用于變頻 /工頻切換。采用 一拖二”變頻控制。1#高爐熱風(fēng)

13、爐助燃風(fēng)機 2臺，采用一用一備。變頻改造采用2臺助燃風(fēng)機共用一套高壓 變頻器，2#高爐熱風(fēng)爐2臺助燃風(fēng)機共用一套高壓變頻器。以1#高爐2臺助燃風(fēng)機為例說明控制過程。其一次系統(tǒng)接線圖路如圖 1所示，通過切換高壓隔離開關(guān)把高壓變頻器切換到 要運行的風(fēng)機上去。如圖所示高壓變頻器可以拖動1#風(fēng)機電動機實現(xiàn)變頻運行，也可以通過切換拖動2#風(fēng)機電動機實現(xiàn)變頻運行。1#、2#風(fēng)機電動機均具備工頻旁路功能。lOkVKK1lOkVQS21_ / K12 |MlQS12j2尊助燃鳳機圖1高壓變頻一次系統(tǒng)接線圖QF1和QF2分別為1#和2#助燃風(fēng)機電源高壓斷路器;QS11和QS21分別為1#、2#助燃風(fēng)機電源高壓隔

14、離開關(guān);QS12、QS22、QS13、QS23為變頻器旁路開關(guān)柜高壓隔離開關(guān);變頻器為風(fēng)光JD-BP38-800F高壓變頻器。和QS21為2QS21、QS22QS21、QS22高壓變頻器控制電機為一拖二控制，旁路開關(guān)柜用于工/變頻切換。QS11個高壓隔離開關(guān)，變頻器運行時，要求QS11或QS21閉合。QS11、QS12閉合, 斷開，QS13斷開，1#風(fēng)機變頻運行；QS12斷開，QS13閉合1#風(fēng)機工頻運行;閉合，QS11、QS12斷開，QS23斷開，2#風(fēng)機變頻運行；QS22斷開，QS23閉合，2#風(fēng)機工頻運行；其中， QS12與QS13、QS22電氣互鎖，QS22與QS23、QS12電氣互鎖

15、；QS11、QS21電氣互鎖；將控制柜 遠控/本控”開關(guān)打至 遠控”位置，將相應(yīng)風(fēng)機斷路器 就地/遠方 開關(guān)打至遠方”位置，可實現(xiàn)風(fēng)機的遠控操作。7改造節(jié)能效果熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機變頻改造后，兩套高壓變頻器2012年11月份一次性投入生產(chǎn)，至今運行正常。經(jīng)過廠節(jié)能服務(wù)中心測試，系統(tǒng)達到了預(yù)期的效果。風(fēng)機設(shè)備實現(xiàn)了軟起動，電 機電流有明顯下降，降低了風(fēng)機運行噪聲，改善了設(shè)備的運行工況。1#高爐助燃風(fēng)機供 3臺熱風(fēng)爐送風(fēng)，采用一用一備。2#高爐狀況與1#高爐相同。根據(jù)高爐工藝要求，3座熱風(fēng)爐采用兩燒一送，約 2小時換爐一次，風(fēng)門開度 60%，換爐操作時 間約10min，雙燒時間約占80%，單燒時間約占2

16、0%，工頻雙燒時，電機電流 36A，風(fēng)機消 耗功率為511kW ;單燒時，電機電流 28A，風(fēng)機消耗功率為 392kW，大量剩余空氣排空，52浪費嚴重。工頻每小時消耗功率為:P 工=80%X 511kW+20%x 392kW=408.8 kW +78.4 kW =487.2kW。改造后，兩座熱風(fēng)爐同時燒爐時與單座熱風(fēng)爐燒爐時，助燃風(fēng)機運行數(shù)據(jù)記錄如表所示。表21#高爐助燃風(fēng)機變頻運行數(shù)據(jù)輸入電壓(kV)輸入電流(A)運行頻率(Hz)風(fēng)門開度(%)消耗功率(kW)雙燒時10.2921.245.48100358.9單燒時10.291641.20100270.8變頻每小時消耗功率為：P 變=80%X358.9kW+20% X270.8kW=287.12+54.16=341.28kW。每天運行24h，全年運行350d,每度電按0.5元計算，1#高爐助燃風(fēng)機全年節(jié)電費用 計算如下