變頻器在除塵風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

1、引言某集團(tuán)第四煉鋼廠的7#煉鋼爐為60噸國產(chǎn)交流電弧爐，采用布袋除塵方式，其除塵 風(fēng)機(jī)及電機(jī)的銘牌參數(shù)如下：電機(jī)離心引風(fēng)機(jī)型號：Y6304-8 型號：Y4-73No31 1 / 2 F額定功率：1600 kW額定壓力：570 - 375 mmH 2 O額定電流：192.3 A 額定流量：470000 - 874000 m 3 /h額定電壓：6 kV軸功率：954 - 1185 kW額定轉(zhuǎn)速：744 rpm額定轉(zhuǎn)速：730 rpm正常情況下，電爐每70分鐘生產(chǎn)一爐鋼，為一個生產(chǎn)周期，每個周期共分為7個步驟： 1、加料，3分鐘；2、加鐵水，3分鐘；3、供電，21分鐘；4、供電供氧，30分鐘；5、

2、采樣，5分鐘；6、出鋼，5分鐘；7、堵眼，3分鐘。在每個步驟中，電爐產(chǎn)生的煙氣量 不同,對爐子的溫度要求也不一樣，因此需要調(diào)節(jié)除塵風(fēng)機(jī)的風(fēng)量,以滿足生產(chǎn)工藝的要求。 若風(fēng)量過大，損失爐內(nèi)熱量,延長生產(chǎn)周期，浪費(fèi)能源;風(fēng)量小，則導(dǎo)致爐內(nèi)溫度過高,可能燒 毀設(shè)備。原工頻運(yùn)行時，通過調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)口導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié)風(fēng)量,電機(jī)通過電抗器降壓完成工頻啟動。 工頻啟動特別困難，且對電網(wǎng)沖擊較大，并造成電機(jī)籠條松動、有斷條的危險。一般啟動后不 允許停機(jī)，電機(jī)始終滿負(fù)荷運(yùn)行,電耗驚人?；谏鲜鲈?四煉鋼決定對7#煉鋼爐除塵風(fēng) 機(jī)進(jìn)行變頻改造。變頻調(diào)速的優(yōu)越性已在通用變頻器中得到充分體現(xiàn)，近兩年來，國產(chǎn)高壓變頻器業(yè)已成

3、 熟，取得了國內(nèi)眾多行業(yè)的認(rèn)可，并逐步在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。四煉鋼廠變頻改造項目部就此項 目考察了幾家高壓變頻器生產(chǎn)廠商及其運(yùn)行現(xiàn)場，最后通過招標(biāo)選擇了在質(zhì)量、價格及服務(wù) 上有一定綜合優(yōu)勢的武漢某電氣有限公司。-變頻器選型及特性變頻器容量選擇的一般原則是，額定輸出電流不小于電機(jī)的額定電流。當(dāng)然，還要考慮實(shí) 際應(yīng)用工況，如負(fù)載性質(zhì)及實(shí)際功率,恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時容量應(yīng)適當(dāng)選大一些，而有些負(fù)載容量可 以選小一些,比如葉輪切削后的水泵軸功率減小、鍋爐引風(fēng)機(jī)所配的電機(jī)至少留有30%的余 量等,這時建議根據(jù)實(shí)際功率選配變頻器，降低投資費(fèi)用;環(huán)境溫度超過40 C時，變頻器需 降容使用;海拔高度超過1000米時,每升高

4、100米,要求變頻器降容1%使用。電機(jī)額定電流192.3A，為了滿足50Hz時滿負(fù)荷運(yùn)行要求，選用選用適合驅(qū)動高壓異 步電動機(jī)的HIVERT-Y06/220高壓變頻器,額定輸出電流220A，其主要性能指標(biāo)如下：額定容量：2250kVA適配電機(jī)功率：1800kW額定電流： 220A額定輸入電壓：6kV （ -20% s +15 % ）輸入功率因數(shù)：大于0.96 （額定負(fù)載時）效率：大于96% （額定負(fù)載時）防護(hù)等級：IP30運(yùn)行參數(shù)自動記錄和輸出、自動故障記錄、限流功能、輸出電壓自動調(diào)整功能、瞬 時停電自動跟蹤功能、單元旁路功能、PID功能等。HIVERT變頻器采用功率單元串聯(lián)疊波技術(shù)，每相5單

5、元串聯(lián)，所有單元都是完全相同 的一個三相輸入、單相輸出的交一直一交變頻器，原理見圖1 ,其優(yōu)點(diǎn)是：吸收低壓變頻器成熟的控制技術(shù)和通用功率器件，可靠性高；輸入側(cè)30脈沖不可控整流輸入，消除了大部分由單個功率單元所引起的諧波電流, 大大抑制了網(wǎng)側(cè)諧波的產(chǎn)生。變頻器引起的電網(wǎng)諧波含量滿足IEEE Std 519-1992和GB/T 14549-93電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波對諧波含量的最嚴(yán)格要求，無需安裝輸入濾波器;輸入功 率因數(shù)高;-單元串聯(lián)脈寬調(diào)制疊波輸出，大大削弱了輸出諧波含量，輸出波形幾近完美的正弦波, 無需輸出濾波裝置，可以驅(qū)動普通高壓電動機(jī)，保護(hù)電機(jī)絕緣不受dv/dt應(yīng)力的損害；-采用全中文W

6、INNT操作平臺，12英寸真彩LCD顯示，觸摸屏直接操作，更適合國 人使用習(xí)慣；-輸入電壓范圍寬廣，更適合國內(nèi)電網(wǎng)條件；-功率單元模塊化結(jié)構(gòu)，可以互換，維護(hù)簡單；-隔離RS485接口，采用MODBUS通訊規(guī)約,可以和單獨(dú)的上位機(jī)或大系統(tǒng)中的DCS 聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)智能化控制；-控制電源采用220VAC和高壓電源雙路供電，運(yùn)行過程中220VAC掉電時，不影響變 頻器正常工作；-直接高-高結(jié)構(gòu)，體積小，效率高;功率單元自動旁路功能，進(jìn)一步提高了運(yùn)行的可靠性;圖外型圖采1200?.系統(tǒng)方案考慮到變頻器退出運(yùn)行后，為了不影響生產(chǎn)，確保除塵系統(tǒng)正常工作，系統(tǒng)需配置工頻旁 路，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時,將電機(jī)投切到工

7、頻下運(yùn)行。圖3旁路柜中，共有3個高壓隔離開關(guān)，為了確保不向變頻器輸出端反送電，K2與K3采用一個雙投隔離開關(guān)，實(shí)現(xiàn)自然機(jī)械互鎖。當(dāng)K1、K2閉合，K3斷開時，電機(jī)運(yùn)行在 變頻狀態(tài);當(dāng)K1、K2斷開，K3閉合時，電機(jī)工頻運(yùn)行，此時變頻器從高壓中隔離出來，便 于檢修、維護(hù)和調(diào)試。旁路柜必須與上級高壓斷路器DL連鎖，旁路柜隔離開關(guān)未合到位時, 不允許DL合閘，DL合閘時，絕對不允許操作隔離開關(guān),以防止出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，確保操作人 員和設(shè)備的安全。系統(tǒng)中保留了原有啟動電抗器CK ,同時保留原有對電機(jī)的保護(hù)及其整定，以確保電機(jī) 工頻旁路時的啟動性能，及實(shí)現(xiàn)工頻旁路時對電機(jī)的保護(hù)和變頻運(yùn)行時對變頻器的保護(hù)。6

8、 kV母線Iri. 、 打收步匚 MIVERT-Y06/220K3監(jiān)路柜 高壓變題器K2 :1改造增加部分Ue=6 kV Ne=1600 kW圖5系統(tǒng)接線圖變頻器大約有4%的損耗，以熱量的方式通過柜頂離心風(fēng)機(jī)帶到變頻器外，為了防止室 內(nèi)環(huán)境溫度超過40 C,采取了兩個措施：-墻體上安了裝兩臺APB-60E工業(yè)排氣扇，加強(qiáng)與室外空氣交換；-室內(nèi)安裝了兩臺5P工業(yè)空調(diào)，夏天室外環(huán)境溫度超過40 C時，以制冷方式確保室 內(nèi)環(huán)境溫度。-控制方案編千號代與名 稱說 明6258合*1員向獸電器瀾fu常閉舌吐丘許.792G1部E出斯獸電器滴擊，常閉閉a葉Ji由有壓 井正空劍5 A.田E肯日舊蹦1026224

9、2T&此由料示：賽史瞿翎蹈，常R 蟲嫩站啟葉閉省2527720307程推初Hi1-EOai.期出電WE22309243101-E0al.2&312283131-EOal.3：|315攵321R敦E5新碰zS32235331332弟蛭度國定&335磴蛭度國定33琢1檔迎惑國定拍335硝蛭惑國定如33G名理度已度J1337洛理度演示目2338433393-40J53-413-J251P24MVBDtS511.IP24賓器副 解切IM空漁期牝髭H相略幽刷在煉鋼周期的7個步驟中,對風(fēng)量的要求不一樣，需要電機(jī)運(yùn)行在不同的速度,其中第 1、2、5、6、7步低速運(yùn)行，第3、4步高速運(yùn)行。變頻器設(shè)置六檔速度分

10、別為 額定速度的40%、50%、60%、70%、90%和100%，操作按鈕裝設(shè)在爐前的控制室內(nèi), 可根據(jù)煉鋼爐的實(shí)際工況選擇速度，并將運(yùn)行速度檔反饋到按鈕指示燈上。除塵系統(tǒng)的監(jiān)控在距離變頻器安裝現(xiàn)場約80米外的操作室內(nèi)，變頻器通過RS485接 口與操作室內(nèi)上位工控機(jī)聯(lián)接,雙方采用MODBUS通訊規(guī)約。操作室內(nèi)的工控機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對 變頻器的啟動、停機(jī)、復(fù)位和高壓分?jǐn)嗟瓤刂疲ㄟx擇上位控制允許時有效），設(shè)置變頻器各 項參數(shù)設(shè)置（選擇上位參數(shù)設(shè)置允許時有效），調(diào)節(jié)變頻器給定頻率（選擇上位給定允許時 有效），并實(shí)時監(jiān)視變頻器的運(yùn)行工況。變頻器輸出頻率和輸出電流,以4-20mA方式反饋到 DCS系統(tǒng)。在保護(hù)

11、方面，變頻器有兩對接點(diǎn)與高壓開關(guān)柜相連，一對接點(diǎn)是“合閘允許”，串聯(lián)于DL的合閘回路中，當(dāng)處于變頻投入狀態(tài),而變頻器無控制電源或故障狀態(tài)時，高壓無法合閘。 一對接點(diǎn)是“高壓分?jǐn)唷?，并?lián)于DL分閘回路,當(dāng)變頻器在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障或拍下高 壓分?jǐn)嘧枣i按鈕時，分?jǐn)嘧冾l器的高壓輸入電源。-變頻效果變頻器2月18日運(yùn)抵安裝現(xiàn)場,并于次日安裝到位。2月23日7#爐檢修停機(jī)， 完成變頻器主電路接線和與高壓開關(guān)柜聯(lián)鎖接線，于下午6 : 30變頻器一次投運(yùn)成功。理論上，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速成正比，風(fēng)壓H與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率P與轉(zhuǎn)速 的立方成正比。隨著轉(zhuǎn)速的降低,風(fēng)機(jī)在維持效率不變（風(fēng)阻不變?yōu)榍疤幔┑臓顟B(tài)下

12、,軸功率 以轉(zhuǎn)速的立方關(guān)系下降,電機(jī)消耗的電能急劇減小;而采用進(jìn)口導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié)時，風(fēng)量下降導(dǎo) 致風(fēng)機(jī)效率降低和風(fēng)壓的升高，運(yùn)行工況偏離額定工況越遠(yuǎn)效率越低，因此，風(fēng)量雖然下降了, 風(fēng)機(jī)軸功率及電機(jī)消耗的電能變化并不大，這就是風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的節(jié)能依據(jù)。該風(fēng)機(jī)在變頻改造前,工頻運(yùn)行電流基本保持在165-170A，消耗功率約為1530kW，變 頻改造后，實(shí)測運(yùn)行參數(shù)見表1。運(yùn)行頻率 （Hz）輸入電流 （A）輸出電流（A）輸入電壓 （V）輸入功率 （kW）運(yùn)行時間 （Min）2013.272.86338128152523.578.56334247153035.286.66500388103557.3101.362416051545122.6150.6615712631050148.4166.6636015855變頻運(yùn)行時，一個周期內(nèi)的平均運(yùn)行功率為650kW，與工頻運(yùn)行相比,平均節(jié)約功率880 kW，一天節(jié)電量：880 * 24 = 2112