浅述高压变频技术在预处理除尘风机中的应用

高压变频技术在预处理除尘风机中的应用摘要：介绍了宁波钢铁有限公司炼钢厂预处理除尘风机的改造实例。通过对除尘风机变频改造的技术分析和试验验证，表明使用高压变频系统后节能效果明显，对设备的运行工况也有较大改善。关键词：高压变频器；预处理；除尘风机；TheapplicationofhighvoltageconverterindustremovingfanofPretreatmentAbstract:TherestructuringexampleonningbosteelLimitedcompany.Throughthetechnologyanalysisandexperimentalvalidationoffrequencyconversionrestructuringondustremovingfan,itisindicatedthatsignificantenergysavingeffectandbetterfunctionalperformanceofdevicesareobtainedaftertheuseofhighvoltageconvertersystem.Keywords:highvoltageconverter;converter;dustremovingfan;引言目前，我国能源利用效率为33%，与世界先进水平相差10多个百分点。产值能耗比世界平均水平高2倍多，是德国的10倍多，成为世界上产值能耗最高的国家之一，主要产品能耗比国外先进水平高40%，节能空间和潜力很大。提高电能使用效率不单是能缓解目前用电紧张状况，更能使企业降低电耗成本，最终能使企业综合成本降低。高压交流变频调速技术是90年代迅速发展起来的一种新型电力传动调速技术，主要用于交流电动机的变频调速，其技术和性能胜过其它任何一种调速方式（如：降压调速、变极调速、滑差调速、内反馈串级调速和液力耦合调速）。变频调速以其显著的节能效益，高精确的调速精度，宽范围的调速范围，完善的电力电子保护功能，以及易于实现的自动通信功能，得到了广大用户的认可和市场的确认，在运行的安全可靠、安装使用、维修维护等方面，也给使用者带来了极大的便利和快捷的服务，使之成为企业采用电机节能方式的首选。风机、水泵等采用变频调速是我国节能的一项重点推广技术，《中华人民共和国节约能源法》第39条已将变频调速列入通用节能技术加以推广。转炉炼钢厂是宁波钢铁公司下属的一个重要生产部门，其生产工艺过程中要消耗大力的电力成本。公司领导对节能降耗工作非常重视，我们在设备部、炼钢厂相关技术人员配合下对预处理除尘风机（1800KW）进行了现场调查，以下是调查后的情况：1、现场工况参数1.1、现场工况炼钢厂铁水预处理区域除尘风机配套电机额定容量：1800kW，额定电压：10kV，额定电流：126A，其电源引自10kV开关站Ⅰ段母线高压柜4HTP。脱硫除尘为间断性工况，当铁水不需预处理或仅有1座脱硫站处理时,电机可低速运行,１目前除尘风机采用液耦起动但没实现调速,由于液耦机械传动效率较低，调整范围受到的限制，调速范围在30～100％，调速灵活性较差，设备的维护工作量大。结合工况分析，除尘风机电动机负荷率为67％，设备有较大的节能空间，节能效果明显。根据现场工艺使用情况如下：现场除尘风机为2个脱硫站除尘用；每个脱硫站有电动阀门，脱硫站总工艺周期大约为25min，其中脱硫20分钟，扒渣时间5分钟；2个站同时工作的时间很少。1.2、现场技术数据电机参数电机型号YKK710-6W生产厂家佳木斯电机功率(KW)1800KW额定电压(KV)10KV实际电压(KV)10KV额定转（rpm）991rpm额定电流(A)126A运行电流(A)82A额定功率因数0.84实际功率因数另：一次除尘风机年运行小时数：减去定修时间一年运行8500h以上；结算电价：1元/kWh1.3、调速要求本工程在充分利用铁水预处理除尘风机电动机现有供电设施的基础上，为除尘风机电动机新增一套高压变频调速装置，改进铁水预处理的电气装备及生产自动化水平，提高除尘系统的稳定可靠性，达到高效节能、降耗、环保的目的。商议决定通过现场的电动阀门的限位来控制变频器调速：当2个电动阀门打开时，除尘风机为高速：930r/min，一个电动阀门打开为中速：750r/min，2个阀门关闭时为低速：350r/min。速度点风机运行状态对应频率所占比例1高速运转46Hz10%2中速运转37Hz60%3低速运转17Hz30%2、主体改造事项2.1、由于目前除尘风机设备使用液力耦合器调速方式，考虑到运行的稳定性，因此需拆除液力耦合器，将电机移位采用直接连接方式；（1）由于液力耦合器的基础要比现电机基础低350mm左右，故拟采用钢底座作为电机基础，其底座均布六个底脚螺栓，直径为46mm，并要求进行混凝土二次灌浆；（2）为保证设备投运后的安全，对电机移位后与风机直联的磨擦片接手需要重新定制。（3）六个底脚孔采用钻孔成型，底脚螺栓采用环氧树脂浇注固定工艺。2．工频/变频手动切换方案为一拖一手动旁路方案一拖一手动系统成套设计方案如下：方案：此方案是手动旁路的典型方案。原理是由3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3和高压开关QF、电动机M组成（见左图）。要求QS2和QS3之间存在机械互锁逻辑，不能同时闭M3~QS2QS1~QS3~UQF２合。变频运行时，QS3断开，QS1和QS2闭合；工频运行时，QS1和QS2断开，QS3闭合。高压开关QF、电动机M为现场原有设备。2.2、控制系统方案变频系统和现场DCS监控操作系统进行通讯连接，从现场DCS监控操作系统上发出变频器的启动、停机等信号。变频器反馈以下信号接入到现场监控操作系统上：(1)报警及故障信息：重故障报警、轻故障报警；(2)调速装置的状态信息：待机状态、正常运行状态、故障状态、系统旁路状态；（3）电机电流、转速、电压等。以下为变频器与现场DCS监控操作系统系统具体接口：1）．变频器需要提供的开关量输出6路：(1)变频器待机状态指示：表示变频器已待命，具备启动条件。(2)变频器运行状态指示：表示变频器正在运行。(3)变频器控制状态指示：节点闭合表示变频器控制权为现场远程控制；节点断开表示变频器控制权为本地变频器控制。(4)变频器轻故障指示：表示变频器产生报警信号。(5)变频器重故障指示：表示变频器发生重故障，立即关断输出切断高压。(6)电机在工频旁路：表示风机电动机处于工频旁路状态。以上所有数字量采用无源接点输出，定义为接点闭合时有效。除特别注明外，接点容量均为AC220V、3A/DC24V，1A。2）．变频器需要提供的模拟量2路：(1)变频器输出转速(2)变频器电机电流变频器提供2路4～20mADC的电流源输出（变频器供电），带负载能力均为250Ω。3）．需要提供给变频器的模拟量1路：变频器转速给定值现场提供1路4～20mADC二线制电流源输出，带载能力必须大于250Ω，4～20mADC对应转速低高限，须呈线性关系。4）．需要提供给变频器的开关量有5路：(1)启动指令：干接点，3秒脉冲闭合时有效，变频器开始运行。(2)停机指令：干接点，3秒脉冲闭合时有效，变频器正常停机。(3)速度1：干接点，3秒脉冲闭合时有效，变频器运行到速度点1。(4)速度2：干接点，3秒脉冲闭合时有效，变频器运行到速度点2。(5)速度3：干接点，3秒脉冲闭合时有效，变频器运行到速度点3。3、节能效果预测3.1、变频器改造前除尘风机消耗电量根据上面运行参数，可得：除尘风机年消耗电量W=1.732*U*I*COS¢*H=1.732*10KV*82A*0.84*8500h３=1193*8500h=10140513KWh耗电量为：10140513KWh*1=10140513元3.2、变频改造后除尘风机耗电量除尘风机变频改造后，根据工程上的经验公式，进行耗电量计算。除尘风机高速时转速为930r/min；W高速=P*(N2/N1)*10%*8500=1193*（930/990）*10%*8500=992701KWhW中速=P*(N3/N1)*60%*8500=1193*（750/990）*60%*8500=4803394KWhW低速=P*(N4/N1)*30%*8500=1193*（350/950）*30%*8500=1120792全年耗电量为：W高速+W中速+W低速=6916887元预测全年节能量：10140513元-6916887元≈300万元4、实际节能运行数据根据现场实际使用详细情况如下：负载类型预处理除尘风机电机功率1800KW运行情况工频条件运行变频条件运行启运时间2009年1月至12月2010年3月至2011年3月总耗电量（KWh）114000008600000电价以1元/KWh计算，每年节省电费为：（1）除尘风机节省电费：11400000-8600000=2800000总计：每年节电费用为280万元。除了明显的节电，采用变频器还有以下优点：（1）高压变频器优良的软启动/停止功能（可以零转速启动），启动过程最大电流小于额定电流，大大减小了启动冲击电流对电动机合电网的冲击，有效减小了电机故障，从而大大延长了电机的检修周期合使用寿命，同时还可有效避免冲击负荷对电网的不利影响；（2）变频改造后，原调节风门全开，大大减少其磨损，延长了风门使用寿命，降低检修维护费用；（3）变频改造后，原液力耦合器取消，节省了液力耦合器的维护费用；（4）高压变频器特有的平滑调节减少了风机以及电机的机械磨损，同时降低了轴承、轴瓦的温度，有效减少了检修费用，延长了设备的使用寿命。４（5）便于实现除尘控制系统自动化。除尘系统的风量经常需要根据工艺的要求变化，在过去采用挡板调节时，由于执行机构的磨损和阀门特性的变化，往往难以对风量进行精确控制。而变频调速方式则始终保持高精度的调节（0.1～0.01Hz），为实现除尘控制系统的自动化提供了优越的条件。5、结论目前高压变频器已经在许多电厂、水泥厂、化工厂、金属冶炼厂的风机和水泵中得到实际应用，并取得良好的运行效果和节能效益。作为大型用电单位，钢铁冶炼厂中包含着大量能应用变频调速技术的设备，比如鼓风机、引风机、除尘风机、冷却泵、清洗泵等等。因此，将高压变频调速技术应用于钢铁等金属冶炼领域，对于节约能源、降低成本、提高自动化控制水平，具有十分重要的意义。参考文献[1]《宁波钢铁炼钢厂关于预处理除尘风机变频调速改造节能分析报告》[2]《北京李德华福有限公司关于脱硫高压变频器改造可行性方案》