高压变频器在高炉除尘的应用及节电效果

【摘要】本文结合高炉除尘风机的生产工艺，综述了高压变频器的性能特点及系统原理，同时详细说明了整体方案，介绍了变频器的节电效果。

　　【关键词】高压变频器 节能降耗

　　一、引言

　　小型高炉一般有一个出铁场，该出铁场设有一个出铁场除尘系统，除尘系统主要用于当高炉出铁时，由于高炉炮泥潮湿或高温的铁水会同空气发生剧烈的化学反应会产生大量的烟气，这些烟气一方面对现场操作的工人的健康很不利，另一方面也对环境造成了巨大的污染，这些烟气主要产生在高炉的出铁口和出铁包位上方。高炉出铁口的烟气由于高炉炉内压力大，正常生产时的热风压力一般在260KPa，因此当出铁时烟气往外喷的较远，原先设计在高炉出铁口两侧的吸风罩吸收的烟气量非常有限，且效果不明显，造成大量的烟气直接上升到了出铁场的屋顶，并从屋顶往外蔓延，严重影响环境。由于我公司原先设计的出铁场除尘器的风量偏小，因此整个出铁场的除尘效果不是很明显，且原先的除尘器是通过液力耦合器来调节速度的，节能效果不是很明显。所以需对出铁场系统的除尘系统进行改造，增加对出铁场屋顶的烟气的收集，防止烟气向外漫延，同时提高出铁场内部的工作环境，并达到节能的效果。

　　近几年随着国内高压变频器技术的进步，变频器的性价比和稳定性有很大幅度的提升，因此对新增加的除尘系统采用变频器控制，从而达到有效的节能的目的。

　　由于我公司有3座高炉，改造方案中这3座高炉共用一套出铁场除尘系统，因此对变频器要求能够在多个频率范围内连续调速，从而满足生产的要求。

　　二、高炉除尘风机及主电机参数介绍

　　1.出铁场除尘风机设计风量：180万m3/h；

　　2.除尘风机主电机的技术参数如下：

　　电机型号： YPTKK800-6

　　额定功率：2400kW

　　额定电压：10000V

　　额定电流：169A

　　功率因数：0.84

　　三、高压变频调速系统改造方案：

　　（1）变频器采用SH-HVF系列高压变频器，该变频器具有下述特点：

　　1、 采用高-高方式：输入采用移相变压器，单元串联方式直接高压输出；

　　2、 风冷设计：独特的风道设计，在室温时，设备能可靠运行。采用顶部散热方式，维护方便。

　　3、 模块化设计：单元采用模块化设计，单元可任意互换，单元拆装方便，只需装卸5个螺丝。

　　4、 友好的人机界面：人机接口采用触摸屏，全中文界面。所有的操作均通过按钮或DCS接口输入，最大限度避免触摸屏的误操作，报警实时记录，并能对报警准确定位和历史记录存储。

　　5、 可靠的设计：单元与控制部分的通讯采用光纤；单元具有热备设计；外围的控制部件采用PLC；主回路采用全进口部件，IGBT采用EUPEC产品，整流桥采用XYS产品，滤波电容采用CDE产品，所有主回路器件额定运行参数〉实际运行的2倍选购，变压器按电机额定功率的1.2-1.5倍容量配置，配置底部散热风机和顶部散热风机；

　　6、 灵活的用户接口：接口方式可采用硬接线方式也可采用通讯方式。接口状态信息除系统设定外，提供由用户定义的输出接口（用户只需在人机界面进行设定对应的I/O输出的内容即可）；

　　7、 高效率，高功率因素：整机效率〉=98%，功率因素〉=95%；

　　8、 低滤波：输出每相6单元串联时，采用每相36脉冲整流，高频载波比使得输出谐波空载时<4%，负载时<2%；

　　9、 宽电压输入范围：输入电压在85%-115%，频率在45-55Hz波动范围内设备均能正常工作；

　　10、 小的dv/dt:由于采用单元串联输出方式，dv/dt小，延长了IGBT的寿命，降低了整个设备的绝缘要求；

　　11、 特有的单元旁路技术：采用接触器机械式旁路执行机构，以独立的旁路控制板控制和独立的供电电源供电，确保单元故障时能够可靠被旁路，避免了因功率单元失电后旁路不能正常工作的情形；

　　12、 线电压的自动均衡技术：当某相的某个单元故障被旁路时，为确保变频器输出电压等级及功率要求，并不遂意切除故障单元同一位置的单元，此情况下三相相电压将不平衡，但对电机驱动，只需要各线电压平衡。为保证整个变频器输出线电压平衡，SH-HVF高压变频器采用特有的线电压控制方式，最大 限度地满足现场运行工况；

　　13、 控制回路双电源切换：一路来自用户供给控制电源，另一路来自高压输入隔离变压器，双回路自动切换保证在控制电源掉电后，设备无影响；

　　14、 特有的过电压保护技术：设计中充分考虑操作过电压和雷电过电压对设备的影响，在主回路和控制回路针对不同的过电压采用不同的处理措施，提高设备的可靠性；

　　（2）系统结构特点

　　该改造除尘系统采用高压进线柜+隔离柜（刀闸柜）+移相变压器+变频器+电机的组合方式，变频器带电机可在变频器的操作屏及后台计算机两个地方控制，通过变频器操作屏上的就地/远程开关来进行切换，同时在两个地方都能在设备出现故障时进行急停操作，保护设备的安全。变频器不同频率范围的调节通过三座高炉出铁时在泥炮室给出的出铁信号，通过后台PLC 给变频器的接收模板一个模拟量频率设定信号，使变频器自动将变频器调节到所需的频率，从而实现了风机节能的目的。

　　（3）根据现场的除尘效果，经过一个多月的跟踪分析，当一个高炉出铁时，由于管路等原因，变频器工作在30Hz时，效果较好，当有两个高炉出铁时，变频器工作在40Hz 时效果较好，当有三个高炉出铁时，变频器工作在47Hz时效果较好，当三个高炉都不出铁时，将变频器的频率设定在10Hz运行。

　　（4）节能效果分析

　　不使用变频器时电机电流为160A，功率因素为0.8，使用变频器后，当在47Hz运行时电流为110A，功率因素为0.95，当在40Hz 运行时，电流为90A，功率因素为0.95，当在30Hz 运行时，电流为72A ，功率因素为0.95，当在10Hz 运行时，电流为30A，功率因素为0.95。一天中在10HZ的运行时间约为2小时，在30Hz 运行的时间约为5小时，在40Hz运行的时间约为8小时，在47Hz运行的时间约为9小时，在各种情况下的电耗计算：

　　24小时工频时的电耗:q=1.732*10*160*0.8*24=53207KWh

　　24小时变频的电耗：Q1=1.732*10*110*0.95*9=16289 KWh

　　Q2=1.732*10*90*0.95*8=11846 KWh

　　Q3=1.732*10*72*0.95*5=5882 KWh

　　Q4=1.732*10*30*0.95*2=987 KWh

　　Q5=Q1+Q2+Q3+Q4=16289+11846+5882+987=20404 KWh

　　工频比变频每天多耗电为q-Q5=53207-20404=32803 KWh

　　仍以年运行时间7920小时（约330天）、电价0.5元/度计算，除尘风机上高压变频器后较工频运行，每年可节约电量1082.499万度，每年节约电费为541万元。

　　同时还产生了其他效果：

　　1）限制启动电流，减少启动的峰值功率损耗；

　　2）改善电网功率因数，变频器可使系统的功率因数保持在0.95%以上；

　　3）消除了电机因启动、停止对机械的冲击，延长使用寿命，减少维修；

　　4）可使电动机与风机直接相连接，减少传动环节的费用；

　　5）电机和风机运转速度下降，润滑条件改善，传动装置的故障下降；

　　四、结束语：

　　综合看来,高压变频调速系统的投入，对提高电能的使用效率，降低生产成本，保证除尘风机的安全运行以及生产工作自动化程度的提高有着积极、重要的作用。