阿钢炼钢厂电炉除尘风机变频调速装置的应用
2007/11/6 9:18:00
一、阿钢公司介绍
阿钢是西林钢铁集团有限公司控股的子公司，位于距省城哈尔滨东南22公里的阿城市。企业按照总体规划，以轻轨和矿用钢等系列产品为主导，开发研制出XY30高性能超低温新钢种，成为铁道部重点推广产品已投入青藏线使用。
目前阿钢炼钢厂拥有国内先进的60 吨超高功率直流电弧炉2座，75吨LF钢包精炼炉2座，年可生产80万吨钢。图1为公司的生产工艺流程图。
图1：钢铁行业生产工艺流程图
二、改造原因
炼钢厂电炉除尘系统自2004年10月投入运行以来，用电消耗很大，仅2005年全年用电2172万度，全年电费1136万元，吨钢除尘电耗57度，吨钢除尘费用30元。针对电炉除尘风机耗电大的现状，设备工程部电气技术人员研究多种节电途径，具体尝试了以下几种办法：
1．随电炉负荷变化来调节风机风门，控制风机电流节电。但是现有除尘系统风门在半开状态时，管阻很大，风机及其管路喘振现象严重，以此办法调节，对风机传动部位磨损大，会损坏风机轴承的部件，不利于除尘系统安全运行。所以风门在半开状态时系统无法长期运行。
2．现阶段风机风门只能在全关或全开两种状态运行。在电炉停炉一小时以上时，将风机风门全关闭，此时电机电流降为额定电流的50%，有明显节电效果，但是风门从全开到全关闭方式切换的瞬间，风机、管路及厂房振动相当大，担心影响厂房框架结构及其基础牢固，不利于长期采用。
3．在电炉负荷不大时，特别是夜间将两台二次除尘小风机停电进行节能，这样每天节电6000度，但是环保方面能否达到标准是值得考虑的，不是解决问题的长久之计。
鉴于上述情况，设备工程部积极研究科学的节电办法应对电炉除尘风机节电技术，在此期间通过查找相关资料，认为采用高压变频调速技术根据电炉冶炼各工艺各阶段烟尘量变化来调整电机运行转速，从而达到节电目的是切实可行的。经过论证，公司批准在两台电炉一次除尘风机的1000kW/6kV电机上安装高压变频调速装置。
三、变频调速的原理
根据异步电动机转速公式：n＝60f(1-s)/p，可以看出，转差率s变化不大，可视为恒定，电机极对数p一旦电机制造完成也是常数，所以电机转速n与电源频率f是成正比的。只要改变频率f，即可改变电机转速，当频率f在0－50Hz之间变化时，电机转速调节范围是非常宽的。根据流体力学流量与风机转速的关系可知，电机功率P与转速n的立方成正比，随着转速的降低，电机功率以转速的三次方关系递减。因此随着电机转速的降低，电机消耗的电能下降幅度很大。可见，使用高压变频器对电炉一次除尘风机调速的节电效果将非常显著。
四、炼钢厂电炉除尘工艺及设备参数介绍：
1．炼钢厂共有两台直流电弧炉，电炉冶炼时周期性供电吹氧，为满足节能和环保要求，要求两台电炉的一次风机在整个冶炼周期内变速运行，供电吹氧时高速运行，不吹氧时低速运行。正常情况下，电炉每90分钟生产一炉钢，每炉钢生产周期可划分下列步骤：①加废钢铁水5分钟，②供电及吹氧60分钟，③等样、出钢、堵出钢口25分钟。其中①③时间段内烟尘较少，一次风机可以低速运行，频率控制在10--20Hz，在②时间段内烟尘较大，风机高速运行，频率控制在40-45Hz。
图2：电炉炼钢生产工艺流程图
2．除尘风机及配套电机的参数表：
五、电炉除尘风机变频调速系统控制方案
1．高压变频器直接与电机连接，变频拖动方式为一拖一，设有工频旁路。由变频运行方式转换到工频运行方式时，采用手动切换，电动机可不通过高压变频器而经过旁路直接启动。
2．风机调速与电炉取样出钢联锁，设置高低速两档运行，实现手动/自动调速切换功能。操作台设置“手动/自动”调速切换开关和“速度种类”转换开关，平时可根据生产情况，高压变频器自动实现高、低速运行，如因生产需要可改为手动来实现调速运行的目的。
3．高压变频器具有远程和本机控制功能。本机控制时通过高压变频器控制柜上触摸屏可就地人工启动、停止高压变频器，可以调整电机转速、频率。远程控制放在炉前控制室，设有操作台和上位机，由配电工操作控制。通过上位机配电工可以随时了解设备的运行情况，通过操作台可实现对高压变频器进行简单的远方操作。配电工可以根据工况自由选定高压变频器“手动/自动”调速运行。
六、项目实施过程
2006年4月27日通过公司组织的招标方式最后选购了北京利德华福电气技术有限公司生产的高压变频器，产品型号：HARSVERT－A06/130，高压变频器于6月25日到货开始安装，8月9日正式调试，8月10日投入运行至今。
七、项目实施后效果：
1．节电效果：
由于2006年8月对炼钢厂除尘风机安装了高压变频调速装置，使得电炉除尘风机用电量明显降低，2006年1－7月没上高压变频器之前，炼钢除尘风机平均每月用电1839574度，吨钢除尘电耗47.80度。安装高压变频器之后，2006年8－12月，炼钢除尘风机平均每月用电1360836度，吨钢除尘电耗32.28度。可见由于对炼钢除尘一次风机安装高压变频器，每月节约电量478738度，月节约电费253731元，吨钢除尘电耗下降15.52度。到2007年2月10日，高压变频器投入运行6个月，已经节电152.24万元，每年可创造经济效益300万元以上。
2．间接效益评价：
（1）高压变频器在工频以下连续改变电源频率实现电机软启动，启动比较平滑，减小启动电流对电机、轴承、风机的冲击，延长设备寿命。
（2）由于高压变频器能根据冶炼工艺各个阶段控制风机引风量，减小电炉热量损失，间接节约能源。
（3）电机振动因转速降低而减小，降低风机运行噪声，改善设备运行环境。
（4）高压变频器为高-高电压源型单元串联多电平结构，功率因数可高达0.95，同时也降低电网侧的谐波污染。
八、总结
结合钢铁行业生产工艺流程图可看出，在各个生产流程中，高压电机应用变频改造同样能起到节能减排的显著效果。诸如：焦化、烧结、炼铁高炉、炼钢电炉、精练炉中的除尘风机、通风机、煤气鼓风机、供水泵等。
阿钢炼钢厂电炉除尘风机进行变频调速改造后，大幅度降低了除尘风机用电消耗，平均节电率达到26％，降低了电炉冶炼成本，同时也减少了对环境的污染，给公司生产经营带来了巨大综合效益。
参考文献
[1].高压变频调速系统HARSVERT-A系列技术手册 北京利德华福电气技术有限公司
[2].高压变频器应用资料汇编－冶金行业 北京利德华福电气技术有限公司
阿钢是西林钢铁集团有限公司控股的子公司，位于距省城哈尔滨东南22公里的阿城市。企业按照总体规划，以轻轨和矿用钢等系列产品为主导，开发研制出XY30高性能超低温新钢种，成为铁道部重点推广产品已投入青藏线使用。
目前阿钢炼钢厂拥有国内先进的60 吨超高功率直流电弧炉2座，75吨LF钢包精炼炉2座，年可生产80万吨钢。图1为公司的生产工艺流程图。
图1：钢铁行业生产工艺流程图
二、改造原因
炼钢厂电炉除尘系统自2004年10月投入运行以来，用电消耗很大，仅2005年全年用电2172万度，全年电费1136万元，吨钢除尘电耗57度，吨钢除尘费用30元。针对电炉除尘风机耗电大的现状，设备工程部电气技术人员研究多种节电途径，具体尝试了以下几种办法：
1．随电炉负荷变化来调节风机风门，控制风机电流节电。但是现有除尘系统风门在半开状态时，管阻很大，风机及其管路喘振现象严重，以此办法调节，对风机传动部位磨损大，会损坏风机轴承的部件，不利于除尘系统安全运行。所以风门在半开状态时系统无法长期运行。
2．现阶段风机风门只能在全关或全开两种状态运行。在电炉停炉一小时以上时，将风机风门全关闭，此时电机电流降为额定电流的50%，有明显节电效果，但是风门从全开到全关闭方式切换的瞬间，风机、管路及厂房振动相当大，担心影响厂房框架结构及其基础牢固，不利于长期采用。
3．在电炉负荷不大时，特别是夜间将两台二次除尘小风机停电进行节能，这样每天节电6000度，但是环保方面能否达到标准是值得考虑的，不是解决问题的长久之计。
鉴于上述情况，设备工程部积极研究科学的节电办法应对电炉除尘风机节电技术，在此期间通过查找相关资料，认为采用高压变频调速技术根据电炉冶炼各工艺各阶段烟尘量变化来调整电机运行转速，从而达到节电目的是切实可行的。经过论证，公司批准在两台电炉一次除尘风机的1000kW/6kV电机上安装高压变频调速装置。
三、变频调速的原理
根据异步电动机转速公式：n＝60f(1-s)/p，可以看出，转差率s变化不大，可视为恒定，电机极对数p一旦电机制造完成也是常数，所以电机转速n与电源频率f是成正比的。只要改变频率f，即可改变电机转速，当频率f在0－50Hz之间变化时，电机转速调节范围是非常宽的。根据流体力学流量与风机转速的关系可知，电机功率P与转速n的立方成正比，随着转速的降低，电机功率以转速的三次方关系递减。因此随着电机转速的降低，电机消耗的电能下降幅度很大。可见，使用高压变频器对电炉一次除尘风机调速的节电效果将非常显著。
四、炼钢厂电炉除尘工艺及设备参数介绍：
1．炼钢厂共有两台直流电弧炉，电炉冶炼时周期性供电吹氧，为满足节能和环保要求，要求两台电炉的一次风机在整个冶炼周期内变速运行，供电吹氧时高速运行，不吹氧时低速运行。正常情况下，电炉每90分钟生产一炉钢，每炉钢生产周期可划分下列步骤：①加废钢铁水5分钟，②供电及吹氧60分钟，③等样、出钢、堵出钢口25分钟。其中①③时间段内烟尘较少，一次风机可以低速运行，频率控制在10--20Hz，在②时间段内烟尘较大，风机高速运行，频率控制在40-45Hz。
图2：电炉炼钢生产工艺流程图
2．除尘风机及配套电机的参数表：
五、电炉除尘风机变频调速系统控制方案
1．高压变频器直接与电机连接，变频拖动方式为一拖一，设有工频旁路。由变频运行方式转换到工频运行方式时，采用手动切换，电动机可不通过高压变频器而经过旁路直接启动。
2．风机调速与电炉取样出钢联锁，设置高低速两档运行，实现手动/自动调速切换功能。操作台设置“手动/自动”调速切换开关和“速度种类”转换开关，平时可根据生产情况，高压变频器自动实现高、低速运行，如因生产需要可改为手动来实现调速运行的目的。
3．高压变频器具有远程和本机控制功能。本机控制时通过高压变频器控制柜上触摸屏可就地人工启动、停止高压变频器，可以调整电机转速、频率。远程控制放在炉前控制室，设有操作台和上位机，由配电工操作控制。通过上位机配电工可以随时了解设备的运行情况，通过操作台可实现对高压变频器进行简单的远方操作。配电工可以根据工况自由选定高压变频器“手动/自动”调速运行。
六、项目实施过程
2006年4月27日通过公司组织的招标方式最后选购了北京利德华福电气技术有限公司生产的高压变频器，产品型号：HARSVERT－A06/130，高压变频器于6月25日到货开始安装，8月9日正式调试，8月10日投入运行至今。
七、项目实施后效果：
1．节电效果：
由于2006年8月对炼钢厂除尘风机安装了高压变频调速装置，使得电炉除尘风机用电量明显降低，2006年1－7月没上高压变频器之前，炼钢除尘风机平均每月用电1839574度，吨钢除尘电耗47.80度。安装高压变频器之后，2006年8－12月，炼钢除尘风机平均每月用电1360836度，吨钢除尘电耗32.28度。可见由于对炼钢除尘一次风机安装高压变频器，每月节约电量478738度，月节约电费253731元，吨钢除尘电耗下降15.52度。到2007年2月10日，高压变频器投入运行6个月，已经节电152.24万元，每年可创造经济效益300万元以上。
2．间接效益评价：
（1）高压变频器在工频以下连续改变电源频率实现电机软启动，启动比较平滑，减小启动电流对电机、轴承、风机的冲击，延长设备寿命。
（2）由于高压变频器能根据冶炼工艺各个阶段控制风机引风量，减小电炉热量损失，间接节约能源。
（3）电机振动因转速降低而减小，降低风机运行噪声，改善设备运行环境。
（4）高压变频器为高-高电压源型单元串联多电平结构，功率因数可高达0.95，同时也降低电网侧的谐波污染。
八、总结
结合钢铁行业生产工艺流程图可看出，在各个生产流程中，高压电机应用变频改造同样能起到节能减排的显著效果。诸如：焦化、烧结、炼铁高炉、炼钢电炉、精练炉中的除尘风机、通风机、煤气鼓风机、供水泵等。
阿钢炼钢厂电炉除尘风机进行变频调速改造后，大幅度降低了除尘风机用电消耗，平均节电率达到26％，降低了电炉冶炼成本，同时也减少了对环境的污染，给公司生产经营带来了巨大综合效益。
参考文献
[1].高压变频调速系统HARSVERT-A系列技术手册 北京利德华福电气技术有限公司
[2].高压变频器应用资料汇编－冶金行业 北京利德华福电气技术有限公司
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