AS800高压变频器在钢铁行业的运用

上海辛格林纳新时达电机有限公司

高压变频器在转炉除尘风机中的应用

摘要：介绍了上海辛格林纳新时达电机有限公司在河北唐山迁安鑫达钢铁有限公

司炼钢厂转炉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。 引言

近年来，随着经济发展、技术进步、人们认识水平的提高，国家对环境保护和能源节约越来越重视。钢铁厂属于大型耗能单位和主要的污染物排放单位，因此对钢铁厂进行技术改造，降低其能耗和污染排放具有重要的意义。

炼钢厂在冶炼过程中，高温铁水会同空气发生剧烈的化学反应，产生大量的烟气。这种烟气一方面会污染环境，另一方面会对现场工人造成伤害。为了降低污染，改善工作环境，需要给炼钢厂的冶炼炉添加除尘设备，目前常采用除尘风机。

1 除尘风机工艺

炼钢厂在冶炼过程中，每个冶炼周期可分为不同时间段，不同时间段内，除尘风机工作情况也会有区别。以河北唐山迁安鑫达钢铁有限公司炼钢厂转炉除尘风机运行情况为例进行说明。该转炉一次除尘系统有两套除尘风机，其中一套作为备用；二次除尘系统有一套除尘风机。该转炉吹炼工艺如下图：

其中：

A到B为兑铁加废钢时间，约2分钟； B到C为风机升速时间，约30秒，可调； C到D为吹氧时间，约15分钟； D点风机开始减速，约30秒，可调； D到E为倒炉测温取样时间，约2分钟； E到F为出钢时间，约2分钟； F到G为溅渣时间，约3分钟；

整个吹炼工艺周期约25分钟，其中高速时间（C到D）15分钟。

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图1 转炉吹炼工艺周期图

在吹氧过程中有较高的除尘要求，需要除尘风机进行高速运转。而在兑铁加废钢、倒炉测温取样、出钢、溅渣过程，对除尘要求较低，除尘风机低速运行即可满足要求。根据实际测量，除尘风机升速和减速时间可并入低速运行时间进行计算，对结果影响较小。

2 变频改造方案

2．1 系统参数

河北唐山迁安鑫达钢铁有限公司于2011年对炼钢厂除尘风机进行了变频改造，系统参数如下： 电机型号 额定电流 额定功率因数 调节方式 实际工作电流 制造厂

YKK500－2 额定电压 10KV 51．9A 额定功率 800KW 0．87 额定转速 2985rpm 不调 接线方式 Y 30～32A 实际功率因数 0．82 江苏锡安达防爆电机股份有限公司

表1 一次除尘铭牌风机参数及运行参数

YKK500－6 额定电压 10KV 45．2A 额定功率 630KW 0．856 额定转速 994rpm Y 调节方式 不调 40～45A 实际功率因数 0．83 表2 二次除尘风机铭牌参数及运行参数

电机型号 额定电流 额定功率因数 接线方式 实际工作电流

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另：一次除尘风机年运行小时数：7500h； 二次除尘风机年运行小时数：5000h；

结算电价：0.5元/kWh

进行变频改造前，除尘系统主要采用液力耦合器调节除尘风机运行速度，存在着控制精度差、调速范围窄、效率低、损耗大等缺点。

2．2 调速要求

本次转炉除尘风机变频改造采用上海辛格林纳新时达电机有限公司生产的两套高压变频设备，分别是：配备给一次除尘风机的AS800-0800-T10-PA和配备给二次除尘风机的AS800-0630-T10-PA各一套。

除尘风机有两个主要工作状态，相应的，变频器预设两个速度点，速度点1对应除尘风机高速运转状态，速度点2对应除尘风机低速运转状态。经过现场测算，对于一次除尘风机：当输入频率为40Hz时，可保证除尘风机处于高速运转状态；当输入频率为25Hz时，可保证除尘风机处于低速运转状态。对于二次除尘风机：当输入频率为45Hz时，可保证除尘风机处于高速运转状态；当输入频率为25Hz时，可保证除尘风机处于低速运转状态。在每个吹炼工艺周期中，除尘风机工作在高速状态所占比例为：15/25＝60％；除尘风机工作在低速状态所占比例为：1－60％＝40％。同时，由于一次风机和二次风机作用不同，他们实际运行的工作状态也有差别。具体如下表：

速度点 1 2 1 2

风机类型 风机运行状态 对应频率 一次风机 高速运转 40Hz 一次风机 低速运转 25Hz 二次风机 高速运转 45Hz 二次风机 低速运转 25Hz

表3 除尘风机运行状态图

所占比例 60% 40% 60% 40%

同时，变频器还提供优良的人机界面。工作人员可以根据现场情况，通过该人机界面修改相关参数，及时调整除尘风机的运行状态，保证除尘效果。

2．3 系统配置及现场照片

根据现场工况及电机技术参数，我公司经实地考察为本现场配备AS800

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系列高压变频器2台，型号分别为：AS800-0800-T10-PA*1，AS800-0630-T10-PA *1 并分别配备一拖一自动旁路系统，实现变频器故障时自动旁路掉变频器系统，切换到工频运行，保证生产的安全连续性。

图2一拖一自动旁路柜

一拖一自动旁路系统主要由KM1、KM2、KM3三个真空接触器组成。KM2

与KM3带机械互锁功能，不能同时闭合，以保护变频器。

Ø 变频状态时：KM1与KM2闭合、KM3断开，负载变频状态下运行； Ø 工频状态时：KM1与KM2断开、KM3闭合，负载工频状态下运行。

图3现场照片

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图4现场设备照片

3 节能效果

3．1 变频改造前除尘风机耗电量

根据表1～4中的运行参数，可得： （1）一次除尘风机年耗电量

W前1＝1.732×U×I×cosϕ×H

＝1.732×10KV×32A×0.82×7500h＝455×7500KWh3412500KWh ＝

（2）二次除尘风机年耗电量

W前2＝1.732×U×I×cosϕ×H

＝1.732×10KV×43A×0.83×5000h＝618×5000＝3090000KWh

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。

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（1）一次除尘风机变频改造后年耗电量

根据现场测算，除尘风机运行在40Hz频率下时，转速为2450rpm。

W11=P10×(N2/N1)×60%×7500=455×(2450/2985)×60%×7500=374×60%×7500=1680528KWh W12=Pe1×(25/50)3×40%×7500=800×(25/50)3×40%×7500=100×40%×7500=300000KWh W后1＝W11+W12=1980528KWh

取变频器的效率为η

=0.96

W后1′＝W后1/η＝2063050KWh

（2）二次除尘风机变频改造后年耗电量

根据现场测算，除尘风机运行在45Hz频率下时，转速为900rpm。

W21=P02×(900/995)×60%×5000=618×(900/995)×60%×5000=559×60%×5000=1677000KWh W22=P02×(25/50)3×40%×5000=630×(25/50)3×40%×5000=157500KWh W后2＝W21＋W22=1834500KWh

取变频器的效率为η

=0.96

W后2′＝W后2/η＝1910938KWh

3．3 节能效果

一次除尘风机节能：

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∆W1=W前1－W后1＝3412500−2063050＝1346450KWh F1=∆W1×0.5≈67万元

二次除尘风机节能：

∆W2=W前2－W后2′＝1179062KWh F2=∆W2×0.5≈59万元

以上计算是基于一次除尘风机每天运行24小时，二次除尘风机每天运行16小时的情况的，两台除尘风机变频改造一年节约的电费大约为126万元。另外，此节能计算为初步理论计算，所用数据也为平均值，当该转炉生产情况变化时，变频节能效果也会不同。实际变频改造节能情况与计算值存在一定偏差。

3．4 现场节能运行数据

高压变频器在现场系统相通工况下，做了电机在工频条件和变频条件下耗电量对比试验。详细情况如下：

高压变频器型号 AS800-0800-T10-PA 负载类型 一次除尘风机

电机功率 运行情况 启运时间 启运时间计量电表读数 终止时间 终止时间计量电

表读数 总耗电量（KWh） 平均每小时耗电

量 每小时节电量（KWh） 节电率

2011/4/20 12：15 1431.3 2011/4/20 18：15 1432.2 0.9×4000＝

3600 3600/6＝600

800KW

工频条件运行

变频条件运行 2011/4/21 10：27 1418.1 2011/4/21 16：27 1418.8 0.7×4000＝

2800 2800/6＝437

2011/4/24 12：15 473.1 2011/4/24 18：15 475 1.9×2000＝

3800 3800/6＝634

AS800-0630-T10-PA

二次除尘风机

630KW

工频条件运行

变频条件运行 2011/4/23 10：27 454.8 2011/4/23 16：27 456.1 1.3×2000＝

2600 2600/6＝434

600－437＝163 163/600＝27.2％

634－434＝200 200/634＝31.5％

电价以0.5元/KWh计算，每年节省电费为：

（1） 一次除尘风机节省电费：163×7500×0.5＝61.125万元

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（2） 二次除尘风机节省电费：200×5000×0.5＝50万元 总计：每年节电费用为111.125万元。

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。

（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。

4 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。