摘要：介紹了湖北三環發展股份有限公司在駐馬店南方鋼鐵工業公司煉鋼廠轉爐除塵風機的改造實例。通過對除塵風機變頻改造的技術分析和試驗驗證，表明使用高壓變頻系統后節能效果明顯，對設備的運行工況也有較大改善。

關鍵詞：高壓變頻器；轉爐；除塵風機；

The application of high voltage converter in dust removing fan of converter

Abstract: The restructuring example on Zhumadian South Steel Industry Corporation by Hubei Sanhuan Development Co. Ltd is mentioned. Through the technology analysis and experimental validation of frequency conversion restructuring on dust removing fan, it is indicated that significant energy saving effect and better functional performance of devices are obtained after the use of high voltage converter system.

Key words: high voltage converter; converter; dust removing fan;

引言

近年來，隨著經濟發展、技術進步、人們認識水平的提高，國家對環境保護和能源節約越來越重視。工廠屬于大型耗能單位和主要的污染物排放單位，因此對工廠進行技術改造，降低其能耗和污染排放具有重要的意義。

以鋼鐵行業為例，2006年鋼鐵行業用電量占全國發電量得比例超過了10％，并且2007年第一季度用電量相比2006年增長了29﹒01％。因而針對鋼鐵行業的節能改造非常重要。

煉鋼廠在冶煉過程中，高溫鐵水會同空氣發生劇烈的化學反應，產生大量的煙氣。這種煙氣一方面會污染環境，另一方面會對現場工人造成傷害。為了降低污染，改善工作環境，需要給煉鋼廠的冶煉爐添加除塵設備，目前常采用除塵風機。

1  除塵風機工藝

煉鋼廠在冶煉過程中，每個冶煉周期可分為不同時間段，不同時間段內，除塵風機工作情況也會有區別。以駐馬店南方鋼鐵工業公司煉鋼廠轉爐除塵風機運行情況為例進行說明。該轉爐一次除塵系統有兩套除塵風機，其中一套作為備用；二次除塵系統有一套除塵風機。該轉爐吹煉工藝如下圖：

其中：

A到B為兌鐵加廢鋼時間，約2分鐘；

B到C為風機升速時間，約30秒，可調；

C到D為吹氧時間，約15分鐘；

D點風機開始減速，約30秒，可調；

D到E為倒爐測溫取樣時間，約2分鐘；

E到F為出鋼時間，約2分鐘；

F到G為濺渣時間，約3分鐘；

整個吹煉工藝周期約25分鐘，其中高速時間（C到D）15分鐘。

                   圖1  轉爐吹煉工藝周期圖

在吹氧過程中有較高的除塵要求，需要除塵風機進行高速運轉。而在兌鐵加廢鋼、倒爐測溫取樣、出鋼、濺渣過程，對除塵要求較低，除塵風機低速運行即可滿足要求。根據實際測量，除塵風機升速和減速時間可并入低速運行時間進行計算，對結果影響較小。

2      變頻改造方案

2．1  系統參數

駐馬店南方鋼鐵工業公司于2006年底對煉鋼廠除塵風機進行了變頻改造，系統參數如下：

表1  一次除塵銘牌風機參數及運行參數

表2  二次除塵風機銘牌參數及運行參數

另：一次除塵風機年運行小時數：7500h；

    二次除塵風機年運行小時數：5000h；

結算電價：0.5元/kWh

進行變頻改造前，除塵系統主要采用液力耦合器調節除塵風機運行速度，存在著控制精度差、調速范圍窄、效率低、損耗大等缺點。

2．2      調速要求

本次轉爐除塵風機變頻改造采用湖北三環發展股份有限公司生產的兩套高壓變頻設備，分別是：配備給一次除塵風機的SH－HVF－Y10K/1000型和配備給二次除塵風機的SH－HVF－Y10K/800型各一套。

除塵風機有兩個主要工作狀態，相應的，變頻器預設兩個速度點，速度點1對應除塵風機高速運轉狀態，速度點2對應除塵風機低速運轉狀態。經過現場測算，對于一次除塵風機：當輸入頻率為40Hz時，可保證除塵風機處于高速運轉狀態；當輸入頻率為25Hz時，可保證除塵風機處于低速運轉狀態。對于二次除塵風機：當輸入頻率為45Hz時，可保證除塵風機處于高速運轉狀態；當輸入頻率為25Hz時，可保證除塵風機處于低速運轉狀態。在每個吹煉工藝周期中，除塵風機工作在高速狀態所占比例為：15/25＝60％；除塵風機工作在低速狀態所占比例為：1－60％＝40％。同時，由于一次風機和二次風機作用不同，他們實際運行的工作狀態也有差別。具體如下表：

表3  除塵風機運行狀態圖

同時，變頻器還提供優良的人機界面。工作人員可以根據現場情況，通過該人機界面修改相關參數，及時調整除塵風機的運行狀態，保證除塵效果。

3  節能效果

3．1  變頻改造前除塵風機耗電量

根據表1～4中的運行參數，可得：

（1）一次除塵風機年耗電量

（2）二次除塵風機年耗電量

3．2  變頻改造后除塵風機耗電量

除塵風機變頻改造后，根據工程上的經驗公式，進行耗電量計算。

（1）一次除塵風機變頻改造后年耗電量

根據現場測算，除塵風機運行在40Hz頻率下時，轉速為2450rpm。

取變頻器的效率為

（2）二次除塵風機變頻改造后年耗電量

根據現場測算，除塵風機運行在45Hz頻率下時，轉速為900rpm。

取變頻器的效率為

3．3        節能效果

     一次除塵風機節能：

二次除塵風機節能：

以上計算是基于一次除塵風機每天運行24小時，二次除塵風機每天運行16小時的情況的，兩臺除塵風機變頻改造一年節約的電費大約為126萬元。另外，此節能計算為初步理論計算，所用數據也為平均值，當該轉爐生產情況變化時，變頻節能效果也會不同。實際變頻改造節能情況與計算值存在一定偏差。

3．4        現場節能運行數據

2006年11月，湖北三環發展股份有限公司提供給駐馬店南方鋼鐵工業有限公司的高壓變頻器在現場系統相通工況下，做了電機在工頻條件和變頻條件下耗電量對比試驗。詳細情況如下：

電價以0.5元/KWh計算，每年節省電費為：

（1）  一次除塵風機節省電費：163×7500×0.5＝61.125萬元

（2）  二次除塵風機節省電費：200×5000×0.5＝50萬元

    總計：每年節電費用為111.125萬元。

除了明顯的節電，采用變頻器還有以下優點：

（1）高壓變頻器優良的軟啟動/停止功能（可以零轉速啟動），啟動過程最大電流小于額定電流，大大減小了啟動沖擊電流對電動機合電網的沖擊，有效減小了電機故障，從而大大延長了電機的檢修周期合使用壽命，同時還可有效避免沖擊負荷對電網的不利影響；

（2）變頻改造后，原調節風門全開，大大減少其磨損，延長了風門使用壽命，降低檢修維護費用；

（3）變頻改造后，原液力耦合器取消，節省了液力耦合器的維護費用；

（4）高壓變頻器特有的平滑調節減少了風機以及電機的機械磨損，同時降低了軸承、軸瓦的溫度，有效減少了檢修費用，延長了設備的使用壽命。

（5）便于實現除塵控制系統自動化。除塵系統的風量經常需要根據工藝的要求變化，在過去采用擋板調節時，由于執行機構的磨損和閥門特性的變化，往往難以對風量進行精確控制。而變頻調速方式則始終保持高精度的調節（0.1～0.01Hz），為實現除塵控制系統的自動化提供了優越的條件。

4  結論

湖北三環發展股份有限公司進入高壓變頻領域已經有十余年的時間，在高壓變頻器的應用方面積累了大量經驗。同時，三環公司還擁有自主研發、生產、銷售高壓變頻器的實力。

目前高壓變頻器已經在許多電廠、水泥廠、化工廠、金屬冶煉廠的風機和水泵中得到實際應用，并取得良好的運行效果和節能效益。作為大型用電單位，鋼鐵冶煉廠中包含著大量能應用變頻調速技術的設備，比如鼓風機、引風機、除塵風機、冷卻泵、清洗泵等等。因此，將高壓變頻調速技術應用于鋼鐵等金屬冶煉領域，對于節約能源、降低成本、提高自動化控制水平，具有十分重要的意義。

參考文獻

[1]《空冷型SH－HVF系列高壓變頻器說明書》

[2]《南方鋼鐵公司高壓除塵風機變頻調速改造分析報告》

[3]《南方鋼鐵公司高壓除塵風機變頻調速改造節能分析報告》