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高壓變頻器在混鐵爐除塵風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2017-12-27 作者:新風(fēng)光

1 引言

河北興華鋼鐵有限公司煉鋼廠有一座600噸混鐵爐,混鐵爐擔(dān)負(fù)著煉鋼廠2座轉(zhuǎn)爐的提供鐵水任務(wù),高爐鐵水注入鐵水罐,經(jīng)鐵路運(yùn)輸至混鐵爐區(qū)域。兌鐵時(shí)天車(chē)吊起鐵水罐兌入混鐵爐,鐵水在混鐵爐內(nèi)保溫,在轉(zhuǎn)爐需要鐵水時(shí)傾動(dòng)混鐵爐,將鐵水注入鐵水包中,供給轉(zhuǎn)爐。混鐵爐的煙塵嚴(yán)重污染環(huán)境。而混鐵爐的頂兌鐵給混鐵爐的兌鐵除塵煙罩安裝帶來(lái)一定的困難。即使勉強(qiáng)安裝其除塵效果也不理想。而且鐵水由鐵水罐兌入混鐵爐的同時(shí),漂浮在鐵水表面鐵渣也一同倒入混鐵爐內(nèi),使得混鐵爐內(nèi)鐵水液面位置爐襯耐火材料腐蝕嚴(yán)重,降低了爐襯的使用壽命。所以生產(chǎn)中要求控制鐵水的含渣量。

混鐵爐系統(tǒng)主要用于調(diào)節(jié)高爐連續(xù)生產(chǎn)和轉(zhuǎn)爐斷續(xù)生產(chǎn)的節(jié)奏,是調(diào)節(jié)高爐煉鐵和轉(zhuǎn)爐煉鋼的緩沖帶?;扈F爐設(shè)有一個(gè)兌鐵口和一個(gè)出鐵口,混鐵爐兌鐵或出鐵時(shí),高溫的鐵水會(huì)同空氣發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生大量的煙氣。為改善現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境,降低污染,節(jié)約除塵成本,需要對(duì)混鐵爐的兌鐵、出鐵進(jìn)行除塵。該除塵設(shè)施配置Y4-73NO.235D除塵風(fēng)機(jī)一臺(tái)(配套電機(jī)功率800kW),混鐵爐除塵風(fēng)機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中需要不同風(fēng)量來(lái)適應(yīng)混鐵爐兌出鐵工藝要求,為降低除塵成本,需對(duì)除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。河北興華鋼鐵煉鋼廠領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)過(guò)對(duì)比,通過(guò)招標(biāo)方式選購(gòu)了新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的JD-BP38型高壓變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制?;扈F爐除塵風(fēng)機(jī)高壓變頻器于2014年4月份調(diào)試完畢投入運(yùn)行,至今已穩(wěn)定運(yùn)行一年多。
2混鐵爐生產(chǎn)概述

混鐵爐采用側(cè)面兌鐵技術(shù),兌鐵時(shí)混鐵爐在“0”位。在混鐵爐出鐵口下設(shè)置鐵水罐車(chē)軌道一條,并設(shè)軌道衡稱(chēng)量出爐鐵水重量。由于考慮到混鐵爐檢修或故障,以及混鐵爐本身的容量不足,部分高爐鐵水罐將直接從高爐鐵水罐翻入轉(zhuǎn)爐鐵水罐。
(1)兌鐵操作:當(dāng)高爐鐵水罐車(chē)被火車(chē)運(yùn)到混鐵爐區(qū)域以后,由混鐵爐區(qū)域行車(chē)吊將鐵水罐吊到混鐵爐一側(cè)準(zhǔn)備兌鐵。此時(shí),兌鐵操作工通過(guò)兌鐵操作臺(tái)操作兌鐵門(mén)開(kāi)蓋卷?yè)P(yáng)機(jī)正向運(yùn)行,將兌鐵門(mén)打開(kāi),再操作在待機(jī)位的兌鐵小車(chē)正向運(yùn)行至混鐵爐的兌鐵門(mén)處,將兌鐵槽口插入兌鐵門(mén),同時(shí)兌鐵側(cè)的兩個(gè)除塵閥門(mén)打開(kāi)。行車(chē)吊在兌鐵小車(chē)就位以后就通過(guò)兌鐵槽將鐵水兌入混鐵爐。兌鐵結(jié)束后,行車(chē)吊將空罐吊回,兌鐵操作工操作兌鐵小車(chē)反向運(yùn)行移至待機(jī)位,再操作兌鐵門(mén)開(kāi)蓋卷?yè)P(yáng)機(jī)反向運(yùn)行,關(guān)閉兌鐵門(mén),同時(shí)兌鐵側(cè)兩個(gè)除塵閥門(mén)關(guān)閉。整個(gè)兌鐵過(guò)程結(jié)束。
(2)出鐵操作:當(dāng)轉(zhuǎn)爐需要鐵水時(shí),混鐵爐鐵水罐車(chē)操作工操作鐵水罐車(chē)運(yùn)行到混鐵爐下的出鐵軌道衡上,同時(shí)出鐵側(cè)的除塵閥門(mén)打開(kāi),混鐵爐操作工通過(guò)出鐵操作臺(tái)將混鐵爐傾動(dòng)到出鐵位,把爐內(nèi)鐵水倒入鐵水罐車(chē)上的轉(zhuǎn)爐鐵水罐中,同時(shí)軌道衡的大屏幕上顯示鐵水罐車(chē)內(nèi)的鐵水重量,在達(dá)到重量預(yù)定值時(shí),出鐵操作工把混鐵爐搖回”0”位?;扈F爐鐵水罐車(chē)操作工操作轉(zhuǎn)爐鐵水罐車(chē)運(yùn)行到吊罐位,由行車(chē)吊將轉(zhuǎn)爐鐵水罐吊至脫硫站鐵水罐車(chē)上脫硫或直接兌入轉(zhuǎn)爐吹煉,出鐵側(cè)除塵閥門(mén)關(guān)閉。整個(gè)出鐵過(guò)程結(jié)束。
(3)除塵風(fēng)機(jī)工藝要求:

河北興華鋼鐵煉鋼廠混鐵爐,當(dāng)混鐵爐既不兌鐵也不出鐵時(shí)不需要風(fēng)量,維持風(fēng)機(jī)低轉(zhuǎn)速;當(dāng)混鐵爐工作時(shí),一個(gè)兌鐵口兌鐵需要風(fēng)量43萬(wàn)m3/h;一個(gè)出鐵口出鐵需要風(fēng)量28萬(wàn)m3/h。
兌鐵:由一臺(tái)100t天車(chē)完成,每罐兌鐵時(shí)間為4-6min。
出鐵:混鐵爐出鐵30罐/班,每天三班,每班八小時(shí),單罐出鐵時(shí)間2-3min,傾倒鐵水時(shí)間周期約為12 min。
4 改造項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備參數(shù)
4.1現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)技術(shù)參數(shù)

除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)參數(shù)如下表1所示。電機(jī)安裝現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。

表1 三相異步電機(jī)技術(shù)參數(shù)
型號(hào)YKK630-6額定電壓10kV
額定功率800kW額定頻率50Hz
功率因數(shù)0.86接法Y
額定電流57.3A額定轉(zhuǎn)速989r/min
生產(chǎn)廠家蘭州電機(jī)有限責(zé)任公司


 
圖1 除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)

4.2 JD-BP38-800F 高壓變頻器技術(shù)參數(shù)

選用新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP38-800F 高壓變頻器(800kW/10kV)對(duì)除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造,高壓變頻器技術(shù)參數(shù)如下表2所示。

表2 JD-BP38-800F 高壓變頻器技術(shù)參數(shù)
變頻器容量(kW)800模擬量輸入0~5V/4~20mA,任意設(shè)定
適配電機(jī)功率(kW)(kW)(kW)800模擬量輸出兩路0~5V/4~20mA可選
額定輸出電流(A)58加減速時(shí)間1—32000s
輸入頻率(Hz)45~55開(kāi)關(guān)量輸入輸出可按用戶(hù)要求擴(kuò)展
額定輸入電壓(V)10000V(-20%—+15%)運(yùn)行環(huán)境溫度0~40℃
輸入功率因數(shù)>0.95(>20%負(fù)載)貯存/運(yùn)輸溫度-20~70℃
變頻器效率額定負(fù)載下>0.98冷卻方式強(qiáng)迫風(fēng)冷
輸出頻率范圍(Hz)0~120環(huán)境濕度<90%,無(wú)凝結(jié)
輸出變頻分辨率(Hz)0.01安裝海拔高度<1000m,高海拔降額使用
過(guò)載能力105%連續(xù),150%允許1分鐘。防護(hù)等級(jí)IP20

5風(fēng)光公司高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

風(fēng)光牌JD-BP37/38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心,采用無(wú)速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù),屬高-高電壓源型變頻器,其諧波指標(biāo)小于IEEE519-1992的諧波標(biāo)準(zhǔn),輸入功率因數(shù)高,輸出波形質(zhì)量好,不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補(bǔ)償裝置和輸出濾波器;不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題,可以使用普通的異步電機(jī)。具體來(lái)說(shuō),風(fēng)光高壓變頻器除具有一般普通變頻器的性能外,還具有以下突出特點(diǎn):
(1)采用高速DSP作為中央處理器,運(yùn)算速度更快,控制更精準(zhǔn)。
(2)飛車(chē)啟動(dòng)功能。能夠識(shí)別電機(jī)的速度并在電機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動(dòng)。
(3)完整的工頻/變頻自動(dòng)互切技術(shù)。現(xiàn)在的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般設(shè)置工頻旁路切換柜,變頻器發(fā)生故障時(shí)能使高壓電機(jī)轉(zhuǎn)至工頻運(yùn)行,旁路切換有手動(dòng)旁路和自動(dòng)旁路切換兩種型式,手動(dòng)旁路需人工操作,適應(yīng)于無(wú)備用裝置或不重要的運(yùn)行工況,自動(dòng)旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動(dòng)轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行。新風(fēng)光公司提供的自動(dòng)旁路切換柜,不僅可實(shí)現(xiàn)變頻故障情況下自動(dòng)由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行狀態(tài),還可實(shí)現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻運(yùn)行的功能,整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程不會(huì)對(duì)用戶(hù)設(shè)備的運(yùn)行造成任何影響。
(4)旋轉(zhuǎn)中再啟動(dòng)功能。運(yùn)行過(guò)程中高壓瞬時(shí)掉電3s內(nèi)恢復(fù),高壓變頻器不停機(jī),高壓恢復(fù)后變頻自動(dòng)運(yùn)行到掉電前的頻率。
(5)線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)(星點(diǎn)漂移技術(shù))。變頻器某相有單元故障后,為了使線電壓平衡,傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓,而線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)通過(guò)調(diào)整相與相之間的夾角,在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出。
(6)單元直流電壓檢測(cè):實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)系統(tǒng)的直流電壓,從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的優(yōu)化控制,降低諧波含量,保證輸出電壓的精度,提升系統(tǒng)控制性能,并可使保證運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)現(xiàn)對(duì)功率單元運(yùn)行狀況的全面把握。
(7)單元內(nèi)電解電容因采取了公司專(zhuān)利技術(shù),可以將其使用壽命提高1倍。
(8) 散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,單元串聯(lián)多重化并聯(lián)結(jié)構(gòu),IGBT承受的電壓較低,可以有較寬的過(guò)壓范圍(≥1.15Ue),設(shè)備可靠性更高。
(9) 具備突發(fā)相間短路保護(hù)功能。如果由于設(shè)備原因及其他原因造成輸出短路,此時(shí)如果變頻器不具備相間短路保護(hù)功能,將會(huì)導(dǎo)致重大事故。變頻器在發(fā)生類(lèi)似問(wèn)題時(shí)能夠立即封鎖變頻器輸出,保護(hù)設(shè)備不受損害,避免事故的發(fā)生。
(10) 限流功能:當(dāng)變頻器輸出電流超過(guò)設(shè)定值,變頻器將自動(dòng)限制電流輸出,避免變頻器在加減速過(guò)程中或因負(fù)載突然變化而引起的過(guò)流保護(hù),最大限度減少停機(jī)次數(shù)。
(11) 故障自復(fù)位功能:當(dāng)變頻器由于負(fù)載突變?cè)斐蓡卧蚴钦麢C(jī)過(guò)電流保護(hù)時(shí),可自動(dòng)復(fù)位,繼續(xù)運(yùn)行。
6混鐵爐除塵風(fēng)機(jī)變頻控制方案

整個(gè)混鐵爐工作過(guò)程為間斷式工作方式。在兌鐵、出鐵期間,煙塵量大,除塵風(fēng)機(jī)需在高速或者中速狀態(tài)運(yùn)行;其他時(shí)間,煙塵量較小,風(fēng)機(jī)抽風(fēng)量相應(yīng)降低,風(fēng)機(jī)降速運(yùn)行;周而復(fù)始。通過(guò)變頻調(diào)速器對(duì)混鐵爐處于非兌鐵、出鐵期間電機(jī)自動(dòng)降速運(yùn)行,從而達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)。
通過(guò)目前已有的DCS系統(tǒng)調(diào)節(jié)變頻器頻率來(lái)調(diào)節(jié)除塵風(fēng)機(jī)風(fēng)量。利用DCS對(duì)變頻器進(jìn)行啟動(dòng)、停機(jī)、調(diào)速等控制,并可在DCS上顯示變頻器的運(yùn)行數(shù)據(jù)和當(dāng)前狀態(tài),實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行。操作方面,有遠(yuǎn)程控制和本地控制兩種控制的方式,這兩種控制方式可提高系統(tǒng)的安全性能。變頻器包括一臺(tái)內(nèi)置的PLC,用于柜體內(nèi)開(kāi)關(guān)信號(hào)的邏輯處理,以及與現(xiàn)場(chǎng)各種操作信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)(如RS485)的協(xié)調(diào),并且可以根據(jù)用戶(hù)的需要擴(kuò)展控制開(kāi)關(guān)量,增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。利用高壓變頻器根據(jù)實(shí)際需要對(duì)除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行變速運(yùn)行,既保證和改善了工藝,又達(dá)到節(jié)能降耗的目的和效果。

為了保證除塵系統(tǒng)的可靠性,變頻器裝置具有工頻旁路裝置,當(dāng)變頻器發(fā)生故障停止運(yùn)行時(shí),電機(jī)切換到工頻下運(yùn)行,這樣可以保證生產(chǎn)除塵要求,提高了整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。
7除塵風(fēng)機(jī)主回路方案

為了最大限度地提高設(shè)備的利用率,使變頻發(fā)生故障時(shí)也能保證風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行,從而保證生產(chǎn)。保留原有工頻液阻啟動(dòng)系統(tǒng),保留電機(jī)綜合保護(hù)裝置(工頻時(shí)投入)。采用一拖一手動(dòng)工/變頻切換方案。在變頻器發(fā)生故障時(shí),能手動(dòng)切換到原來(lái)的工頻液阻啟動(dòng)方式,保證除塵風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行。系統(tǒng)手動(dòng)旁路柜一次回路如圖2所示。


 
圖2  手動(dòng)旁路柜一次回路

旁路柜中,共有3個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān),為了確保不向變頻器輸出端反送電,K2與K3采用電磁互鎖操動(dòng)機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)電磁互鎖。當(dāng)K1、K3閉合,K2斷開(kāi)時(shí),電機(jī)變頻運(yùn)行;當(dāng)K1、K3斷開(kāi),K2閉合時(shí),利用液阻柜啟動(dòng)電機(jī)工頻運(yùn)行,此時(shí)變頻器從高壓中隔離出來(lái),便于檢修、維護(hù)和調(diào)試。

旁路柜必須與上級(jí)高壓斷路器DL連鎖,DL合閘時(shí),絕對(duì)不允許操作旁路隔離開(kāi)關(guān)與變頻器輸出隔離開(kāi)關(guān),以防止出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象,確保操作人員和設(shè)備的安全。為了實(shí)現(xiàn)變頻器故障的保護(hù),變頻器對(duì)用戶(hù)開(kāi)關(guān)DL進(jìn)行連鎖,一旦變頻器故障,變頻器聯(lián)跳DL。工頻旁路時(shí),變頻器應(yīng)允許DL合閘,撤消對(duì)DL的跳閘信號(hào),使電機(jī)能正常通過(guò)DL合閘工頻啟動(dòng)。
選擇變頻系統(tǒng)時(shí),不投入液阻柜;只有選擇工頻狀態(tài)時(shí)液阻柜啟動(dòng)才有效。
8混鐵爐除塵風(fēng)機(jī)變頻改造效果

高壓變頻器設(shè)備于2014年4月初正式投入運(yùn)行,至今運(yùn)行良好。變頻器使用方便,可靠穩(wěn)定,維護(hù)量小。除塵風(fēng)機(jī)根據(jù)生產(chǎn)工藝按需調(diào)節(jié)風(fēng)量,電機(jī)運(yùn)行電流大大降低,改造達(dá)到了預(yù)期目的。
8.1節(jié)能計(jì)算
混鐵爐現(xiàn)場(chǎng)直接根據(jù)出鐵口、兌鐵口的開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)控制變頻器的轉(zhuǎn)速,變頻器預(yù)設(shè)3個(gè)速度,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所需風(fēng)量不同自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。

表3 變頻器控制調(diào)節(jié)風(fēng)量情況
速度變頻器頻率風(fēng)量運(yùn)行情況
低速(1)15Hz14.m3/h既不兌鐵,也不出鐵
中速(2)30 Hz28萬(wàn)m3/h一個(gè)出鐵口出鐵
高速(3)45 Hz43 m3/h一個(gè)兌鐵口兌鐵

 根據(jù)變頻器的運(yùn)行記錄,統(tǒng)計(jì)風(fēng)機(jī)在一天中各速度段的運(yùn)行時(shí)間,得到如下運(yùn)行數(shù)據(jù):
各速度段變頻器的輸入功率為:
P1=1.732×10.15×3.27×0.97=55.76kW
P2=1.732×10.15×10.13×0.97=172.74kW
P3=1.732×10.14×29.70×0.97=505.96kW
則使用變頻器后一天風(fēng)機(jī)所消耗的電能為:
55.76×8+172.74×5.5+505.96×10.5=6708.73kW·h
電價(jià)按0.45元計(jì)算,整個(gè)系統(tǒng)按照一年運(yùn)行300天計(jì)算,則一年的電費(fèi)為:
6708.73×0.45×300=90.5678萬(wàn)元
如果不使用變頻器,電機(jī)始終工頻運(yùn)行,則一年的電費(fèi)為:
P=1.732×10.13×49.5×0.8=694.79kW
694.79 kW×24h×300d×0.45=225.112萬(wàn)元
節(jié)約電費(fèi)約為:134.5441萬(wàn)元
8.2變頻改造對(duì)設(shè)備的好處
(1)在工頻狀態(tài)下,除塵風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后電動(dòng)機(jī)按額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行,在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程風(fēng)機(jī)始終處于滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài),造成很大能源的浪費(fèi)。變頻改造后,在非兌鐵出鐵期時(shí),電機(jī)運(yùn)行在低速階段。
(2)工頻狀態(tài)下,由于風(fēng)機(jī)持續(xù)高速下運(yùn)行,風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的軸振動(dòng)幅值常常高于正常的震動(dòng)幅值,導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的軸瓦使用壽命縮短。不但增加了維修費(fèi)用,而且還大大增加了設(shè)備故障率。使用變頻器后可有效減少設(shè)備振動(dòng),減少磨損,降低了設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。
(3)在變頻器沒(méi)有安裝以前高壓電機(jī)采用直接啟動(dòng),變頻改造以后,變頻器拖動(dòng)電機(jī)從0.5Hz軟啟動(dòng),啟動(dòng)電流不超過(guò)額定電流,不僅讓風(fēng)機(jī)開(kāi)停機(jī)極為方便;還減小了啟動(dòng)時(shí)對(duì)電機(jī)、風(fēng)機(jī)及整個(gè)除塵系統(tǒng)的沖擊,提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。
9結(jié)束語(yǔ)

在河北興華鋼鐵煉鋼廠領(lǐng)導(dǎo)的大力支持下,混鐵爐除塵設(shè)備改造達(dá)到了預(yù)期目的。除塵風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的投入使用不僅有效地改善了混鐵爐作業(yè)時(shí)造成的揚(yáng)塵污染,給現(xiàn)場(chǎng)操作工創(chuàng)造了良好的工作條件,降低了除塵系統(tǒng)運(yùn)行的成本,而且響應(yīng)了國(guó)家節(jié)能減排及保護(hù)環(huán)境的號(hào)召。