阿鋼煉鋼廠電爐除塵風機變頻調速裝置的應用

一、阿鋼公司介紹

　　阿鋼是西林鋼鐵集團有限公司控股的子公司，位于距省城哈爾濱東南22公里的阿城市。企業按照總體規劃，以輕軌和礦用鋼等系列產品為主導，開發研制出XY30高性能超低溫新鋼種，成為重點推廣產品已投入青藏線使用。
目前阿鋼煉鋼廠擁有進的60 噸超高功率直流電弧爐2座，75噸LF鋼包精煉爐2座，年可生產80萬噸鋼。圖1為公司的生產工藝流程圖。

圖1：鋼鐵行業生產工藝流程圖

二、改造原因

煉鋼廠電爐除塵系統自2004年10月投入運行以來，用電消耗很大，僅2005年全年用電2172萬度，全年電費1136萬元，噸鋼除塵電耗57度，噸鋼除塵費用30元。針對電爐除塵風機耗電大的現狀，設備工程部電氣技術人員研究多種節電途徑，具體嘗試了以下幾種辦法
1．隨電爐負荷變化來調節風機風門，控制風機電流節電。但是現有除塵系統風門在半開狀態時，管阻很大，風機及其管路喘振現象嚴重，以此辦法調節，對風機傳動部位磨損大，會損壞風機軸承的部件，不利于除塵系統安全運行。所以風門在半開狀態時系統無法長期運行。
2．現階段風機風門只能在全關或全開兩種狀態運行。在電爐停爐一小時以上時，將風機風門全關閉，此時電機電流降為額定電流的50%，有明顯節電效果，但是風門從全開到全關閉方式切換的瞬間，風機、管路及廠房振動相當大，擔心影響廠房框架結構及其基礎牢固，不利于長期采用。
3．在電爐負荷不大時，特別是夜間將兩臺二次除塵小風機停電進行節能，這樣每天節電6000度，但是環保方面能否達到標準是值得考慮的，不是解決問題的長久之計。
鑒于上述情況，設備工程部積極研究科學的節電辦法應對電爐除塵風機節電技術，在此期間通過查找相關資料，認為采用高壓變頻調速技術根據電爐冶煉各工藝各階段煙塵量變化來調整電機運行轉速，從而達到節電目的是切實可行的。經過論證，公司批準在兩臺電爐一次除塵風機的1000kW/6kV電機上安裝高壓變頻調速裝置。

三、變頻調速的原理

根據異步電動機轉速公式：n＝60f(1-s)/p，可以看出，轉差率s變化不大，可視為恒定，電機極對數p一旦電機制造完成也是常數，所以電機轉速n與電源頻率f是成正比的。只要改變頻率f，即可改變電機轉速，當頻率f在0－50Hz之間變化時，電機轉速調節范圍是非常寬的。根據流體力學流量與風機轉速的關系可知，電機功率P與轉速n的立方成正比，隨著轉速的降低，電機功率以轉速的三次方關系遞減。因此隨著電機轉速的降低，電機消耗的電能下降幅度很大。可見，使用高壓變頻器對電爐一次除塵風機調速的節電效果將非常顯著。

四、煉鋼廠電爐除塵工藝及設備參數介紹：

1．煉鋼廠共有兩臺直流電弧爐，電爐冶煉時周期性供電吹氧，為滿足節能和環保要求，要求兩臺電爐的一次風機在整個冶煉周期內變速運行，供電吹氧時高速運行，不吹氧時低速運行。正常情況下，電爐每90分鐘生產一爐鋼，每爐鋼生產周期可劃分下列步驟：①加廢鋼鐵水5分鐘，②供電及吹氧60分鐘，③等樣、出鋼、堵出鋼口25分鐘。其中①③時間段內煙塵較少，一次風機可以低速運行，頻率控制在10--20Hz，在②時間段內煙塵較大，風機高速運行，頻率控制在40-45Hz。

圖2：電爐煉鋼生產工藝流程圖

2．除塵風機及配套電機的參數表：

五、電爐除塵風機變頻調速系統控制方案

1．高壓變頻器直接與電機連接，變頻拖動方式為一拖一，設有工頻旁路。由變頻運行方式轉換到工頻運行方式時，采用手動切換，電動機可不通過高壓變頻器而經過旁路直接啟動。 2．風機調速與電爐取樣出鋼聯鎖，設置高低速兩檔運行，實現手動/自動調速切換功能。操作臺設置“手動/自動”調速切換開關和“速度種類”轉換開關，平時可根據生產情況，高壓變頻器自動實現高、低速運行，如因生產需要可改為手動來實現調速運行的目的。 3．高壓變頻器具有遠程和本機控制功能。本機控制時通過高壓變頻器控制柜上觸摸屏可就地人工啟動、停止高壓變頻器，可以調整電機轉速、頻率。遠程控制放在爐前控制室，設有操作臺和上位機，由配電工操作控制。通過上位機配電工可以隨時了解設備的運行情況，通過操作臺可實現對高壓變頻器進行簡單的遠方操作。配電工可以根據工況自由選定高壓變頻器“手動/自動”調速運行。

六、項目實施過程
2006年4月27日通過公司組織的招標方式最后選購了北京利德華福電氣技術有限公司生產的高壓變頻器，產品型號：HARSVERT－A06/130，高壓變頻器于6月25日到貨開始安裝，8月9日正式調試，8月10日投入運行至今。

七、項目實施后效果：

1．節電效果：
由于2006年8月對煉鋼廠除塵風機安裝了高壓變頻調速裝置，使得電爐除塵風機用電量明顯降低，2006年1－7月沒上高壓變頻器之前，煉鋼除塵風機平均每月用電1839574度，噸鋼除塵電耗47.80度。安裝高壓變頻器之后，2006年8－12月，煉鋼除塵風機平均每月用電1360836度，噸鋼除塵電耗32.28度。可見由于對煉鋼除塵一次風機安裝高壓變頻器，每月節約電量478738度，月節約電費253731元，噸鋼除塵電耗下降15.52度。到2007年2月10日，高壓變頻器投入運行6個月，已經節電152.24萬元，每年可創造經濟效益300萬元以上。

2．間接效益評價：
（1）高壓變頻器在工頻以下連續改變電源頻率實現電機軟啟動，啟動比較平滑，減小啟動電流對電機、軸承、風機的沖擊，延長設備壽命。
（2）由于高壓變頻器能根據冶煉工藝各個階段控制風機引風量，減小電爐熱量損失，間接節約能源。
（3）電機振動因轉速降低而減小，降低風機運行噪聲，改善設備運行環境。
（4）高壓變頻器為高-高電壓源型單元串聯多電平結構，功率因數可高達0.95，同時也降低電網側的諧波污染。

八、總結
結合鋼鐵行業生產工藝流程圖可看出，在各個生產流程中，高壓電機應用變頻改造同樣能起到節能減排的顯著效果。諸如：焦化、燒結、煉鐵高爐、煉鋼電爐、精練爐中的除塵風機、通風機、煤氣鼓風機、供水泵等。
阿鋼煉鋼廠電爐除塵風機進行變頻調速改造后，大幅度降低了除塵風機用電消耗，平均節電率達到26％，降低了電爐冶煉成本，同時也減少了對環境的污染，給公司生產經營帶來了巨大綜合效益。