高壓變頻器在新疆天瑞連鑄管業的應用
發布時間：2019-07-12 09:41:28來源：
摘要：本文介紹了高壓變頻器在新疆天瑞連鑄管業有限公司煉鋼轉爐除塵風機的應用，說明了變頻器在改善生產工藝，平滑軟啟動，調速節能、提高自動化水平等方面的優勢。
Abstract:: This paper introduces the application of the high voltage inverter in Xinjiang Tianrui continuous casting tube industry limited company steel-making converter dust removal fan,Explain the the advantages of the inverter in the improvement of production technology, smooth soft start, speed control, to improve the level of automation and other aspects
關鍵詞： 高壓變頻器 轉爐除塵風機 節能
Key words： High voltage inverter Dedusting fan of converter Energy saving
1、概述：
新疆天瑞連鑄管業有限公司成立于2009年，是吐魯番市政府及大河沿鎮政府招商引資來的民營企業。公司地處吐魯番市經濟開發園區，北鄰火車站2公里，南行14公里為吐---烏高速公路，地理位置優越，交通便利。 在國家西部大開發戰略的歷史機遇中，公司投資建設合金鋼坯、合金鋼管項目，此項目共分兩期，總投資8.5億元，其中一期投資2.5億元，預計將在2011年8月份投入運行試生產。
本公司投資興建的1#煉鋼轉爐，設計產能為30T，現行的轉爐煉鋼具有顯著的周期性和連續性特點，生產一爐鋼需要30-45min，其中供氧（吹煉）過程為15-35min，一半以上為非吹煉時間，此時風機沒有必要高速運行，如將其切換至低速節能狀態，可節省大量能源，同時減少設備損耗，對提高設備利用率也十分有益。
目前國內轉爐一次除塵風機多采用液力耦合器， 但由于存在轉差損耗等，節能效果不理想，且設備故障率較高。交流變頻技術不僅調速平滑，調速范圍大，效率高，啟動電流小，運行平穩，而且節能效果好，對風機、泵類設備而言是比較佳的節能手段，平均節能效果可以達到30%以上。
因此，公司技術部經過以上分析和論證，決定直接采用高壓變頻器，作為除塵風機的轉速調節設備，而不再上其他的控制手段。國內生產高壓變頻器的廠家現在也比較多，經過網上搜尋和去廠家考察，山東新風光電子科技發展有限公司是國內高中低壓變頻器的專業生產廠家，所生產的高壓變頻器，采用多單元串聯的多電平完美無諧波的控制方式，能很好的實現除塵風機的轉速控制，因此我們與該公司合作，對除塵風機的系統進行了比較完善的控制，達到了比較滿意的效果。
2、現場的設備情況：
（1）三相異步電動機
（2）離心鼓風機
3、控制方式：
該除塵系統有兩套風機，一用一備，因此，變頻器也設計為一拖二控制方式。一用一備。其電控主回路如圖1所示。
現場有兩路高壓電源，分別是1#電源與2#電源，從配電室進行切換。除塵系統的風道采用全密閉系統，在兩套風機的出口與進口處各開兩個閥門，一套風機的進口和出口各有一套閥門控制，在一套出問題時關閉該通道閥門，開啟另一套，這樣互不牽扯，互為備用，在一臺運行時可檢修另一臺。
K1、K2、K3、K4、K5、K6是6個高壓隔離開關，用于電路切換。其中，K1、K3合上，K2斷開，1#電機變頻運行，K2合上，K1、K3斷開，1#電機工頻運行。K4、K6合上，K5斷開，2#電機變頻運行，K5合上，K4、K6斷開，2#電機工頻運行。工頻與變頻之間、1#和2#電機之間有電氣與機械互鎖，防止變頻運行時工頻電源串入變頻器的輸出端造成損壞。
風機調速過程：
在煉鋼過程中，每個冶煉周期可分為不同的時間段，不同時間段內，除塵風機工作情況也會有不同。其吹煉工藝如下圖2：
其中A到B為兌鐵加氧階段，約2分鐘;
B到C為風機升速時間，約200S；
C到D為吹氧時間，約15分鐘；
D點開始減速，約300S，頻率可調。
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。
整個吹煉工藝階段約33分鐘，其中高速時間約15分鐘（C到D 階段）。
在吹氧過程中有較高的工藝要求，需要除塵風機高速運行，而在其他階段，對除塵要求較低，除塵風機低速運行即可滿足要求。
鑒于以上生產工藝，我們在變頻器中，利用變頻器的多段速運行功能，預設兩個速度段，速度點1對應除塵風機高速運行段，速度點2對應除塵風機低速運行段。根據現場試驗，當輸入頻率為45Hz時，可滿足除塵風機高速運轉的要求；輸入頻率在30Hz時，可滿足風機在低速運轉時的風量需求。在每個吹煉工藝周期，除塵風機在高速狀態所占比例為：15/33*100%=45%，而低速段所占比例為1-45%=55%，經過一個多月的試運行，達到了除塵要求。
4、運行效果：
經過試運行，變頻器體現了優越的調速性能：
（1）實現了低頻、低壓的軟啟動，降低了啟動電流，一般不超過電機的額定電流即可正常啟動，減輕了電網的負荷，以及對風機軸承等機械部分的損傷，有利于保護電網及負載。
（2）調速方便，自動化程度高。利用變頻器的多段速及集控的PLC及人機界面的設置功能，可方便的設置系統運行的高低速速度段，自動切換，可實現自動控制，無人監守，自動化程度大大提高。
（3）變頻器具有十分友好的人機界面畫面，可方便的查閱變頻器及設備的運行情況，運行記錄，故障狀態、運行實時曲線等，方便定時查閱、觀看。
（4）節能效果明顯。根據風機、泵類負載的運行特性，在低速段節能效果明顯，而且速度越低，其輸出軸功率越小，其關系為：
流量正比于轉速，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。
因此轉速下降后，其輸出的軸功率大為減小，可節約大量的能耗，起到節能的效果。據測算，節能在40%左右。
5、結論：
山東新風光電子科技發展有限公司研制生產高中低壓變頻器，已有十幾年的歷史，其在鋼鐵、礦山、油田、水泥、電力、水泵等生產機械的變頻調速方面，都有其廣泛的應用領域，并取得了良好的運行效果和節能效益。隨著變頻器技術的日趨成熟，作為高耗能企業的首選產品，變頻器必將發揮越來越多的作用，取代傳統的調速方式，已是勢在必行，為企業的自動化管理、節能降耗，建立綠色能源將會帶來更多的效益。
參考文獻：
1、 胡令芝
《高壓變頻器在山東泰山鋼鐵集團有限公司的應用》
2、陸思黨
《國產超大功率高壓變頻器在煉鐵高爐鼓風機中的應用》
Abstract:: This paper introduces the application of the high voltage inverter in Xinjiang Tianrui continuous casting tube industry limited company steel-making converter dust removal fan,Explain the the advantages of the inverter in the improvement of production technology, smooth soft start, speed control, to improve the level of automation and other aspects
關鍵詞： 高壓變頻器 轉爐除塵風機 節能
Key words： High voltage inverter Dedusting fan of converter Energy saving
1、概述：
新疆天瑞連鑄管業有限公司成立于2009年，是吐魯番市政府及大河沿鎮政府招商引資來的民營企業。公司地處吐魯番市經濟開發園區，北鄰火車站2公里，南行14公里為吐---烏高速公路，地理位置優越，交通便利。 在國家西部大開發戰略的歷史機遇中，公司投資建設合金鋼坯、合金鋼管項目，此項目共分兩期，總投資8.5億元，其中一期投資2.5億元，預計將在2011年8月份投入運行試生產。
本公司投資興建的1#煉鋼轉爐，設計產能為30T，現行的轉爐煉鋼具有顯著的周期性和連續性特點，生產一爐鋼需要30-45min，其中供氧（吹煉）過程為15-35min，一半以上為非吹煉時間，此時風機沒有必要高速運行，如將其切換至低速節能狀態，可節省大量能源，同時減少設備損耗，對提高設備利用率也十分有益。
目前國內轉爐一次除塵風機多采用液力耦合器， 但由于存在轉差損耗等，節能效果不理想，且設備故障率較高。交流變頻技術不僅調速平滑，調速范圍大，效率高，啟動電流小，運行平穩，而且節能效果好，對風機、泵類設備而言是比較佳的節能手段，平均節能效果可以達到30%以上。
因此，公司技術部經過以上分析和論證，決定直接采用高壓變頻器，作為除塵風機的轉速調節設備，而不再上其他的控制手段。國內生產高壓變頻器的廠家現在也比較多，經過網上搜尋和去廠家考察，山東新風光電子科技發展有限公司是國內高中低壓變頻器的專業生產廠家，所生產的高壓變頻器，采用多單元串聯的多電平完美無諧波的控制方式，能很好的實現除塵風機的轉速控制，因此我們與該公司合作，對除塵風機的系統進行了比較完善的控制，達到了比較滿意的效果。
2、現場的設備情況：
（1）三相異步電動機
（2）離心鼓風機
3、控制方式：
該除塵系統有兩套風機，一用一備，因此，變頻器也設計為一拖二控制方式。一用一備。其電控主回路如圖1所示。
現場有兩路高壓電源，分別是1#電源與2#電源，從配電室進行切換。除塵系統的風道采用全密閉系統，在兩套風機的出口與進口處各開兩個閥門，一套風機的進口和出口各有一套閥門控制，在一套出問題時關閉該通道閥門，開啟另一套，這樣互不牽扯，互為備用，在一臺運行時可檢修另一臺。
K1、K2、K3、K4、K5、K6是6個高壓隔離開關，用于電路切換。其中，K1、K3合上，K2斷開，1#電機變頻運行，K2合上，K1、K3斷開，1#電機工頻運行。K4、K6合上，K5斷開，2#電機變頻運行，K5合上，K4、K6斷開，2#電機工頻運行。工頻與變頻之間、1#和2#電機之間有電氣與機械互鎖，防止變頻運行時工頻電源串入變頻器的輸出端造成損壞。
風機調速過程：
在煉鋼過程中，每個冶煉周期可分為不同的時間段，不同時間段內，除塵風機工作情況也會有不同。其吹煉工藝如下圖2：
其中A到B為兌鐵加氧階段，約2分鐘;
B到C為風機升速時間，約200S；
C到D為吹氧時間，約15分鐘；
D點開始減速，約300S，頻率可調。
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。
整個吹煉工藝階段約33分鐘，其中高速時間約15分鐘（C到D 階段）。
在吹氧過程中有較高的工藝要求，需要除塵風機高速運行，而在其他階段，對除塵要求較低，除塵風機低速運行即可滿足要求。
鑒于以上生產工藝，我們在變頻器中，利用變頻器的多段速運行功能，預設兩個速度段，速度點1對應除塵風機高速運行段，速度點2對應除塵風機低速運行段。根據現場試驗，當輸入頻率為45Hz時，可滿足除塵風機高速運轉的要求；輸入頻率在30Hz時，可滿足風機在低速運轉時的風量需求。在每個吹煉工藝周期，除塵風機在高速狀態所占比例為：15/33*100%=45%，而低速段所占比例為1-45%=55%，經過一個多月的試運行，達到了除塵要求。
4、運行效果：
經過試運行，變頻器體現了優越的調速性能：
（1）實現了低頻、低壓的軟啟動，降低了啟動電流，一般不超過電機的額定電流即可正常啟動，減輕了電網的負荷，以及對風機軸承等機械部分的損傷，有利于保護電網及負載。
（2）調速方便，自動化程度高。利用變頻器的多段速及集控的PLC及人機界面的設置功能，可方便的設置系統運行的高低速速度段，自動切換，可實現自動控制，無人監守，自動化程度大大提高。
（3）變頻器具有十分友好的人機界面畫面，可方便的查閱變頻器及設備的運行情況，運行記錄，故障狀態、運行實時曲線等，方便定時查閱、觀看。
（4）節能效果明顯。根據風機、泵類負載的運行特性，在低速段節能效果明顯，而且速度越低，其輸出軸功率越小，其關系為：
流量正比于轉速，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。
因此轉速下降后，其輸出的軸功率大為減小，可節約大量的能耗，起到節能的效果。據測算，節能在40%左右。
5、結論：
山東新風光電子科技發展有限公司研制生產高中低壓變頻器，已有十幾年的歷史，其在鋼鐵、礦山、油田、水泥、電力、水泵等生產機械的變頻調速方面，都有其廣泛的應用領域，并取得了良好的運行效果和節能效益。隨著變頻器技術的日趨成熟，作為高耗能企業的首選產品，變頻器必將發揮越來越多的作用，取代傳統的調速方式，已是勢在必行，為企業的自動化管理、節能降耗，建立綠色能源將會帶來更多的效益。
參考文獻：
1、 胡令芝
《高壓變頻器在山東泰山鋼鐵集團有限公司的應用》
2、陸思黨
《國產超大功率高壓變頻器在煉鐵高爐鼓風機中的應用》