转炉倾动回馈发电效益分析

李晔（中冶南方工程技术有限公司，湖北 武汉 430223）

1 概述

据工艺要求，转炉的倾动角度为±360，转炉炉口和炉底方向轴线与地平面垂直时为零位状态，炉子倾动负载力矩属于反阴性的位能负载。当炉体从0向加料侧或者出钢侧倾动过程中，炉体处于正力矩状态时，电动机工作在电动运行状态，当炉体从加料侧或者出钢侧摇回0或者转炉减速的过程中，电动机处于发电运行状态。这部分能量将会对变频调速装置直流回路的电容充电导致直流母线电压升高，传统倾动能耗制动控制方案通过配置制动单元和制动电阻的方法将电机发电能量转化为热能耗散掉，以保证直流电容不会产生过电压，这种方式会造成能量浪费，而且制动电阻工作时产生热量还可能影响周围其它设备，制动电阻的放电过程也会产生很大噪音。如果将传统方案中的整流单元用整流/回馈单元替代，就能将电机在发电状态下产生的能量回馈至电网，从而达到节能增效的目的，但是采用整流/回馈方案比传统的能耗制动方案初期投资大。这里以涟钢210t转炉的倾动传动系统为列，计算了拟用整流/回馈控制方案替代能耗制动方案需要增加的投资，同时对比整流/回馈控制方案下实现节电所带来的回报。

涟钢210t转炉与2009年9月投产，转炉由4台倾动电机驱动，每台电机功率300kW，正常情况下4台电机同时工作。调速方式采用变频调速，原设计方案采用整流单元外加制动电阻方式吸收电机发电状态产生的能量，电机控制回路采用整流-直流中间回路-逆变的结构，整流器、逆变器均为功率500kW。

图1 能耗制动方案电路图

图2 整流/回馈控制方案整流/回馈环节电路图

2 两种方案比较

2.1 原能耗制动方案

由于两种方案的主要区别在于整流回路以及中间直流环节，所以这里只针对该部分设计进行讨论，能耗制动方案电路图如图1所示。

能耗制动方案整流部分主要设备清单及价格如表1所示（这里只列出两种方案有区别部分），该方案此部分总价为：184183.6 元。

表1

2.2 整流/回馈控制方案

整流/回馈控制方案整流/回馈环节电路图如图2所示，整流/回馈控制方案用整流/回馈单元替代了能耗制动方案中的整流单元，并增加了1台自耦变压器，同时省去了制动单元和制动电阻。

整流/回馈方案整流部分所需主要设备及价格如表2所示。

表2 主要设备及价格表

上述设备总价为234430.6元。

考虑倾动装置需要4套设备，整流/回馈方案相比能耗制动方案需要增加投资：184183元。

2.3 能量回馈收益比较

由于涟钢转炉倾动传动系统并未采用整流/回馈方案，所以无法直接测量一段时间内回馈至电网的电量。这里利用倾动电机的逆变器采样一个炉次时间内转炉功率随时间的变化情况，来间接计算一个炉次时间内转炉的发电情况。一个炉次操作周期内转炉倾动的动作时间主要集中在兑铁和出钢-出渣阶段，其余的时间转炉位于吹炼阶段。转炉位于0位，倾动系统不工作。

2.4 出钢-出渣阶段转炉产生的电能比较

图2为转炉出钢-0-倒渣-0过程期间。通过逆变器采样的电机功率变化波形，采样周期249ms其中正值表示电机处于电动状态，从电网吸收能量；负值表示电机处于发电状态。

图3 转炉出钢-0°-倒渣-0°过程期间，通过逆变器采样的电机功率变化波形图

这部分能量最终以发热的形式消耗在制动电阻上，如果采用整流/回馈方案这部分能量将全部回馈至电网，由此就可以估计采用整流/回馈控制方案向电网回馈的电量；功率数值为0部分表示转炉处于停止状态，电机不工作。但此时整流器、逆变器等仍会有较小功率损耗。将图3数据导出并处理、分析得到以下数据：整个出钢-出渣工程用时约16分钟，其中约2.3分钟工作在电动状态，约1.8分钟工作在发电状态，约12分钟处于停止状态，如图4所示。整个出钢-出渣过程电机发出的电量为2.03kWh。

图4 出刚-出渣工程用时分析图

2.5 兑铁水阶段转炉产生的电能比较

图5为转炉0°-兑铁-0°过程期间，通过逆变器采样的电机功率变化波形，采样时间240ms。

将图5数据导出并处理并分析得到以下数据：整个兑铁过程用时约4分钟，其中约16%时间工作在电动状态，约23%时间工作在发电状态，约61%时间处于停止状态，如图6所示。整个兑铁过程电机发出的电量为0.75kWh。

3 结语

图5 转炉0°-兑铁-0°过程期间，通过逆变器采样的电机功率变化波形图

图6 转炉-兑铁过程用时分析图

综合考虑上述两种情况，由此估算出转炉一个炉次内能向电网回馈电能约2.8度，考虑到不同地区，不同时段电价差异不同，取平均电价0.7元/度来估算电能回收效益。按一座转炉每天产量30炉，一年350个正常工作日估算一年可节约电费20580元。考虑到初期投资，10年内可以收回升本实现盈利。另外，上述价格为面价，一般厂家可以提供40%的让利，也需要6年的时间收回成本。

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