高压变频器在高炉除尘风机上应用

洪伟

摘要：本文通过对高炉铁口除尘风机改造方案的阐述以及节能效果对比，说明在满足高炉环境除尘的基础上，高压变频调速系统在除尘风机应用技术优点，以及实际运行效果。

关键词：高压变频器；风机

Abstract：This paper expounds the advantages of the high voltage variable frequency speed regulating system in the application of the dust fan and the actual operation effect on the basis of satisfying the blast furnace environmental dust removal on the basis of the exposition of the revamping scheme of the blast furnace dedusting fan and the comparison of the energy saving effect.

Keyword ：High；voltage inverter；draught fan

一、前言

A、B高炉铁口环境除尘现各有10kV 2800kW风机1台，启动方式均为磁控软启动。原高压开关柜型号：KYN28-12型，额定工作电流：1250A，风机调速通过液偶调节装置进行。

二、系统方案

所有高压硬件系统立足高炉主控楼原高压配电室的预留空间上，在预留位置各设置一套高压变频控制装置，替代原来低效的液偶调节装置。变频器控制系统以通讯方式与主系统PLC通讯（原PLC系统增加通讯模块），根据出铁场除尘风量需求变频调节风机转速。

变频控制装置的主回路图如图1所示：高压变频器内部采用西门子系列PLC控制，便于控制功能的实现、系统扩展和网络通讯的实现。变频器主机通过I/O板与控制室的PLC系统及工控计算机实现工业以太网和PROFIBUS-DP总线的网络连接。

三、高压变频调速系统的装置设计

3.1高压变频其系统原理

根据生产工艺的要求，高压电机的负载设备在生产过程中必须进行调速。调速方式由原来中间环节调速（液偶调节装置）改为对高压电机本身进行调速，按照异步电机转速公式：n=（1-s）60f/ps：滑差p：電机级对数f：电机供电频率；由公式可知对电机调速方法多动多样，高压变频调速是手段之一。

设计采用合康HIVERT系列通用高压变频器，该调速系统采用功率单元串联多电平技术，属于高-高电压源型变频器。变频器主要由移向变压器、功率模块和控制单元三部分组成。与现场高压控制柜、旁路柜、I/O接口、工业控制计算机共同完成对异步电动机的数据采集及控制。变频器系统图见图2，变频器输入侧采用多重化移向变压器实现隔离和谐波抵消。无须功率因数补偿、谐波抑制装置，多脉冲整流技术的应用使得变频器电网侧谐波可满足IEEE519-1992标准和GB/T14549-93标准。变频器输出采用多个功率单元移向式PWM波形输出串联叠加，得到多电平高压，实现较低的输出电压谐波、共模电压和dv/dt。无须附加输出滤波装置，不会对电机的绝缘、轴承造成损害，可直接驱动普通鼠笼式、绕线式异步电动机和同步电机。

3.2控制系统改造

在原先后台监控机中新增相关控制界面，将关于除尘风机变频器的相关状态参数进行显示，以协助运行人员判断变频器的实际运行情况，并且具备相应的远程控制功能，能够完成变频器的远程起停、急停、复位等操作。除尘风机的运行方式采用自动和手动两种方式。控制系统正常时，选择在自动方式。当控制系统异常时和调试过程中，切换到手动方式正常运行。控制方式采用现场、远程二种允准方式，以远程操作优先。

所有变频器与监控系统的模拟量的输入/输出（频率给定/频率显示输出）采用硬接线，4-20mA或者0-10V信号；所有变频器与监控系统的数字量的输入/输出（启停/告警等）采用硬接线，无源干接点形式。并且根据现场需求，变频器也可提供RS232、RS485等通讯接口与控制系统进行通讯，将相关参数信号等以通讯的方式上传。

3.3新增变频操作画面功能

操作员站的任务是在标准画面和用户组态画面上，汇集和显示有关变频运行信息，供运行人员据此对机组的运行工况进行监视和控制。

操作员站的基本功能如下：

在除尘主控室的工控机上能对除尘风机进行单机操作，因此在相应的操作界面上应具有启动按钮、停止按钮、运行转速、电流显示、频率给定、频率指示、加减速时间设定、选择开关状态显示、运行信号显示、故障报警等。

四、使用前后效果对比

4.1主要技术数据及计算条件

电动机：型号YKK900-8、额定功率Pe=2800kW、额定电压Ue=10kV、额定电流Ie=190A、额定转速ne=747r/min、Cosφ=0.882、η=0.965。

目前运行数据：在电机恒速运行过程中，液力耦合器勺管开度一般在65%，输出转速为705rpm，风机入口阀门开度基本全开（99%），风机运行电流在143～145A（平均值144A）。风机入口负压在-3800～-3900Pa左右。

实行调速运行方式后，按照出铁制度，除尘风机一般只需在两档上运行，即双铁口搭接出铁时，风机在额定转速730rpm下运行；单铁口出铁时，考虑到风机低速时的性能补偿因素，风机应在额定转速的85%下运行。

根据调研，除了根据出铁制度运行之外，还存在以下两种情况需要高风量运行：

（1）在非正常情况下，出铁口会采用“双铁口同时出铁”方式，每月重叠率约为1～2天，每年重叠出铁时间约为576h。

（2）出铁口每20天修沟一次，修沟持续时间为5天。每次修沟时有2天左右对应铁沟的电动阀门基本全开，其余出铁口依次出铁。这样全年约有36天的时间共计864小时需要高风量运行。

以上两项合计，全年有1440小时额外采用“双铁口同时出铁”方式。

4.2现运行情况能耗统计

电机平均消耗功率

4.3风机节能改造后能耗计算

高速运行时电机轴功率：

低速运行时电机轴功率：

电机平均轴功率P2sh=2224× +1366× =1432kw

电机平均消耗功率P2=1432÷（0.965×0.97）=1530kw

4.4节能量

单台风机每年节能量W=（2200-1530）×（24×300-1440）≈386万kwh

除尘风机节能率：

η=386×104÷（2200×24×300）×100%≈24%

通过以上计算可以看出，严格执行操作要求，理论上将会给企业带来20%以上的节能收益。

五、结束语

通过高压变频器在高炉铁口除尘风机的近一年多实践应用观察表明，铁口除尘风机调速方式由原来液力耦合器调速改为通过高压变频器对高压电机本身进行调速方式后，节能效果明显，同时减少了机械专业维护工作量及维护成本。由此可见对于大型风机的变频改造已成为行业标准要求，更是响应国家节能降耗可持续发展战略推进的有力措施之一。

参考文献：

[1]高压大功率变频器技术原理与应用，倚鹏主编.人民邮电出版社，2008.2第一版.

[2]北京合康亿盛高压变频器用户手册，北京合康亿盛变频科技股份有限公司.