变频节能技术在高炉除尘风机的应用

张 涛

（河钢股份有限公司承德分公司 河北省钒钛工程技术研究中心，河北承德 067002）

0 引言

河钢承钢炼铁事业部3#高炉有一次和二次两个炉前除尘系统，担负着该高炉炉前铁口、铁沟及渣沟的粉尘、二氧化硫气体等烟气的收集及过滤作用。炉前除尘系统属于布袋除尘，依靠除尘风机吸风产生的负压将粉尘、二氧化硫气体等烟气收集到布袋，收集到粉仓内，实现除尘。原设计这套风机通过高压软起启动高压电机再通过调速型力偶合器来调节风机速度，高压电机始终处于全速满负荷运行，而实际风机不需要最大满负荷下运行（主要集中在高炉铁口开口和堵铁口这两个时段），大部分时间运行在2辕3 额定负荷段上。这样，炉前除尘系统高压电机处于全速满负荷运行，而通过调速型力偶合器对风机转速进行微量调整，产生的多余风量被浪费掉。为此在负荷变小的情况下，需要减小风机风量同时降低高压电机转速，节省电能，避免高炉在冶炼铁水生产中能源的浪费以及生产成本的上升。

虽然早期已经设计应用调速型液力偶合器来调节转速，有一定的节能效果；但是其调速性较差，始终存在转差率，有转差功率损失；输出转速始终低于输入转速，且输出转速不准确；需要附加冷却系统，增加投资费用和运行费用，使用中冷却系统频繁故障，加大维护力度；调速范围相对较窄。为此，对该炉前除尘系统进行变频技术改造，有很多节能的空间，能够在满足高炉除尘环保的同时，取得更好的经济效益，节约更多的电能。

1 变频器结构

变频器是一种交流电机控制装置，其将电压及频率恒定的电源转换为电压及频率可变的电源。其控制对象为通用交流电机。通用变频器的基本结构：整流器，中间直流环节，逆变器，控制电路；变频器的基本结构如图1 所示。

图1 变频器的基本结构

2 高压电机变频调速节能原理

高压电机变频节能用于风机调速的案例较多。风机定律由风机的相似关系总结出来，转速n 与风量Q、压力P、功率N 之间的相互关系为：

（1）风量比关系：Q1/Q2=n1/n2，风量变化与电机转速比的一次方成正比关系。

（2）风压比关系：P1/P2=（n1/n2）2，风压变化与电机转速比的二次方成正比关系.

（3）轴功率比关系：N1/N2=（n1/n2）3，功率变化与电机转速比的三次方成正比关系。

所以，转速适当调低，电机功率也将同步降低，同时电机的电能消耗也将降低，这就是变频调速的节能原理。

3 高压变频节能的特点

变频调速通过改变电动机工作电源频率实现改变电机转速的目的，综合效率较高，是一种高效调速系统。电机变频调速特点如下：

（1）电机综合效率较高，电机跟随风机降速后，电流降低，发热量降低，最终电机能耗低。

（2）对电机及负载机械实现真正的软启动，解决了启动瞬间电流冲击问题，实现无级调速且精度高范围广。

（3）与液力偶合器调速等相比，变频调速结构简单，维护量小，不产生转差率损耗。

（4）安全连锁功能齐全，具有超温过热、限流、限压，失速、减速再启动、接地保护，并具有故障记录和运行记录及报警显示，能够与PLC 系统通信链接实现远程监控远程控制。

（5）智能化水平较高，可以根据PLC 系统发出的指令，实时调整电机转速，同时接受反馈信号可以直接闭环运行，调速精度高，满足工艺控制要求。

由此得知，用于风机调速最高效最节能的方式是变频调速。

4 实施方案

4.1 变频器的选型

公司在变频器的选型考察上看中品牌的影响力，经过慎重考虑，选择西门子完美无谐波GEN 系统3 高压变频器。

4.2 变频器工作原理

根据高炉炉前除尘的重要性，采用的变频控制为一拖一方案，即1 台变频器拖动1 台风机电机。当电机需调速运行时，首先通过合隔离开关（QSl、QS2）将变频器投入到高压回路，而后合真空断路器（QF）使变频器得电并启动变频器以驱动电机，电机通过联轴器直接连接除尘风机，而不再通过调速型液力耦合器这个中间环节连接。接线如图2所示。

图2 变频器连接图

5 改造效果

5.1 简化工艺效果

在原来的调速型液力耦合器调速时，需要将风机风门开度为零和耦合器开度为零后启动电机，待电机电流稳定后再开启风门然后调节液力耦合器到相应的转速，操作相当复杂。变频改造后，通过调整变频器的频率完成低速到高速的启动，运行中的根据实际需要对风机的调速，操作非常简单方便，调速非常准确快捷。

5.2 优化设备效果

采用高压变频器取代高压软启动器和调速型液力耦合器后，不但实现风机的转速调节而且电机速度也可调低，同时风机控制系统设备简单可靠；另外启动时的缓慢升速过程也使整套风机机械设备的零部件、密封和轴承等的使用寿命大大延长。最主要的是不用液力耦合器调速，大大减少机械故障，同时降低了检修工作强度和维护量。

5.3 节电效果

进行高压变频调速改造后，最重要的是获得重大的节电效果。改造前电机电流为176 A；改造后电机电流为130 A 以下甚至更低。风机年总用电量分析：将高炉一二次除尘风机变频改造投入运行成功后，年节电量如表1 所示：

表1 变频前后对照表

2 台除尘风机经过变频改造后，年节约用电量为1383.9 万kW·h，节电率平均约为32豫。

6 结语

高压变频调速节能技术在除尘风机上的应用，是钢铁企业节能增效的新亮点、新途径，对于节约电能、降低维护费用、简化工艺操作步骤而言效果非常明显，能够为企业创造更多的经济效益。