0 引言
風(fēng)機(jī)類設(shè)備是鋼鐵生產(chǎn)行業(yè)的耗電大戶,目前主要的控制方式是采用液力耦合器調(diào)速,或通過翻板來調(diào)節(jié)風(fēng)量,其中蘊(yùn)藏著巨大的節(jié)能空間。采用高壓大功率變頻調(diào)速方案,將會產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。對降低噸鋼耗水電指標(biāo)、節(jié)能降耗起到積極作用。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及IGBT等功率器件的飛速發(fā)展,高壓大功率變頻器產(chǎn)品已日漸成熟,但是對于不同的工況條件,節(jié)能效果上差別很大,不能盲目推廣投運(yùn),必須對使用條件和現(xiàn)場工況作細(xì)致的研究。
1干熄焦循環(huán)風(fēng)機(jī)的工藝要求
干熄焦循環(huán)風(fēng)機(jī)是干熄焦氣體循環(huán)系統(tǒng)中的關(guān)鍵核心設(shè)備，為氣體循環(huán)提供動力，根據(jù)工況調(diào)節(jié)循環(huán)風(fēng)量，控制排焦溫度及鍋爐入口溫度。在干熄焦氣體循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，循環(huán)風(fēng)機(jī)的控制方式一般有2種:循環(huán)風(fēng)機(jī)不調(diào)速，采用翻板閥門來調(diào)節(jié)風(fēng)量;循環(huán)風(fēng)機(jī)采用液耦或變頻調(diào)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量。循環(huán)風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)可以更精確地調(diào)節(jié)循環(huán)氣體的流量，有利于干熄焦鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行。
循環(huán)風(fēng)機(jī)工藝技術(shù)參數(shù)：型號，GXS160；形式，雙吸入離心式風(fēng)機(jī)；容積流量，232000m3/h；壓力，風(fēng)機(jī)全壓13.5kPa，入口靜壓約-4.5kPa；介質(zhì)密度，0.77kg/m3；轉(zhuǎn)速，1490r/min。
高壓電機(jī)工藝技術(shù)參數(shù)：型號，YKK630-4；額定功率，2240kW；額定電壓，6kV；額定電流，248A；額定轉(zhuǎn)速，1486r/min；功率因數(shù)，91%。
循環(huán)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量要求隨著干熄焦系統(tǒng)排焦量的變化而變化，主要目的是穩(wěn)定系統(tǒng)的排焦溫度及鍋爐入口溫度，風(fēng)量的調(diào)節(jié)通過循環(huán)風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速來實(shí)現(xiàn)。變頻器控制方式選擇:遠(yuǎn)程及本地。當(dāng)選擇開關(guān)打到遠(yuǎn)程位置時(shí)，控制權(quán)交給干熄焦中控室EI系統(tǒng)的后臺上位工控機(jī)；當(dāng)選擇開關(guān)打到本地位置時(shí)，控制權(quán)交給變頻器。正常工作時(shí)，循環(huán)風(fēng)機(jī)的入口檔板全開，在干熄焦中控室EI系統(tǒng)的上位工控機(jī)畫面上給定頻率，控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)風(fēng)量。
2變頻調(diào)速控制的系統(tǒng)性能特點(diǎn)
對于2240kW/6.0kV高壓變頻裝置，北京利德華福電氣技術(shù)有限公司HARSVERT-A系列高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)，可以很好的滿足現(xiàn)場調(diào)速要求。該系列變頻采用新型IGBT功率器件，全數(shù)字化微機(jī)控制，具有以下特點(diǎn)：
（1）高-高電壓源型變頻調(diào)速系統(tǒng)，直接3、6、10kV輸入，直接3、6、10kV輸出，無須輸出變壓器。
（2）輸入功率因數(shù)高，電流諧波少，無須功率因數(shù)補(bǔ)償/諧波抑制裝置。
（3）輸出階梯正弦PWM波形，無須輸出濾波裝置，可接普通電機(jī)，對電纜、電機(jī)絕緣無損害，電機(jī)諧波少，減小軸承、葉片的機(jī)械震動，輸出線可以長達(dá)1000m。
（4）標(biāo)準(zhǔn)操作面板配置或彩色液晶屏全中文操作界面。
（5）內(nèi)置PLC，易于改變控制邏輯關(guān)系，適應(yīng)多變的現(xiàn)場需要。
（6）支持Profibus、Modbus、TCP／IP等多種通信協(xié)議。
（7）可接受和輸出0～l0V／4～20mA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號。
（8）直接內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，可開閉環(huán)運(yùn)行。
3高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)原理
3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
HARSVERT-A系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6000V有15（或21）個(gè)功率單元，每5（或7）個(gè)功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。
圖1 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
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3.2功率單元結(jié)構(gòu)
每個(gè)功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，其電路結(jié)構(gòu)見圖2，為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側(cè)為二極管三相全橋。
圖2 功率單元電路結(jié)構(gòu)
3.3輸出側(cè)結(jié)構(gòu)
輸出側(cè)由每個(gè)單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通過對每個(gè)單元的PWM波形進(jìn)行重組，可得到如圖3所示的階梯PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機(jī)的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機(jī)不需要降額使用，可直接用于設(shè)備改造；同時(shí)，電機(jī)的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機(jī)械振動，減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。
當(dāng)某一個(gè)單元出現(xiàn)故障時(shí)，通過使圖2中的繼電器K閉合，可將此單元旁路出系統(tǒng)而不影響其他單元的運(yùn)行，變頻器可持續(xù)降額運(yùn)行，如此可減少很多場合下停機(jī)造成的損失。
圖3 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)輸出的相電壓階梯PWM波形
4設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)
干熄焦循環(huán)風(fēng)機(jī)變頻的投運(yùn)調(diào)試過程順利，投運(yùn)一次成功。該變頻技術(shù)成熟，性能良好，優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：
（1）運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠。設(shè)備自投運(yùn)以來，一直運(yùn)行正常，沒出現(xiàn)過故障，并具有免維護(hù)的特點(diǎn)，只需定期清洗柜門上的通風(fēng)濾網(wǎng)。
（2）速度響應(yīng)及時(shí)準(zhǔn)確，起停平穩(wěn)。對電網(wǎng)幾乎無諧波干擾，大大減少了電機(jī)的振動和噪音，完全滿足干熄焦氣體循環(huán)系統(tǒng)的工藝需求。
（3）變頻器自身保護(hù)功能完備，控制器用戶接口電路完善，現(xiàn)場信號接入靈活方便，內(nèi)部控制連接采用光纖通信技術(shù)，具備良好的抗電磁干擾性，可靠性大大提高。
（4）適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動能力強(qiáng)。盡管廠區(qū)內(nèi)電網(wǎng)電壓波動頻繁（電壓波動范圍為5.7～6.3kV），變頻器運(yùn)行仍穩(wěn)定正常。
（5）節(jié)能效果顯著。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行工況，排焦量在140t/h左右時(shí)，系統(tǒng)所需風(fēng)量約為額定風(fēng)量的30%，此時(shí)變頻器的運(yùn)行頻率為40Hz。
參考文獻(xiàn)
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（轉(zhuǎn)載）
