本公司炼铁系统现有4座高炉, 每座高炉分别配备了1台出铁厂除尘风机用于炼铁过程中出铁期间的除尘。原有的运行状况是:风机采用液力耦合器调速, 虽然也有节能效果, 但由于高炉周期性间断出铁, 为满足节能和环保要求, 要求风机在整个炼铁工作周期内变速运行, 出铁时高速运行, 不出铁时低速运行。
1 存在问题
经过一段时间的运行, 发现液力偶合器技术存在局限性, 主要表现在以下几方面。
(1) 不能很好地进行转速调节, 即使在不出铁时也保持在很高的转速, 造成能源的浪费。
(2) 频繁地调速造成液偶寿命缩短, 不能满足连续生产的需要。
(3) 电动机的效率低, 损耗大, 尤其在高炉不出铁时效率更低。
(4) 调节精度低、线性度差, 响应慢。
(5) 起动电流大, 影响电网稳定。
(6) 节能降耗较低, 维修工作量较大, 维修费用较高和改变工艺参数不方便。
基于以上原因经过反复论证, 提出对高炉1~4号除尘风机进行高压变频节能改造的方案。
2 节能效果分析
综合考虑高炉出铁厂除尘风机的在各种情况下的运行工况, 如图1。
图1中的深色区为出铁时间, 此时除尘风机工作在最高转速45Hz以上, 白色区域为工作在等待出铁时间, 此时除尘风机可以工作在一个极低的转速区间 (20Hz) 以下, 甚至0转速。按照提供的高炉除铁厂出铁的频率为每天除铁15炉, 每炉铁间隔约40分钟, 除铁时间约50~60分钟, 平均每天的间隔等待时间加起来接近600分钟, 因此综合整个除尘风机工作在高速区和低速区的趋势, 取除尘风机平均每天高速运行 (即出铁时) 为840分钟 (14个小时) , 即50Hz, 平均每天低速运行 (即间隔等待时) 为600分钟 (10个小时) , 即20HZ。除尘风机每年运行8000小时, 即330天 (11个月) 。得出除尘风机每年高速运行330×14=4620小时, 除尘风机每年低速运行330×10=3300小时。
电机效率统一按98%考虑。考虑电动机效率ηd和变频器的效率ηb, 则网侧功率损耗
节电率= (Pd-Pb) /Pd×100%
电机低速运行时的电耗分析见表1。
高速5 0 H z运行时为工频, 取功率为5 1 5 k W, 即工频时电费为5 1 5×4 6 2 0×0.5 5=1 3 3.2 4万。
使用变频后年总电费为133.24+8.7=141.94万。
使用挡板调节风量时风机的电费为515×8000×0.55=230.72万。
结论:比起目前用挡板调节风量的方式, 改用高压变频调速并将风机挡板常年100%全开的方式:每台630kW除尘风机每年节省电费为230.72-141.94=88.78万
3 技术方案及特点
(1) 对原系统的风压控制由原来的液力耦合器调节改为高压变频器调节, 即取消原液力耦合器, 而由变频器对电机本身进行调速, 最后达到调整风机入口的风量或压力为工况要求值, 电机与风机之间的连接方式及电机位置由机械定方案。
(2) 变频器设备接入用户侧高压开关和电机之间, 变频器控制接入原有的操作控制系统, 由原系统来完成正常操作。并设有旁路控制, 当变频器发生故障时可直接切换到旁路, 不影响电机使用。
(3) 根据升速时间的要求, 变频器的输出功率要求适应快速升速的要求。
(4) 根据下降的快速性要求, 在下降过程中必然存在异步电动机发电过程, 因此变频器应具有能量吸收装置。
(5) 高速、低速以及上升和下降时间可以在控制室在线更改。
4 变频器结构及特点
(1) 变频器的功率单元为模块化设计, 可以从机架上抽出移动和更换, 所有单元可以互换, 更换单元不须专用工具, 更换一个单元的时间一般小于10分钟。
(2) 逆变器侧采用高开关频率的IGBT器件, 保证良好的输出波形。
(3) 输入侧的隔离变压器能保护电机不受共模电压的影响。
(4) 整个变频系统采用空冷。
(5) 变频系统正面开门, 可靠墙布置。
5 改造后可达到的效果
为了能使除尘风机达到最佳使用效果, 在不出铁时只需很低的转速, 根本不需要满负荷运转, 利用高压变频器根据实际需要对除尘风机进行变频运行, 既保证和改善了工艺, 又达到了节能降耗的目的和效果。除尘风机是除尘净化系统的动力中枢, 一旦除尘风机不能正常运行, 不但影响生产造成巨大经济损失, 而且有可能会威胁到现场生产人员的人身安全。所以高压变频器应用于除尘风机具有以下特点。
(1) 高可靠性, 运行稳定。
(2) 调速范围大, 效率高。
(3) 节能效果显著, 大大降低吨铁电耗, 煤气回收率大大提高。
(4) 可以使电动机实现真正的软启动, 软停运, 变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流降低了电机的故障次数。同时, 变频器设置共振点跳转频率, 避免了风机长期在共振点运行, 使风机工作平稳, 风机轴承磨损减少, 延长了电机、风机的使用寿命和维修周期, 提高了风机的利用效率。
(5) 变频器自身保护功能完善, 大大加强了对电机的保护。
(6) 适应电网电压波动能力强。
(7) 同液偶相比在加速期间大大减少了噪声, 削弱了噪声污染。
6 节能实际效果计算
变频改造前后电耗及产量统计表 (表2)
6.1 2#风机节能效果
日节省电费 (12211-3582) ×0.55=4745.95元。 (每度电按0.55元/度计算)
年节省4745.95×365=1732271.75元。高于预计1732271.75-887800=844471.75元。
总体节电效果能达到 (12211-3582) /12211=70.66%。
6.2 3#风机节能效果
日节省 (12800-4555) ×0.55=4534.75元。 (每度电按0.55元/度计算)
年节省4534.75×365=1655183.75元。高于预计1655183.75-887800=767383.75元。
总体节电效果能达到 (12800-4555) /12800=64.41%。
通过以上计算可见:每年每台电机可节省电费160万元至170万元, 四台电机每年共节省电费约680万元。
7 结语
将高压变频器应用于高炉出铁厂除尘, 不仅完全能够满足工艺需要, 确保电机的稳定运行, 而且大大地节约了电能, 为整个高炉生产系统的节能减排贡献一份力量。
摘要：本文介绍了高压变频器在出铁厂除尘电机上的应用情况, 通过对技术方案、效益估算及实际使用情况等方面的分析, 可见出铁厂除尘电机进行变频改造后, 不仅能够满足工艺的要求, 而且在节能和环保等方面取得了很不错的效果。
关键词：高压变频器,电机,节能