中压变频器在宣钢炼钢厂除尘风机中的应用

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近年来，交流变频调速技术在各行业的应用发展迅速，由于变频调速在调速范围、动态响应、低频转矩、功率因数、效率等方面是以往的交流调速方式无法相比的，并且在节约能源、进步经济效益等方面都发挥了巨大作用，所以它的应用越来越广泛。 转炉炼钢具有明显的周期性和连续性特点，生产一炉钢需要30-45min，其中供氧（吹炼）过程为15-20min，一半以上为非吹炼时间，此时风机没有必要高速运行，如将其切换至低速节能状态，可节省大量能源，同时减少设备损耗，对进步设备利用率也十分有益。目前国内转炉一次除尘风机多采用液力耦合器，但由于存在转差损耗等，节能效果不理想，且设备故障率较高。交流变频技术不仅调速平滑，调速范围大，效率高，启动电流小，运行平稳，而且节能效果好，对风机、泵类设备而言是最佳的节能手段，均匀节能效果可以达到30%以上。但是在高电压大功率电机上尚未得到较多推广。究其原因，主要有二：一是大功率电动机供电电压高(3～10kV)，而目前变频器开关器件的耐压水平较低，造成电压匹配上的困难,屋顶通风排热风机；二是高压大容量变频调速装置技术含量高、维护难度大、造价高，而所驱动的负载多数情况下是直接关系到生产、生活的重要设备，大多数用户对它的性能和可靠性心存疑虑，不敢大胆采用。 宣钢炼钢厂通过对多家单位实际应用效果的多方考察，选用了西门子SIMOVERTMV中压变频器。 系统结构及特点 西门子SIMOVERTMV中压变频频器拥有以下明显特点： （1）SIMOVERTMV系列变频器采用传统的交―直―交变频器结构，整流部分采用12脉冲二极管整流器，逆变部分采用三电平PWM逆变器。该系列变频器采用传统的电压型变频器结构，通过采用耐压较高的HV―IGBT模块，使得串联器件数减少为12个，随着元件数目的减少，本钱降低，方案变得简洁，有助于进步可靠性。良好的输进输出波形；满足IEEE-519标准，效率高，使用简单，便于维护，采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备较强的过载能力。 （2）SIMOVERTMV系列变频器的逆变部分采用三电平方式，其输出侧需要配置输出滤波器，以获得具有低谐波分量的基本正弦电流特性以及较佳的转矩特性，同时电机的损耗可以降到最低。另外HV―IGBT优点是每次通断电的瞬间电流和电压可以完全控制，dv/dt可以调节，从而减轻对电机尽缘的损坏。 （3）系统提供多种控制模式，包括线性V/F控制，平方V/F控制，可编程多点设定V/F控制，磁通电流控制，无测速传感器矢量控制，闭环矢量控制等。通过速度反馈选板可构成带反馈的矢量控制闭环，从而可大大进步除尘系统的控制精度和稳定性。 （4）当变频器工作于限流状态时，不受输出短路的影响，这就避免了当发生电机或电缆短路等故障时，造成变频器功率元件的损坏。 （5）高性能及成熟的全数字化SIMADYND控制系统可用作开环控制和闭环控制平台，它具有灵活的标准软件，速度极快的全数字化32位信号处理器，便于操控和观测的良好用户界面，本地诊断程序以及通过调制解调器的远程诊断功能。SIMVOERTMV模块化设计不仅使系统结构十分紧凑，而且也增强了系统的维修便利性，因而进步了系统的可利用率。在设备运行的情况下风扇在半小时内可完成更换。不必使用特殊工具，只需5min就可完成IGBT功率模块的更换工作，光纤触发装置UEL采用可插式结构。SIMADYND控制板以及供选用的调制解调器接口卡也都是插进式的。模块错误信息的时序记忆功能可迅速排除整个传动系统的故障，例如：断路器、电网欠电压或过电压、变压器监测、风扇故障、电机监测，IGBT监测、直流环节电压、接地故障监测、辅助电压监测等。 （6）该变频用具有强大的通讯功能，在风机除尘工艺系统中，炉前工艺吹炼状态识别可通过PLC方便实现。由于采用了现场总线技术，该变频器与上位PLC系统之间只需通过Profibus通讯模块和一根通讯电缆实现联结，减少了操纵台及控制台之间大量的电缆连接及因此带来的诸多题目。 工艺特点 炼钢的工艺过程以及风机特性是我们选择中压变频器的主要原因。 炼钢厂氧气顶吹转炉在吹炼过程中产生大量的烟气，用风机抽取烟气经一文、二文水过滤除尘。大部分国内厂家的除尘风机采用液力耦合器调速，虽降低了电能消耗，但节能效果不佳；假如采用中压变频调速，通过网络通讯，及时判定炉前吹炼状态，进而改变风机转速来调节输出风量，这不但方便有效，还可节省大量的电能。 从风机的工作特性来看，调速控制与风门控制调节风量比较，有着更高的节能效果，通过图1风机的特性曲线可以说明其节能原理。图中，曲线1为风机在恒速(n1)下的风压-风量(H-Q)特性，曲线2为管网风阻特性（风门开度全开）。设工作点为A，输出风量Q1为100%，此时风机轴功率N1与Q1H1的乘积，即和AH1OQ1所包围的面积成正比。 根据工艺要求，风量需从Q1降至Q2，有两种控制方法：一是风门控制，风机转速不变，调节风门（开度减小），即增加管网阻力，使管网阻力特性变为曲线3，系统工作点由A移到B。由图1可见，风压反而增加，轴功率N2与面积BH2OQ2成正比，减少未几。 图1 风机的特性曲线 另一种是调速控制，风机转速由n1降到n2，根据风机参数的的比例定律，画出在转速n2下的风压-风量（H-Q）特性，如曲线4，工作点由原来的A点移到C点。可见在相同风量Q2的情况下，风压H3大幅度降低，功率N3与面积CH3OQ2成正比，明显减少，节省的功率损耗ΔN与Q2ΔH的乘积成正比，节能效果是十分明显的。 由流体力学可知，风量与转速的一次方成正比，风压与转速的平方成正比，轴功率与转速的三次方成正比。当风量减少，风机转速下降时，其消耗的功率降低很多。例如，风量下降到80%，转速也下降到80%，轴功率将下降到额定功率的51.2%。假如风量下降到50%，其轴功率将下降到额定功率的12.5%。考虑到附加控制装置效率的影响，这个节电效果也是很可观的。 系统调试过程中的题目 风机在起动过程中，其阻力矩随着转速的上升而迅速上升。当起动完毕后，阻力矩达（0.6-0.9）Me，而转炉风机起动初期，由于滑动轴承中的油膜尚未形成，呈现的静摩擦阻力矩较动摩擦阻力矩大的情况，并且在运行环境中，CO等气体残污粘结，也影响到电动机的起动转矩。由于风机是单吸双支撑结构，启动时轴向力较大，在短时间内风机很难快速启动，有时过流30%可持续10s以上，因此，时常造成变频器过负荷保护性停机。针对这一状况，笔者做了以下调整： （1）增加启动时间，减少启动负荷。启机一般都在转炉吹炼之前，此时管路内的空气为冷态（冷态空气密度比热态空气密度要大），达到相同出口风量时，势必会多做功，系统负荷加重。为减少风量，我们将机前调节阀开度打到答应范围内的最小程度，约10°，转炉二文喉口调节阀设定为12°。整个启动过程中风机进口风量可控制在20000m3/h以内。 （2）由于风机启动时工况比较特殊，在此期间会发生短时电流超过额定电流1.3倍左右(额定电流：175A，峰值电流：210A)。经过笔者多方查证，以为这是变频器答应的。变频器对短时过电流的保持时间可做调节，最大值为30s，我们经过反复实验，调整为12s，此时完全满足了需要。 （3）由于宣钢炼钢厂的高压电网时常产生波动，使得变频器经常出现35kV过电压故障，需进行内部复位，后来将变频器输进电压答应范围由原来的±5%改为±10%后，故障消除。 （4）由于主PLC系统选用的是AB公司生产的产品，而变频器选用的是西门子厂家生产的产品，在调试初期，经常出现通讯连接不稳定、数据丢失等题目，这就使得变频器必须直接从操纵台上取风机的高/低速开关量信号来实现对风机的高/低速转换控制。由于这样操纵工相当于手动控制，而且还必须由炉前操纵工通知当前转炉的生产状态才能进行相应的手动高/低速转换动作，给生产带来了很大的不便。针对这一题目，笔者对第三方SST-PFB-CLX通讯模块进行了版本升级,铁皮厂房通风降温，通过对该模块的重新配置，建立了以SST-PFB-CLX模块为主站，变频器为从站的通讯模式，这样相应地就可在原来的控制程序中添加了通讯程序，PLC将采集到的信号进行内部处理后向变频器发出运转指令，变频器经过处理后，实现风机的高/低速调速过程，从而完成了西门子变频器与A-BPLC之间的通讯，实现风机随转炉兑铁和出钢完毕的高低速自动转换。整个过程无需人工干预，不仅降低了操纵工的劳动强度，同时也为后来的转炉煤气自动回收提供了条件。 从投产后的应用效果来看，变频器限制了起动电流，减少了起动时的峰值功率损耗；改善电网功率因数，变频器使系统功率因数保持在0.95以上；消除了电动机启停时机械的冲击，延长了风机的使用寿命，减少了维护量；系统压力降低，缓解了管道的压力和密封等条件，延长了使用寿命；电机和风机运转速度下降，润滑条件、传动装置的故障率都得以下降。 效益分析 吹炼时，风机运行速度为1000r/min，电机电流均匀值I1=100A。 非吹炼时，风机运行速度为600r/min，电机电流均匀值I2=40A。 风机每年运行时间按330天计算。 （1）连续生产时，每炉吹炼周期35min，其中17min为吹炼时间，18min为等待时间。一台转炉天天均匀生产40炉钢，则： 天天吹炼时间t1：40×（17÷60）＝11.3小时 } 天天非吹炼时间t2：24－11.3＝12.7小时 （2）风机高速时（吹炼状态）电机消耗均匀功率： P1＝×Ue×I1×CosΦ＝×4000×100×0.86＝596kW （3）风机低速时（非吹炼状态）电机消耗均匀功率： P2＝×Ue×I2×CosΦ＝×2400×40×0.86＝143kW 全天用电量计算： W1＝P1×t1＋P2×t2＝596×11.3＋143×12.7＝8551kWh 不采用变频器，用电量与风机始终高速运行相差无几，为： W1＝P1×（t1＋t2）＝596×24＝14304kWh （4）一台风机一年节省的电费（0.4元/kWh）为： 330×（14304－8551）×0.4＝75.9万元 从上面的计算可以看出，采用变频器实现转炉风机调速，节能效果和经济效益都十分可观。不仅节约了大量电能，而且由于中压变频器的高可靠性使得一次除尘系统故障率降低，明显地减少了转炉停吹的次数。 宣钢炼钢厂80吨转炉一次除尘系统投进变频器后，实现了风机的高低速自动转换过程，与国内同类型钢厂比较，采用变频器进行调速的钢厂较未采用变频器调速的钢厂相比，由于风机原因，减产大为减少，这也在很大程度上说明将变频器应用于转炉风机调速系统具有推广应用价值。(end)

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收录时间:2011年01月27日 19:37:48 来源:未知 作者:

陈周锡

　　继鹤顶山风力发电场之后，位于浙江最南端的苍南县，上个月新增了一座装机容量为1.4万千瓦的霞关风电场，预计年发电量可供1万多户城市家庭使用。

　　苍南县发改局前期办副主任、高级工程师卢成标说，该县正在建设的还有皇帝平风电场，另外5个风电场已开展前期测风，7个已签订前期测风协议。他说，根据专家分析，苍南可开发风能总装机容量约80万千瓦，预计总投资100亿元。

　　事实上，苍南只是浙江风电投资热的一个缩影。

　　浙江省发改委能源局电力新能源处负责人说，规划至2020年，浙江省陆上风电场总装机容量将达80万千瓦，海上风电场总装机容量为400万千瓦，风电直接投资有望超过千亿元，以此带动风电设备、相关产业高达3000多亿元，成为浙江电力新能源的主要突破口。

　　该负责人说，新一轮浙江风电规划已编制完成，正通过省政府向国家发改委报批。

　　苍南“起风”

　　在苍南矾山镇，有两大项目被全国关注，一个是鹤顶山发电场，是全国四大风力发电场之一；另一个是“世界矾都”，这里的明矾矿储量占世界的60%。

　　作为新能源代表，鹤顶山风电场创建于1998年，至今已有28台风力发电机组。该电场工程师孟峰说，由于高山风力丰富，在20%的时间里，该电场能保持满负荷生产。去年，该电场发电量为2000多万千瓦时，按入网电价0.61元计算，营业收入为1200多万元。

　　一直分管电力的苍南县发改局前期办副主任、高级工程师卢成标说，鹤顶山电场总投资两三亿元，由于当时采用德国风电设备，致使造价成本上升等因素，该电场发电成本为1.2元/千瓦时，高出现在风电成本价0.5元/千瓦时左右。

　　卢成标说，随着风电技术成熟、设备成本下降，风电已成为最具规模化发展的清洁能源，是新一轮电力能源开发的重点之一。

　　今年4月，位于苍南霞关风电场建成营运，共安装18台780千瓦的风力发电机组，总投资14亿元，投资方为温州能源投资公司。据介绍，霞关风电场预计年发电量为2630万千瓦时，全部并入温州市电网。由于采用国产设备等，该电场成本已下降至0.7元/千瓦时左右，离入网电价只差0.1元/千瓦时。

　　卢成标说，霞关风电场马上就要进入二期开发，“形成规模后，可以减低发电成本”。

　　卢成标说，苍南可开发风能总装机容量约80万千瓦，总投资100亿元左右，是温州风电资源的主要区块之一。“我们希望把项目纳入国家风电规划，加快苍南风电资源的开发。”

　　卢成标说，与西北、北方风力资源丰富相比，浙江陆上风电“相对比较贫乏”，今后苍南风电主要将往海上转移。“因受自然条件影响，风电只是苍南电力的重要补充，所占电量不可能很大。”今后苍南要以核电、风电为切入点，打造 “浙南能源基地”。

　　目前，温州市风电规划已编制完成。“风电还是棵幼苗，目前处在扶持发展阶段。”卢成标说，温州风电处于四类资源区，目前成本价在0.7元/千瓦时左右，高出上网电价0.61元/千瓦时。在“以电补电”思路下，风电差价部分由国家、省市进行补贴，能保证风场维持运营甚至实现微利。

　　浙江千亿风投

　　事实上，近两年苍南风电项目纷纷上马，与庞大的浙江风电产业有着直接关系。

　　浙江省能源利用状况白皮书显示，浙江海岸线总长约6500公里，风能开发利用具有较好的前景，全省大多数海岛平均风速在5米/秒以上，年平均有效风速时数约6000小时以上。少数沿海地区高山顶上的有效风速时数也在6000小时以上，近大陆或面积较大岛屿有效风速时数，约占全年时数的50%-60%。

　　一位不愿具名的浙江省发改委能源局相关部门负责人说，规划至2020年，浙江省陆上风电场总装机容量将达80万千瓦。截至2009年底，浙江已建成临海括苍山、苍南鹤顶山、岱山衢山风电场一期、大陈岛等8个风电场，总装机规模近20万千瓦。目前，浙江省已建、在建风电总装机容量为28.56万千瓦。

　　“陆上风电资源比较有限，海上风电将是浙江今后的主要发展方向。”该负责人说。

　　据该负责人介绍，根据国家发改委要求，浙江已编制完成海上风电相关规划，正通过省政府向国家发改委报批，预计总装机容量1490万千瓦。他说，按照相关研究测算，到2020年浙江风电产能可达400万千瓦，装机容量1000万千瓦；到2030年达到600万千瓦，装机容量1500万千瓦。

　　该负责人说，一份最近的研究规划显示，按照海上风场分布特点，浙江将其划分为杭州湾海域、舟山东部海域、宁波象山海域、台州海域以及温州海域5个百万千瓦海上风电基地,六叶模压风机。“杭州湾、舟山等浙江北部沿海地区，因沿线浅海较多、台风较少等自然因素，率先开发海上风电项目的可行性要比温州、台州好。”

　　“目前浙江海上风电尚属空白，预计今后10年内，浙江海上风电将出现爆发式增长。”该负责人说，在海上风电的带动下，预计到2020年，浙江风电占总电量比例将上升至1%-2%，2030年将达5%左右，而现在仅为0.2%-0.3%。

　　上述浙江省发改委能源局负责人表示，浙江省重点开发海上风电同时，带动一批新的风电设备制造企业的快速成长。

　　该负责人说，按照目前测算来看，海上风电建设投资为2万元/千瓦左右，预计今后10年内，浙江海上风电投资额在800亿-1000亿元之间，其中设备和基建的比重各占大半。按照设备直接投资带动系数4倍计算，带来风电设备制造业企业近2000亿元左右的产业规模；同时，按基建直接投资带动系数3倍计算，还会带动相关产业1500亿元左右。

　　民企：以投资换市场

　　浙江乃至全国的巨大风电投资，引发众多企业纷纷上马风电设备制造，一些地方政府也有意引导扶持。

　　去年3月，温州乐清市风机产业化项目建设协调小组召开会议，专题研究当地风电装备基地的定位以及具体问题，推进风机配套生产产业集群，打造全国名列前茅的风电装备制造基地。目前，有华仪电气(14.39,-0.15,-1.03%)、钻宝等风机整机制造企业，慎江阀门、鸿宝电气、乐清玻璃钢厂等关键部件生产企业。

　　面对风电产业的红火景象，发电企业、行业专家则颇为冷静。

　　作为国内最大的风力发电企业，龙源风电一份最新内部文件说，鉴于国内风电设备“鱼目混杂”，要求公司人员把好风电设备的质量关。一位行业资深人士说，目前国内多数风电设备企业缺乏核心技术，产品 “搭配组合”式比较明显，存在一定的安全质量隐患。

　　一个值得关注的现象是，近几年一些风电设备制造的民营企业，纷纷进军风力发电项目。

　　“圈电场是假，卖风机是真。”卢成标说。风电投资大、回报周期长，一般民营企业难以承受煎熬，“以投资换市场”才是他们的另类生存方式。据了解，目前风电开发企业多为具有一定规模和实力的国家、省、市国有企业。

　　5月7日，华仪电气与中国华电集团新能源发展有限公司签署协议，分别将持有的内蒙古三胜风电有限公司90%的股权转让给后者，转让价格1620万元。本次转让后，华仪电气仍持有项目10%的股权。据悉，三胜风电发端于2009年4月，当时规划总投资在4.5亿元左右，计划安装1.5万千瓦的风力发电机33台。

　　华仪电气证券代表说，股权转让时，三胜风电处在前期开发阶段，公司投资不大。股权转让后，该风电场将使用华仪电气66台1.5万千瓦的风电机组。

　　据了解，目前华仪电气拥有开发权的风场有5家，合计装机容量达到2049.5万千瓦。去年7月，华仪电气做出了两项投资决策——拟投资10亿元在东营市设立风机设备制造基地，投资约100亿元开发正蓝旗北围子风力发电项目及正蓝旗宝绍岱扎鲁特风力发电项目。

　　据介绍，这种以 “资源换市场”是一些民企风电设备制造企业的主要策略。

           有关统计资料显示，全国在用风机产品的用电量约占全国发电总量的10%。其中，金属矿山使用的风机用电量占全国采矿用电总量的30%；钢铁工业使用的风机用电量占其生产用电总量的20%；煤炭工业使用的风机用电量占全国煤炭工业用电总量的17%。

             因此，对于风机行业来说，如何生产出更节能、环保的风机产品，是一个需要高度重视的问题。业内人士认为，节能和环保是风机行业发展的永恒主题。那么，风机生产企业究竟该从哪里着手呢？　有关专家认为，研发节能风机产品，既要从产品设计着手，又要从风机的运行着手。　　首先，在设计方面，通过应用叶轮、蜗壳等元件的科研成果，以及进一步提高制造精度，力求使各种通风机的效率平均提高5%～10%。

               
                  与此同时，"十一五"期间还应大力开展节能型鼓风机的研制工作，在这方面国外已经走在了前面。如日本对蜗壳及叶轮等通流部分的形状做了适当的改进，有效地防止了涡流及流动分离的产生，其绝热效率比原来的离心鼓风机提高5%～10%；瑞士制造的大流量离心式鼓风机，每级均设有进口导叶装置，其多变效率达82%；日本制造的多级离心鼓风机，采用进口导叶连续自动调节后，节能率达20%；高速单级离心式鼓风机采用高转速、高压比半开式径向三元叶轮后，其效率可提高10%；还有的在鼓风机主轴的另一端设有尾气透平装置，既符合环保要求，又达到了节能目的。罗茨鼓风机已采用了三叶罗茨鼓风机，既节能又降低了噪声。　　

                   在离心式压缩机的开发方面应更多地采用三元流动叶轮，使叶轮效率平均提高2%～5%。如美国研制出的天然气管线输送离心压缩机的三种大流量三元流动叶轮，叶轮效率可达94%～95%；日本的单轴多级离心式压缩机的效率水平也进一步提高，其首级的大流量半开式三元叶轮的绝热效率达94%。其调节方式应更多地采用工业汽轮机或燃气轮机驱动，以改变转速来达到节能的目的。

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在运行状态下，压缩机的油位应保持在最低与最高油位之间，油多会影响分离效果，油少会影响机器润滑及冷却性能，在换油周期内，如果油面低于最低油位，应及时补充润滑油，方法是：

本文链接: 压缩机补油的方法
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与变压器的负载有关，测量变压器铜损是通过短路实验来测定的，在短路实验中，将变压器的低压端绕组短接，而给另一个绕组加上适当小的电压，使通过两个绕组的电流都等于额定值，称为短路电压，因为短路电压很低，此时变压器的铁损可以忽略不计，此时测得的功即可认为是变压器在额定状态下的铜损。

要绕制变压器需要用大量的铜线，这些铜导线存在着电阻，电流流过时这电阻会消耗一定的功率，这部分损耗往往变成热量而消耗，我们称这种损耗为“铜损”。

本文链接: 变压器的“铜损”
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