摘 要：本文分析了高爐鼓風機的工藝及可靠性要求，介紹了ZINVERT系列高壓變頻調速系統在福建三明閩光冶煉廠高爐鼓風機變頻調速改造的技術方案和節能效果等應用情況，為高壓變頻在高爐鼓風機的應用提供了一定的經驗。

關鍵詞：高壓變頻器 高爐鼓風機 節能

1、用戶及煉鐵高爐鼓風機工藝要求簡介

　　小蕉軋鋼廠和福建三明閩光股份有限公司合資建立了福建閩光冶煉有限公司，可年產燒結60萬噸和生鐵35萬噸。該廠現有2個128立方的高爐，其工藝設備，計量測試，除塵環保，廠房和綠化水平具有當前國內同行業領先水平。

　　煉鐵過程實質上是將鐵從自然狀態——礦石等含鐵化合物中還原出來的過程。通常分為燒結和煉鐵兩段工序。燒結：就是把鐵礦粉造塊，為高爐提供精料的一種方法，是利用鐵礦粉、熔劑、燃料及返礦按一定比例制成塊狀冶煉原料的一個過程。煉鐵：高爐的冶煉過程主要目的是用鐵礦石經濟高效的得到溫度和成分合乎要求的液態生鐵。
　　高爐鼓風機是高爐最重要的動力設備，它不但直接提供高爐冶煉所需的氧氣，而且提供克服高爐料柱阻力所需的氣體動力。高爐冶煉要求鼓風機能供給一定量的空氣，以保證燃燒一定的碳;其所需風量的大小不僅與爐容成正比，而且與高爐強化程度有關、一般按單位爐容2.1～2.5m3/min的風量配備。但實際上不少的高爐考慮到生產的發展，配備的風機能力都大于這一比例，因此一般采用入口風門、出口放風閥進行風量、風壓控制，以及防止風機的喘振。

　　高爐鼓風機的由于風門的損耗、風機的效率低、放風損耗巨大，因此采用高壓變頻器改造的節能空間巨大。但是由于高爐鼓風機作為高爐生產的關鍵設備，電動機功率容量大，要求保證持續工作，在高爐生產中的運行中斷特別在出鐵水時將造成灌渣事故，導致高爐堵爐、停產、焦比上升，造成較大的經濟損失，因此目前對高爐鼓風機進行高壓變頻改造的極少，主要原因用戶對高壓變頻器設備的運行可靠性的疑問。廣州智光電氣股份有限公司的ZINVERT系列高壓變頻器以其可靠性制造與技術、大量的穩定可靠的運行業績贏得廣大用戶的信任，三明閩光冶煉選用其對#1、#2高爐鼓風機進行了高壓變頻調速改造。

2、高爐鼓風機的變頻改造方案

　　目前閩光冶煉有2個高爐進行生。其高爐風機原來采用定子串水阻啟動，通過風機入口風門和出口放風管風門進行風量風壓調節。在經過嚴密的技術比較與技術應用考察后，該廠選擇采用廣州智光生產的ZINVERT—A9H2000/10Y型高壓變頻調速裝置，對其1#、2#高爐1600kW高爐鼓風機進行變頻調速節能改造。

　　2.1 高爐鼓風機及配套電機參數

　　電機參數如下：

　　電機型號：YK1600;額定功率：1600kW;額定電壓：10kV;額定電流：109A;功率因數：0.89。

　　風機數據如下：

　　進口風壓：0.0912Mpa;出口風壓：0.2206Mpa;流量：36000m3/h;風機轉速：6122轉/分（通過增速器）;風門開度：A機進口開度35%，出口開度25%;B機進口開度45%，出口開度25%。

　　電機運行電流：90A;風機出口壓力：105kPa;年運行時間：8000小時。

　　擋板這種調節方式雖然簡單易行，已成習慣，但它是以增加管網損耗，耗費大量能源為代價的。對于高壓大功率電機，耗能則更大。當采用變轉速調節時，其效率最高，因為風量隨轉速的一次方下降，而其軸功率則按轉速的三次方規律下降，而目前性能最佳的調速方式則是國際上公認的交流變頻調速技術。

　　2.2 高爐變頻改造方案

　　福建閩光冶煉有限公司高爐配三臺高爐鼓風機。生產時，通過進風門調節對風量進行粗調;通過調節風機出口放散閥對風量進行微調。鼓風機工頻啟動時，關閉風門，先投入啟動柜，電機電流降至50A以下時，投入運行柜。啟動過程約耗時45秒。三臺鼓風機，為兩用一備工作方式，各機主回路形式一致。鼓風機主回路（單臺）如圖1所示：

圖1 改造前高爐鼓風機主接線（共三臺，兩用一備）

　　此次改造采用兩臺ZINVERT-A9H2000/10Y，二拖三手動旁路的高壓變頻調速系統，裝置一次接線如下圖所示。

圖2 二拖三手動旁路主回路

　　該方案中各一次旁路接線柜內的刀閘間采用自動相互閉鎖邏輯，保證電源輸入與輸出的唯一性，又能夠實現鼓風機之間的倒閘操作，取得靈活、可靠的控制方案。10kV電源經變頻裝置刀閘到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經刀閘與水阻柜串聯接至電動機，正常時先將水阻柜旁路再進行變頻啟動電動機;10kV電源還可經刀閘切換至工頻側通過串水阻降壓起動電動機。一旦變頻裝置出現故障，即可馬上斷開輸入側10kV開關及輸出刀閘，將變頻裝置隔離，切換刀閘至工頻側，把水阻柜投入，在工頻電源下起動電機運行。

　　ZINVERT型智能高壓變頻調速系統內核控制由雙DSP完成，裝置在現場運行時其運行頻率設定方式有多種方式。現場采用遠程操作臺的監控計算機進行頻率或轉速給定。高壓變頻器變頻運行時，用戶可根據實際煉鐵過程中的壓力需求，在控制室對鼓風機的變頻系統進行調整設定頻率以滿足工況需求。高爐鼓風機由于有風壓要求，因此運行頻率一般在40Hz以上，所以在控制系統設置下限頻率35Hz，出現坐料可能喘振時依然采用放散閥控制，避免由于風量過小風機進入喘振區。

3、項目改造總結及收益分析

　　由于某些因素的制約，此次選用的為ZINVERT手動旁路變頻系統。而高爐風機運行工況要求其24h連續運行，偶然跳閘或停機會對整個生產甚至高爐本身都會造成比較嚴重的影響。而在高爐煉鐵生產時，每1個小時就要出一次鐵，因而對變頻的可靠性要求非常高。特別是閩光冶煉高爐位于雷電高發區，為避免為防止雷電干擾停機，提高高爐風機運行可靠性，廣州智光電氣股份有限公司ZINVERT系列高壓變頻器擁有自主研發的“STT”技術（轉速跟蹤技術），能夠為正在旋轉的電機瞬時掉電恢復的功能，從而可以大大地提高了高爐生產運行的可靠性。

　　根據用戶提供的2008年3月21日投運后，高爐鼓風機的運行頻率在39～45Hz運行（如圖3中變頻運行監視界面），一個季度的統計數據，在相同鐵產量情況下，與改造前1300kW左右的功率，平均下降為900kW，用戶節電測試結果：

　　減小輸入功率：1300-900=400（kW）;

　　節能比率：400/1300=30.7%;

　　按平均每天運行24小時，電價0.5元/度，一年運行330天計算，每年可以節約電費約為：

　　400×24×330×0.5=158.4（萬元）。

　　兩臺高爐的鼓風機進行變頻改造后年節約電費可達約317萬元。

　　由節能數據看出，ZINVERT系列高壓變頻調速系統應用于高爐風機的節能及經濟效益是顯著的。另外，采用變頻調速控制后，其他方面的效益也是明顯的，如：

　　（1）網側功率因數提高： 原電機直接由工頻驅動時，采用無功補償，其實際運行功率因數為0.92。采用高壓變頻調節系統后，電源側的功率因數可提高到0.96以上，無需無功補償裝置就能大大的減少無功功率，滿足電網要求，可進一步節約上游設備的運行費用。

　　（2）設備運行與維護費用下降：采用變頻調節后，由于通過調節電機轉速實現節能，在負荷率較低時，電機、風機轉速也降低，主設備及相應輔助設備如軸承等磨損較前減輕，維護周期可加長，設備運行壽命延長。

　　（3）噪音大大減小，改善運行人員的工作環境：采用變頻調節后，由于通過調節電機轉速實現調節，風門全開，鼓風機、風管的噪音大大下降，改善工作環境條件，現場運行人員反映良好。

　　（4）用高壓變頻調速裝置后，可對電機實現軟啟動，啟動時電流不超過電機運行額定電流的1.2倍，對電網無任何沖擊，電機使用壽命增長。

4、結語

　　ZINVERT系列高壓變頻器在福建三明市閩光冶煉廠高爐鼓風機的調速表明，高爐鼓風機采用高壓變頻技術節能改造成功，設備投運以來運行穩定，完全保證高爐的正常生產，并取得了可觀的節能經濟效益與附加效益，為該產品和技術在鋼鐵行業的推廣應用取得良好經驗。

參考文獻

　　[1] 泵與風機（第三版），郭立君，何川，北京，中國電力出版社。

　　[2] 高爐熱風爐操作，劉全興，北京冶金工業出版社。

　　[3] ZINVERT系列高壓變頻調速系統培訓教材，廣州，廣州智光電氣股份有限公司。