摘要：本文分析了高壓變頻器在轉爐煉鋼除塵風機中的應用。實踐證明，高壓變頻器對降低除塵風機的用電率、減少起動電流、提高功率因數、改進轉爐煉鋼工藝水平、提高自動化水平有很好的應用前景。

關鍵詞：變頻調速；高壓變頻技術；轉爐；除塵風機

一、工程前期情況描述

      大冶華鑫煉鋼廠原有30T氧氣頂吹轉爐2座，采用“三吹三”方式，轉爐吹煉過程中，爐口會排出大量棕紅色的煙氣，煙氣溫度高、含有易燃氣體和金屬顆粒，按照我國1996年頒布的《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297一1996），對煙氣必須冷卻、凈化，達標后排放。若電機采用工頻運行，通過調節風門的出口擋板調節風量來滿足生產工藝要求，大量電能白白浪費在閥門上;若采用液力耦合器調速，則存在以下缺點：
（1） 調速范圍窄，轉速不穩定；
（2） 電機的效率低，損耗大；
（3） 液力耦合器經常出現故障，不能滿足連續生產的需要；
（4） 調節精度低，響應慢。 

    吹煉工藝周期
　　A到B為兌鐵加廢鋼時間，約1分鐘。
　　B到C為風機升速時間，暫定1分鐘，可以調節。
　　C到D為吹氧時間，約14分鐘。
　　D點風機開始減速，暫定2分鐘，可以調節。
　　D到E為倒爐測溫取樣時間，約2分鐘。
　　E到F為出鋼時間，約2分鐘。
　　F到G為濺渣時間，約2分鐘。

　　長期以來，不論轉爐處于哪一個運行階段，產生的粉塵大小均使除塵風機全速運行，擋板幾乎不進行任何調節，造成大量的電能浪費。隨著市場競爭的不斷加劇，節能降耗、提高生產效率成為企業發展提高競爭力的有效手段之一。

　　在九十年代后期，隨著電力電子技術、微電子技術、光電子技術的不斷發展和矢量控制技術的不斷完善，其中各種拓撲結構的高壓變頻器相繼在應用市場上出現，尤其在最近幾年，在技術和應用領域上得到不斷的進步和拓展，其中，多重化完美無諧波矢量控制高壓變頻器以其功率因數高、無諧波（輸入諧波小，對供電電網無污染；輸出諧波小，電機附加發熱和轉矩脈動小）可靠性高而受到越來越多的用戶歡迎，現已廣泛應用于電力、冶金、化工、建材等領域。

二、系統技術方案設計

    通過對冶煉工藝的分析：轉爐在煉鋼過程的不同階段對除塵風量的大小有明顯的不同，以吹氧冶煉為最大，其他除塵為最低。通過對轉爐煉鋼過程的分析，對除塵風機的控制設計于下方案。整個吹煉工藝周期約24分鐘，其中高速時間（C到D）14分鐘。為了控制簡單起見，可使除塵風機運行在兩種狀態，高速和低速，高速定為45Hz,可以調節；低速定為20Hz,可以調節。可考慮在下氧槍時給出一對接點使高壓變頻器加速進入高速運行，提氧槍時控制接點斷開，變頻器減速進入低速運行。

2．1 設備參數：

風機參數

風機型號：D700-13

額定風量：42000m3 /h

額定風壓：25490Pa

轉速：2965rpm

軸功率：400Kw

電機參數

電動機型號：JK134-2

額定電壓：：10000V

額定功率：  440KW

額定電流：30A

額定轉速：2980r/m

變頻器技術指標

型號：SH-HVF-Y10K/450

額定容量：600kVA

輸入電壓：10000V

輸出電壓：0～10000V

輸出頻率：0～50Hz

2．2 系統電氣構成

　　根據現場生產工藝情況，選用湖北三環發展股份有限公司研究開發生產的高壓變頻器作為主件，該變頻調速系統具有諧波含量小，功率因數高、模塊化結構、可靠性高等特點。除塵風機電氣系統的主接線結構圖如圖1所示。10kV電源通過母線段網側高壓開關DL接入系統，采用多重化移相干式隔離變壓器進行電源側電氣隔離，以減小對電網的諧波污染；變壓器輸出經功率柜逆變輸出后直接驅動三相異步電動機，實現除塵風量的控制。為保證整個除塵風機系統可靠性，系統設計中我們還采用工頻旁路。當系統變頻運行時，斷開隔離開關QS3，合隔離開關QS1、QS2。QS2與QS3之間還設計了機械互鎖，在變頻器運行時絕對保證QS3不可以誤合閘。在變頻運行時，由遠程PLC起停變頻器；當變頻器出現故障時，系統切換至原工頻運行方式；斷開隔離開關QS1、QS2；合隔離開關QS3。由原除塵系統啟動風機，入口擋板控制風量。

圖1  系統接線圖

圖2    工藝流程圖

三、改造效果

      從運行情況看,該高壓變頻調速裝置,運行可靠,節電效果明顯,達到了預期效果。經過工頻和變頻運行對比，測量和統計的煉鋼轉爐除風機改造后各項技術指標如下表

（1）節電效果明顯。改造前,該風機每天平均電耗為7700kW·h,而現在僅為3653kWh左右,平均每天節電4047kWh,節電率達57%,年節電效益為73萬元。                

（2）系統實現自動控制,操作簡單。系統利用轉爐煉鋼過程中氧槍的工作信號作為風機高、低速運行的控制信號,實現了風機的高、低速自動控制,系統也可根據工作需要進行人工操作,且操作方便。
                                      
（3）系統安全可靠。具有較強的自我保護能力和故障自診斷能力,有過流保護、過電壓保護、欠電壓保護、高壓電源缺相、接地等保護功能。

（4）設備運行可靠,維護費用低。由于采用變頻調速控制,其裝置具備軟起動、軟停止的功能,故在啟動時對電網及設備沒有沖擊,因此延長了電機及風機的使用壽命。由于電機的平均轉速大大降低，軸承的溫度大大降低，其壽命也大大延長，提高了整個系統的可靠性，減少了因頻繁更換軸承影響轉爐正常生產。

（5）單臺項目總體投資為98萬元，16個月即可收回投資。設備使用年限長達10年，投資收益高達600余萬元。