摘要：本文介紹了風光高壓變頻器在包鋼集團固陽礦山公司球團環冷風機中的應用情況。現場運行情況表明，采用高壓變頻器對球團廠環冷風機進行調速節能，節能效果是明顯的。

關鍵詞：高壓變頻器球團環冷風機節能

Abstract:ThispaperdescribestheapplicationoftheFengguangbrandhighvoltageinverteronthepelletringcoolerinBaogangGroupGUYANGminingcompany.On-siteoperationshowthatthehigh-voltageinverterforpelletplantforspeedringcoolerenergyefficiency,energy-savingeffectisobvious.

Keywords:High-voltageinverterPelletRingcoolerEnergy

1引言

包鋼集團固陽礦山公司是包頭鋼鐵集團的一個全資子公司，主要產品有鐵精礦、白云石及矽石，鐵精礦年產量為22萬t，白云石年產量為100萬t，矽石年產量為10萬t。在職職工人數1200人。

按照包鋼集團“十二五”規劃精神及包頭市固陽縣人民政府與包鋼集團簽訂的《關于在固陽地區新建球團加工廠項目合作框架協議》，決定在固陽金山開發區內規劃建設年產360萬t球團生產線，一期建設1條240萬t/a鏈箅機-回轉窯球團生產線及配套設施。在建設球團工程的同時建設相配套的鐵精礦再磨再選工程。生產的球團礦采用汽車運輸的方式送至包鋼。

2球團生產工藝介紹

貧礦經過選礦后的精礦粉和富礦加工過程中產生的富礦粉不能直接進入高爐冶煉，必須重新造成塊。常用的造塊方法有燒結和球團。在粉狀鐵物料中配入相當數量的容積和燃料，在燒結機上點火燃燒，借助燃料燃燒的高溫作用產生一定數量的液相，把其他未熔化的燒結料顆粒粘接起來，冷卻后成為多空質塊礦。球團生產是使用不宜燒結的精礦粉和其他含鐵粉料造塊的一種方法。

球團生產大致分為3步：

首先，將細磨精礦粉、熔劑、燃料和黏結劑（皂土等）原料進行配料、混合；其次，在造球機上加適當的水，滾成10～15mm的生球；再次，

生球在高溫焙燒機上進行高溫焙燒，焙燒好的球團礦經過冷卻、破碎、篩分，得到成品球團礦。

固陽礦山公司球團的焙燒設備采用鏈篦機-回轉窯方式。其工藝流程如圖1所示。

圖1鏈回環系統

球團在連回環系統上走的過程：鼓干風機-南北回熱風機-預熱1段-預熱2段-回轉窯-1號環冷-2號環冷-3號環冷-4號環冷。

生球干燥與預熱在鏈箅機上完成。干燥預熱分為鼓風干燥段、抽風干燥段、預熱I段和預熱II段。

球團首選經過鼓風干風機抽取干燥氣流進行干燥，除去生球的物理水。把球團加熱到250℃，鼓風干燥段用熱氣流是來自環冷機第三冷卻段熱廢氣。然后在經過南北回熱風機把預熱II段近400℃的熱廢氣對料層進行干燥，使生球脫水、干燥、升溫，并可以承受預熱I段650℃以上溫度。抽風干燥段后進入預熱1段在預熱I段650℃以上的熱氣流通過料層使生球繼續干燥，并開始氧化，以保證球團在預熱II段可以承受1000℃以上高溫。預熱I段主要熱源為來自環冷機二冷段的熱廢氣，從預熱I段風箱抽出的熱廢氣與從抽風干燥段風箱抽出的熱廢氣一起，經主電除塵器除塵凈化后由主抽風機再經煙囪排入大氣。在預熱II段，球團進行氧化和加熱，并完成部分固結硬化，使球團有一定強度，能經受由鏈箅機落到回轉窯時的沖擊，在回轉窯運動過程中不致破碎。其熱源來自窯尾約1050℃熱氣流。經過回轉窯排出的球團礦溫度約1250℃，經過窯頭罩固定篩，將大塊篩出后，通過環冷機受料斗均勻布在環冷機臺車上，首選經過一號環冷段近1050℃熱氣流通過受料斗上部窯頭罩和平行管道直接入窯作二次風，提高窯內氣氛溫度。二號環冷段近700℃熱氣流通過熱風管直接引入鏈箅機預熱I段作為熱源。三號環冷段約300～350℃低溫風被送至鏈箅機鼓風干燥段作為熱源。四號環冷段約100℃廢氣通過環冷機上煙囪排放。

3環冷風機改造的必要性

環冷風機通過風門自動調節冷卻風量，在滿足回熱風回熱量的前提下將成品球冷卻。環冷風機在球團生產過程中，風機運行參數主要考慮以下幾方面因素。

（1）冷卻風量

燒結礦冷卻采用的風量必須合理。風量大冷卻效果好，冷卻時間短；風量小冷卻效果差，冷卻時間長。但風量過大則使電耗升高，相應設備的投資也會增加。隨著單位面積的增加，冷卻速度加快，冷卻時間縮短。

（2）冷卻時間

因燒結礦的表面熱量很容易被冷卻氣流帶走，而燒結礦中心的熱量向表面傳導的速度卻很慢。因此在有足夠的冷卻風量下，冷卻時間取決于冷卻礦高度以及燒結礦的粒度。目前，在單棍破碎機破碎粒度不大于150～200mm的情況下，鼓風冷卻一般為60分鐘左右。實際生產中的冷卻機，為了能與燒結機的生產率變化相配合，冷卻機的運轉速度應和燒結機機速做出同步調整。這就需要對環冷風機進行實時調節。

（3）冷卻風壓

冷卻風壓的風壓應能克服燒結礦層的阻力，冷卻臺車的篦條阻力和管道阻力，并留有一定的富余。富余壓力主要是考慮鼓風機的效率和燒結礦層透氣性改變時也能保持良好的冷卻效果。當風壓過低時，通過礦層的風量達不到要求，影響冷卻的效果；風壓過高則使電耗增加。

在球團的生產中，環冷風機在選型時按照負載的最大負荷進行選擇的。實際風機運行中，大馬拉小車現象嚴重，同時由于工況、產量的變化，系統所需求的風量也隨之變化。風機采用傳統做法，即調節進風口擋板開度大小來實現風量調節，而該方法是以增加風阻、犧牲風機的效率來達到要求的，損耗嚴重。風機電動機特別利用變頻調速技術改變設備的運行速度，以調節風量的大小，可以既滿足生產要求，又達到節約電能，同時減少因調節擋板而造成擋板和管道的磨損及經常停機檢修所造成的經濟損失，降低設備運行與維護費用，延長電機等設備使用壽命，獲得顯著的經濟效益和社會效益。

鑒于以上原因，經過多方調研考察，比較性價比，最終包鋼集團固陽礦山公司選用山東新風光電子科技發展有限公司生產的JD-BP38系列高壓變頻器4套對生產線上1號～4號環冷風機進行變頻改造。2013年11月，高壓變頻設備投入運行，改造達到了預期目的。表1為各環冷風機的基本參數。

4風光JD-BP38系列高壓變頻調速系統技術特點

風光牌JD-BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無速度傳感器矢量控制技術、功率單元串聯多電平技術，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標遠小于IEE519-1992的諧波國家標準，輸入功率因數高，輸出波形質量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機。產品2003年被列為國家重點新產品，高壓提升機變頻調速系統2005年被列為國家火炬計劃項目，獲科技部中小企業技術創新基金項目資助。2007年，高壓變頻器被評為中國名牌產品，是國內高壓變頻器行業為數不多的兩個名牌產品之一。具體來說，風光高壓變頻器除具有一般普通變頻器的性能外，還具有以下突出特點：

(1)采用高速DSP作為中央處理器，運算速度更快，控制更精準。

(2)飛車啟動功能。能夠識別電機的速度并在電機不停轉的情況下直接起動。

(3)完整的工頻/變頻自動互切技術。現在的高壓變頻調速系統一般設置工頻旁路切換柜，變頻器發生故障時能使高壓電機轉至工頻運行，旁路切換有手動旁路和自動旁路切換兩種型式，手動旁路需人工操作，適應于無備用裝置或不重要的運行工況，自動旁路可在變頻器發生故障后直接自動轉換至工頻運行。新風光公司提供的自動旁路切換柜，不僅可實現變頻故障情況下自動由變頻轉換至工頻運行狀態，還可實現在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉換至變頻運行的功能，整個轉換過程不會對用戶設備的運行造成任何影響。

(4)旋轉中再啟動功能。運行過程中高壓瞬時掉電3s內恢復，高壓變頻器不停機，高壓恢復后變頻自動運行到掉電前的頻率。

(5)線電壓自動均衡技術（星點漂移技術）。變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，傳統的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓自動均衡技術通過調整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出。

(6)單元直流電壓檢測：實時顯示檢測系統的直流電壓，從而實現輸出電壓的優化控制，降低諧波含量，保證輸出電壓的精度，提升系統控制性能，并可使保證運行維護人員實現對功率單元運行狀況的全面把握。

(7)單元內電解電容因采取了公司專利技術，可以將其使用壽命提高1倍。

(8)散熱結構設計合理，單元串聯多重化并聯結構，IGBT承受的電壓較低，可以有較寬的過壓范圍(≥1.15Ue)，設備可靠性更高。

(9)具備突發相間短路保護功能。如果由于設備原因及其他原因造成輸出短路，此時如果變頻器不具備相間短路保護功能，將會導致重大事故。變頻器在發生類似問題時能夠立即封鎖變頻器輸出，保護設備不受損害，避免事故的發生。

(10)故障自復位功能：當變頻器由于負載突變造成單元或是整機過電流保護時，可自動復位，繼續運行。

5變頻改造方案

在環冷風機改造過程中，1號～4號環冷風機采用“一拖一”控制加手動旁路柜。將變頻控制納入用戶的DCS系統，實現遠方/就地控制。為了便于操作，在操作室增加現場控制箱，用于變頻器的控制、調節。高壓啟動柜的保護整定值以保護電機為準，在變頻控制時由變頻器對電機實行電氣保護而工頻時由高壓啟動柜對電機實現保護。

改造方案如下：保留現有高壓啟動柜，在啟動柜與電機之間增加高壓變頻器與手動旁路柜，啟動柜作為電機工頻運行時的啟動柜，同時也為變頻器的進線柜。手動旁路柜用于變頻與工頻的切換，在變頻系統維護或者出現故障時，將電機投入工頻電網運行，保證生產不受影響，一次接線如圖2所示。

圖2手動旁路柜

圖2旁路柜中，共有3個高壓隔離開關，為了確保不向變頻器輸出端反送電，K2與K3采用電磁互鎖操動機構，實現電磁互鎖。當K1、K3閉合，K2斷開時，電機變頻運行；當K1、K3斷開，K2閉合時，電機工頻運行，此時變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護和調試。

旁路柜必須與上級高壓斷路器DL連鎖，DL合閘時，絕對不允許操作旁路隔離開關與變頻輸出隔離開關，以防止出現拉弧現象，確保操作人員和設備的安全。

故障分閘：將變頻器“高壓分斷”信號與旁路柜“變頻投入”信號串聯后，并聯于高壓開關分閘回路。在變頻投入狀態下，當變頻器出現故障時，分斷變頻器高壓輸入；旁路投入狀態下，變頻器故障分閘無效。

保護：保持原有對電機的保護及其整定值不變。

6變頻改造節能情況

環冷風機主要作用是將紅熱燒結礦冷卻到100℃以下，由于包鋼集團固陽礦地處北方，四季溫差明顯，對環冷風機的運行管理也應借助自然天氣溫度，例如冬季由于環境溫度較低，燒結礦有適當的溫度輸送膠帶反而有利，因此規定膠帶機上冷礦溫度可控制在100℃左右，1號鼓風機冬季可停止運行，2號、3號、4號風機可根據需要調整風機轉速。1號風機可根據天氣狀況輪流開停。為了對比變頻改造節能情況，在相同產量下，對工頻、變頻相應的運行數據進行了統計，現將部分數據分析整理如表2所示。

根據表2，環冷風機工頻運行時，功率因數取0.8，電源電壓10.05kV，計算每小時耗電為：1378.6kW。環冷風機變頻運行時，功率因數為0.97，變頻輸入電壓10.05kV，計算每小時耗電為：626.41kW。環冷風機變頻運行時，每小時節約電量752.19kW。每年運行300d，每天運行24h，那么年節約電量：752.19kW×24h×300d=541.5768萬kW•h。由此可見，節電效果還是非常明顯的。

7結束語

由此可見，山東新風光電子科技發展有限公司生產的風光牌JD-BP38系列高壓變頻器在包鋼集團固陽礦山公司球團生產線環冷風機上取得了良好的使用效果。風光牌高壓變頻器系統運行穩定，維護量小，節能效果顯著，為包鋼集團固陽礦山公司的正常生產和節能降耗做出了貢獻。

參考文獻

[1]山東新風光電子使用手冊[Z]山東新風光電子科技發展有限公司

作者簡介

徐西甲，技術支持工程師，供職于山東新風光電子科技發展有限公司。

劉峰，男，動力處助理工程師，供職于山東齊發藥業有限公司。

馬健凱，高級工程師，供職于包鋼集團固陽礦山公司機動部。

地址：山東省汶上經濟開發區

文章聯系人：郭培彬