概述： 　　 文章根據昆鋼集團二煉鋼廠為了提高系統自動化程度、改善工藝條件從而在轉爐吹氧風機的設計上采用了東方凱奇公司高壓大功率變頻器替代傳統的液力耦合器進行調速的情況，結合東方凱奇公司高壓大功率變頻器在現場的使用情況、以及與液力耦合器進行對比后的情況總結了采用變頻器后的優點、對提高工藝水平的好處以及良好的節能效果。 　　 從使用的情況看，高壓大功率變頻器完全可以適應這種場合的應用，它的優異性能將會為用戶帶來極大的方便和產生良好的經濟效益。 　　 　　關鍵詞：高壓變頻器，液力耦合器，除塵風機，調速節能 　　 　　1. 工程概述 　　 昆鋼二煉鋼廠現有原設計公稱容量15噸氧氣頂吹轉爐三座，2000年對轉爐進行了擴容和氧槍改造。2001年二煉鋼廠全年共產鋼90.6萬噸，轉爐平均出鋼量為22噸/爐，裝入量為24噸。2002年二煉鋼全年共產鋼104.5萬噸。 　　隨著國民經濟的高速發展，需要在現有設備條件下盡力挖掘設備潛力，提高鋼鐵產量。根據我們調查和分析，限制二煉鋼廠綜合產鋼能力提高的主要因素是轉爐系統產鋼能力不足。 　　 轉爐產鋼能力主要受出鋼量，轉爐作業率和縮短冶煉周期等因素制約。為實現150萬噸綜合產鋼能力，除了對轉爐擴容外，還必須提高轉爐作業率和縮短冶煉周期。通過理順物流，可減少轉爐等待時間2.5分鐘；提高鐵水質量，增加供氧強度，縮短供氧時間2.5分鐘；穩定原料成分，減少波動，可提高轉爐一次倒爐出鋼率，縮短終點倒爐取樣及測溫時間1.5分鐘。冶煉周期可從現在的29.47分的基礎上縮短至23.5分鐘以內，使二煉鋼廠的綜合產鋼能力達到150萬噸。 　　 在市場競爭日益激烈的前提下，昆鋼集團有限公司二煉鋼廠積極采取措施在增加產量的同時降低消耗，使企業在市場競爭中增加競爭力。 　　2. 調速方案的選擇 　　 昆鋼二煉鋼廠在2003年6月擴建煉鋼廠設計綜合產鋼能力為150萬噸，其三座轉爐分別配置三套除塵系統，該系統一方面將燃燒不完全的煤氣回收，另一方面通過除塵風機排除剩余煙氣，為滿足鋼廠節能及環保的要求，除塵風機根據煉鋼工藝在吹氧及煉鋼時高速運行，其余時間為低速運行。 　　為了滿足生產工藝，使系統的運行符合工況，肯定需要系統有良好的調速性能。傳統的解決辦法是采用液力耦合器調速技術方案、直流調速技術方案以及其它方式的調速方案。一般采用液力耦合器進行風機調速的居多，由于液力耦合器本身的技術缺陷，在該系統中已難以較好地滿足生產工藝要求，這些缺陷有： 　　a．采用液力耦合器時，在低速向高速運行過程中，延遲性較明顯，不能快速相應，同時這時候的電流較大，如整定不好會引起跳閘，影響系統穩定性。 　　b．液力耦合器本身控制精度差，調速范圍窄，通常在40％～90％之間； 　　c．電機啟動時，沖擊電流較大，影響電網的穩定性。 　　d．在高速運行時，液力耦合器有丟轉現象，嚴重時會影響工作的正常進行。 　　e．液力耦合在調速運行時產生機械損耗和轉差損耗，效率較低，造成電能浪費。 　　f．液力耦合器工作時是通過一導管調整工作腔的充液量，從而改變傳遞扭矩和輸出轉速來滿足工況要求；因此，對工作腔及供油系統需經常維護及檢修。液力耦合器經過一段時間使用，其維護費用較高， 　　g．液力耦合器故障時，無法再用其它方式使其拖動的風機運行，必須停機檢修。 　　h．耦合器運行時間稍長，會漏油嚴重，對環境污染大，地面被油污蝕嚴重。 　　i．風機和電機的運行噪音大，達到90dB左右，嚴重影響操作人員的身體健康。 　　 從以上情況來看，如果使用液力耦合器，會制約昆鋼二煉鋼廠節能降耗，降低生產成本，提高生產效率，增加企業競爭力的目的。 　　 由于使用液力耦合器有這些固有的缺陷，現在有很多企業已經采用新型的高壓大功率變頻調速裝置拖動風機，取得了良好的應用效果。 　　2003年6月，昆鋼集團二煉鋼廠和成都東方凱奇公司經過技術磋商，決定在1號轉爐的除塵風機上進行變頻改造，以滿足風機調速的要求，改善工藝狀況。 　　3. 變頻改造方案實施 　　 除塵風機是除塵凈化系統的動力中樞，一旦除塵風機不能正常運行，不但影響生產，造成巨大的經濟損失，還有可能危脅到現場生產人員的人身安全；另外，調速系統工作的環境比較惡劣；同時轉爐又周期性間斷吹氧；所以，和除塵風機配套的高壓調速系統，要求具有極高的可靠性。基于以上工作特點，對變頻調速系統的主要要求如下： 　　a. 要求變頻器具有高可靠性，長期運行無故障。 　　b. 要求變頻器有完美的旁路功能，一旦出現故障，可以先切換到單元旁路下運行，同時也可以使電機切換到工頻運行。 　　c. 調速范圍要大，效率要高。 　　d. 具有邏輯控制能力，可以自動按照吹氧周期升降速。 　　e. 有共振點跳轉設置，能使電機避開共振點運行，讓風機不喘振。 　　系統原理圖如下： 　　 　　其中K1、K2、K3為變頻器的旁通柜，K1、K2與K3互鎖， 　　從系統的原理圖中可看出，進行變頻改造對原系統改動較小，可在較短時間內完成改造方案，K3的加入可使變頻在有故障的情況下工頻旁通。 　　該變頻器的參數如下： 　　型 號：DFCVERT-MV-1000/6B 　　輸入參數： 　　額定電壓：三相交流6.3kV±10％ 　　頻 率：50Hz 　　輸入側電流畸變率：＜4%（30%負載以上） 　　輸入側功率因數：＞0.96（20%負載以上） 　　輸出側電流畸變率：＜3% 　　效 率： 96％ 　　輸出參數： 　　容 量：1000kVA（適配電機功率800—850kW） 　　額定輸出電壓：6kV 　　額定輸出頻率：50Hz 　　輸出頻率范圍：0.1—50Hz 　　頻率分辨率：0.01Hz 　　升降速時間：1—3000秒可調 　　電流波形：完全正弦 　　其它： 　　防護等級　　　　　　　　　　IP31 　　環境溫度　　　　　　　　　　0-40℃ 　　環境濕度　　　　　　　　　　90%,無凝結 　　海拔高度　　　　　　 　　 1860米 　　高低速邏輯控制功能（加減速時間均可按照工藝要求設定） 　　具有標準PID控制功能 　　具備故障查詢功能，與上位機聯機后可以打印故障 　　支持DCS、ProfiBus網絡化運行 　　支持遠端操作顯示 　　輸入輸出保護：輸入缺相、欠壓、過壓、過流；輸出過流、缺相、不平衡等 　　內部保護：過載、過熱、通訊故障、單元自動旁路故障單元等; 　　電機參數如下： 　　電機型號：Y B630S1-1 　　額定功率： 800kW 　　額定電壓： 6kV 　　額定電流： 90.6A 　　額定轉速： 2950r/min 　　功率因數： 0.89 　　風機參數如下： 　　 風機型號：D1100 　　 額定流量：66000m3/ h 　　 全 壓：24658 Pa.g 　　效 率：95.5% 　　 　　 2003年8月底變頻器發往現場，9月中旬變頻器完成了現場的安裝調試工作并正式投入生產運行。 　　 變頻器從制造到正式投入使用，所用的生產、安裝、調試周期都很短，總共僅有3個多月的時間，保證了1號轉爐的技術改造的周期和正常的生產。 　　　　同傳統的液力耦合器比較，東方凱奇電氣有限責任公司生產的高壓變頻器有以下優點： 　　（1）運行穩定，安全可靠。原來使用液力耦合器大概40天左右就必須更換軸承，每次需停爐半天左右，帶來的巨大的經濟損失。DFCVERT-MV型變頻器具有免維護的特點，只需定期更換柜門上的通風濾網，不用停機，保證了生產的連續性。 　　（2）節能效果較為顯著，大大降低了噸鋼電耗。 　　（3）電動機實現了真正的軟啟動、軟停運，變頻器提供給電機的無諧波干擾的正弦波電流，降低了電機的故障次數。同時，變頻器設置共振點跳轉頻率，避免了風機會處于共振點運行的可能性，使風機工作平穩，風機軸承磨損減少，延長了電機和風機的使用壽命和維修周期，提高了設備的使用壽命。 　　（4）變頻器自身保護功能完善，同原來繼電保護比較，保護功能更多，更靈敏，大大加強了對電機的保護。 　　（5）變頻器同現場信號采用可靠的連接方式，控制方便，性能可靠，滿足煉鋼生產的需要。變頻器內置有PLC，現場信號接入靈活。在控制邏輯上，由現場（轉爐）為變頻器提供一對高速、低速節點，變頻器按照節點的狀態自動高速、低速往復運行；由變頻器自身的頻率輸出進行轉速測定，可以取消原來同電機相連的測速器，由變頻器為現場直接提供電機轉速指示。 　　（6）設備適應電網電壓波動能力強，有時電網電壓高達6.9kV，或者電壓低至5.5kV變頻器仍能正常運行。 　　（7）同液力耦合器比較，在加速期間大大減小了噪聲，削弱了噪聲污染。由于不用定期拆換軸承或者對液力耦合器進行維修，避免了機油對環境的污染，使風機房的現場環境有了極大改善。 　　（8）由于電機降低速度運行以及工作在高效率區，因此電機和軸承的溫升都明顯低于采用液力耦合器的系統，這樣可以延長風機系統的使用壽命。 　　 從現場投運來看，該變頻器通常運行在高速和低速兩種狀態，當轉爐在吹氧和煉鋼時，變頻器由低速轉入高速狀態，上升時間要求在1分鐘之內完成，否則在吹氧和煉鋼時要產生大量的煙氣，若不能及時排出煙氣，將會影響到生產甚至現場工作人員的人身安全。經過現場多次運行，DFCVERT-MV-1000/6B變頻器完全能夠滿足這項技術要求。其次，從高速到低速也完全滿足工藝的要求。 　　4. 經濟分析 　　 根據擴建后煉鋼工藝要求，煉一爐鋼為23分鐘。由風機中控室根據下氧槍信號給變頻器一高速信號使變頻器運行在高速狀態，時間為8～12分鐘，根據轉爐出鋼信號使變頻器運行在低速狀態，時間為11～15分鐘，其中，高速狀態為43HZ（2500轉/分鐘）；低速狀態為18HZ（1000轉/分鐘）。 　　 現場實測到當變頻器運行在高速狀態時，變頻器的輸入電流為40.2A；當變頻器運行在低速狀態時，變頻器的輸入電流為18A；煉一爐鋼變頻器運行在高速狀態平均所需時間為10分鐘，低速狀態平均所需時間13分鐘；若按年工作日8000小時計算，那么，變頻器在一年里高速狀態的時間約3480小時，低速狀態約4520小時； 　　（1）采用變頻器拖動風機時 　　高速狀態： 　　P1 =√3 UIcosф= 1.732×6.3×40.2×0.96＝419.00544kW 　　低速狀態： 　　P2 =√3 UIcosф= 1.732×6.3×18×0.95＝186.58836kW 　　平均功率 P=P1×0.8+P2×0.2=372.52kW(高速狀態約80％，低速狀態為20％) 　　（2）采用液力耦合器時 　　高速狀態： 　　P1’ =√3 UIcosф= 1.732×6.3×52×0.93＝527.68kW 　　低速狀態： 　　P2’ =√3 UIcosф= 1.732×6.3×44×0.9＝432.1kW 　　平均功率 P’=P1’×0.8+P2’ ×0.2=508.564W (高速狀態約80％，低速狀態為20％) 　　（3）采用變頻調速和采用液力耦合器調速與采用變頻器調速裝置運行的節能率對比： 　　F=(P’-P)/P=(508.564-375.52)/508.564=26.17% 　　從計算結果知道，采用變頻器技術改造后，不僅具有良好的節能效果，而且操作方便，特別適合于鋼鐵廠進行風機的技術改造。 　　5．工藝特性的改進 　　 采用變頻調速后，整個煉鋼風機的工藝特性得到很大的改進，主要反映如下： 　　（1）電機的溫升和軸承溫升下降明顯 電機溫升在采用液力耦合器時的59℃下降至44℃，電機的前后軸承的溫度都有響應的下降； 　　（2）電機的振動明顯降低 電機的振動由采用液力耦合器的2.2mm下降到0.2mm，改善的效果非常明顯。 　　（3）整機的運行噪音改善明顯 采用液力耦合器時，無論低速高速，由于電機均處于工頻運行，整機的噪音明顯，達到90dB左右，但是進行變頻改造后，整機的運行頻率下降至40Hz左右，電機的運行噪音明顯下降，低于80dB,在低速運行時基本上聽不到噪音，達到65dB以下，大大改善了現場的噪音污染。 　　（4）日常維護包養工作量和費用下降 采用液力耦合器估計每年的維護費用在5萬元左右，采用變頻器后，這項費用下降為數千元左右。 　　（5）調速范圍 采用液力耦合器調速范圍具有相當大的限制，采用變頻器后，變頻范圍可以任意設定，大大地增強了工藝調節能力。 　　6. 結束語 　　 經過近半年的運行，證明DFCVERT-MV-1000/6B高壓大功率變頻器性能好，可靠性高，節能效果明顯，滿足連續生產對調速系統的要求，同時可以大大改善工藝條件，提高生產效率，具有很好的推廣價值。 　　因此昆鋼集團二煉鋼廠在成功改造了1號轉爐后又決定對2號、3號轉爐進行變頻改造。