湖北三环高压变频器在湖北新冶钢某炼钢厂电弧炉除尘风机上的应用

　湖北新冶钢某炼钢厂70t交流电弧炉。除尘器系统采用布袋式除尘器，最大除尘风量160000 m3／h。
　　电炉的炼钢周期为70~85分钟，其中装料5~8分钟，送电熔化20~25分钟，吹氧25~28分钟，还原期12~16分钟，冲渣出钢5~7分钟。在不同的生产工艺阶段，电弧炉产生的烟气量和烟气温度不同，且差异较大。加料过程中，主要是装料时废钢及渣料产生的扬尘，需要的除尘风量不大，要求粉尘不扩散，不污染电炉周边工作环境为标准。送电过程中是原料送电拉弧加热，引发可燃废弃物燃烧产生废气。此时，电炉需要将炉料加热至熔化状态，要求烟尘能够及时排出，又不能过多的带走炉体热量以保证炼钢周期。而在吹氧期间，不仅要求除尘系统能够及时迅速地将炉口大量棕红色的烟气和粉尘排走，又必须保证炉体有合适的吹炼温度，确保终点温度。因此，对除尘系统要求较高。进入还原期，吹氧告一段落，粉尘度再一次降低。在冲渣出钢时，主要排放物是冲渣产生的水蒸汽和少量废气。
　　通过对冶炼工艺的分析：电弧炉在炼钢过程的不同阶段对除尘风量的大小有明显的不同，以吹氧冶炼为最大，加料除尘为最低。通过对电弧炉除尘系统中除尘风机的运行方式和过程的分析，对除尘风机的控制设计于下方案。

*设备参数：
——风机参数

风机型号： AY-FR2760
流量：160000m3/h
风压：3500Pa
轴转速：730r/min
轴功率：1470Kw

——电机参数

电动机型号：YKS650-8
额定电压：：6000V
额定电流：189A
额定转速：736r/min

——变频器技术指标

型号：SH-HVF-Y6000/2000
额定容量：2000kVA
输入电压：6000V
输出电压：0~6000V
额定电流：200A
输出频率：0~50Hz

*系统电气构成
　　根据现场生产工艺情况，选用湖北三环发展股份有限公司研究开发生产的高压变频器作为主件，该变频调速系统具有谐波含量小，功率因数高、模块化结构、可靠性高等特点。除尘风机电气系统的主接线结构图如图2所示。6kV电源通过母线段网侧高压开关DL接入系统，采用多重化移相干式隔离变压器进行电源侧电气隔离，以减小对电网的谐波污染；变压器输出经功率柜逆变输出后直接驱动三相异步电动机，实现除尘风量的控制。为保证整个除尘风机系统可靠性，系统设计中我们还采用工频旁路。当系统变频运行时，断开隔离开关K3，合隔离开关K1、K2。K2与K3之间还设计了机械互锁，在变频器运行时绝对保证K3不可以误合闸。在变频运行时，由远程PLC起停变频器；转速由微机控制系统给定，实现除尘风机的转速和风量控制。当变频器出现故障时，系统切换至原工频运行方式；断开隔离开关K1、K2；合隔离开关K3。由原除尘系统启动风机，入口挡板控制风量。


系统接线图2

*系统控制方案

由不同工艺阶段的烟气温度有明显差异，因此温度的高低直接反映了电炉的运行工况。系统并没有采用检测电炉工作中粉尘浓度的方式来直接控制除尘风量，而是采集烟道温度作为系统调节的基本参量，通过计算机进行计算和综合输出4~20mA电流作为高压变频器的频率给定信号系统控制。同时，以吹氧量和冷风门开度作为除尘风量的修整参量，从而提高系统响应速度、改善控制品质、达到良好的除尘效果、实现除尘风量自动控制、降低运行人员劳动强度、提高系统效率，达到最佳的节电效果。具体的控制逻辑见图三所示。


自动控制示意图3

　　为了保证系统的可靠性，另外增加了除尘风量手动控制回路，对除尘风量的控制采用分段调速的方式由炉前操作台控制变频运行的频率点，从而实现不同运行工况下的风量调节。控制逻辑图如图四所示。


手动控制示意图4

实践证明：系统在设计了两套控制方案后大大提高了系统的实用性和可操作性，很好的满足了现场生产要求。同时，在改善现场工作环境，提高产品质量，降低吨钢能耗方面起到了积极作用。

系统特点：
   变频调速技术在电炉除尘系统中应用后，主要体现了以下几个特点：
1、提高了功率因数，大大降低了起动电流（起动电流从1200A左右降到不足30A），实现了最佳的软起动。
2、除尘设备功耗随电炉炼钢生产工艺变负荷运行，提高了系统效率；取得显着的节能效果。
3、降低了除尘系统用电负荷，减少了直接起动对电网的电流冲击，同时也减少了对电机、除尘风机的冲击，延长了除尘器、除尘布袋、除尘风机、除尘电机、烟道等设备的使用寿命。
4、对降低炉内热量损失，合理控制过程温度，做到炉温控制的最优化。
5、对除尘系统进行变频改造，缩短炼钢时间，提高钢的品质。

节能分析：
　　为了对除尘系统变频改造后的效果进行评价，在系统投入正常运行1个月后对设备实际使用和节电情况进行了测定和数据分析。
　　对变频改造后的节能情况进行统计分析,将除尘风机切到工频连续运行72小时，统计这段时间的耗电量和炼钢量;再将除尘风机切到变频工况下连续运行，按同样的方法统计这段时间的耗电量和炼钢量。

表1
变频运行和工频运行对比

表2
               
通过对统计数据的分析处理，我们可以得出于下结论：除尘系统在变频改造后，功率因数从0.83左右提高到0.973;吨钢除尘电耗降低了16.4kW·h，设备节电率高达59.3%，平均每年可节电660万kWh，按结算电费0.35元/ kWh计算，每年节能效益达230万元，值得大力推广。

参考文献 :
[1] 沈才芳等编着．电弧炉炼钢工艺与设备（第2版）．北京：冶金工业出版社，2001
[2] 湖北三环发展股份有限公司  SH-HVF系列高压变频器手册