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

關(guān)鍵詞：高壓變頻器 高爐鼓風(fēng)機 節(jié)能

1、用戶及煉鐵高爐鼓風(fēng)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(chǎn)燒結(jié)60萬噸和生鐵35萬噸。該廠現(xiàn)有2個128立方的高爐，其工藝設(shè)備，計量測試，除塵環(huán)保，廠房和綠化水平具有當(dāng)前國內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先水平。

　　煉鐵過程實質(zhì)上是將鐵從自然狀態(tài)——礦石等含鐵化合物中還原出來的過程。通常分為燒結(jié)和煉鐵兩段工序。燒結(jié)：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(jīng)濟高效的得到溫度和成分合乎要求的液態(tài)生鐵。
　　高爐鼓風(fēng)機是高爐最重要的動力設(shè)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(fēng)機能供給一定量的空氣，以保證燃燒一定的碳;其所需風(fēng)量的大小不僅與爐容成正比，而且與高爐強化程度有關(guān)、一般按單位爐容2.1～2.5m3/min的風(fēng)量配備。但實際上不少的高爐考慮到生產(chǎn)的發(fā)展，配備的風(fēng)機能力都大于這一比例，因此一般采用入口風(fēng)門、出口放風(fēng)閥進行風(fēng)量、風(fēng)壓控制，以及防止風(fēng)機的喘振。

　　高爐鼓風(fēng)機的由于風(fēng)門的損耗、風(fēng)機的效率低、放風(fēng)損耗巨大，因此采用高壓變頻器改造的節(jié)能空間巨大。但是由于高爐鼓風(fēng)機作為高爐生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，電動機功率容量大，要求保證持續(xù)工作，在高爐生產(chǎn)中的運行中斷特別在出鐵水時將造成灌渣事故，導(dǎo)致高爐堵爐、停產(chǎn)、焦比上升，造成較大的經(jīng)濟損失，因此目前對高爐鼓風(fēng)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(shè)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(shù)、大量的穩(wěn)定可靠的運行業(yè)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(fēng)機進行了高壓變頻調(diào)速改造。

2、高爐鼓風(fēng)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(fēng)機原來采用定子串水阻啟動，通過風(fēng)機入口風(fēng)門和出口放風(fēng)管風(fēng)門進行風(fēng)量風(fēng)壓調(diào)節(jié)。在經(jīng)過嚴密的技術(shù)比較與技術(shù)應(yīng)用考察后，該廠選擇采用廣州智光生產(chǎn)的ZINVERT—A9H2000/10Y型高壓變頻調(diào)速裝置，對其1#、2#高爐1600kW高爐鼓風(fēng)機進行變頻調(diào)速節(jié)能改造。

　　2.1 高爐鼓風(fēng)機及配套電機參數(shù)

　　電機參數(shù)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(shù)：0.89。

　　風(fēng)機數(shù)據(jù)如下：

　　進口風(fēng)壓：0.0912Mpa;出口風(fēng)壓：0.2206Mpa;流量：36000m3/h;風(fēng)機轉(zhuǎn)速：6122轉(zhuǎn)/分（通過增速器）;風(fēng)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(fēng)機出口壓力：105kPa;年運行時間：8000小時。

　　擋板這種調(diào)節(jié)方式雖然簡單易行，已成習(xí)慣，但它是以增加管網(wǎng)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(dāng)采用變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時，其效率最高，因為風(fēng)量隨轉(zhuǎn)速的一次方下降，而其軸功率則按轉(zhuǎn)速的三次方規(guī)律下降，而目前性能最佳的調(diào)速方式則是國際上公認的交流變頻調(diào)速技術(shù)。

　　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(fēng)機。生產(chǎn)時，通過進風(fēng)門調(diào)節(jié)對風(fēng)量進行粗調(diào);通過調(diào)節(jié)風(fēng)機出口放散閥對風(fēng)量進行微調(diào)。鼓風(fēng)機工頻啟動時，關(guān)閉風(fēng)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(fēng)機，為兩用一備工作方式，各機主回路形式一致。鼓風(fēng)機主回路（單臺）如圖1所示：

圖1 改造前高爐鼓風(fēng)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(diào)速系統(tǒng)，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(nèi)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?qū)崿F(xiàn)鼓風(fēng)機之間的倒閘操作，取得靈活、可靠的控制方案。10kV電源經(jīng)變頻裝置刀閘到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)刀閘與水阻柜串聯(lián)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(jīng)刀閘切換至工頻側(cè)通過串水阻降壓起動電動機。一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開輸入側(cè)10kV開關(guān)及輸出刀閘，將變頻裝置隔離，切換刀閘至工頻側(cè)，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(diào)速系統(tǒng)內(nèi)核控制由雙DSP完成，裝置在現(xiàn)場運行時其運行頻率設(shè)定方式有多種方式?，F(xiàn)場采用遠程操作臺的監(jiān)控計算機進行頻率或轉(zhuǎn)速給定。高壓變頻器變頻運行時，用戶可根據(jù)實際煉鐵過程中的壓力需求，在控制室對鼓風(fēng)機的變頻系統(tǒng)進行調(diào)整設(shè)定頻率以滿足工況需求。高爐鼓風(fēng)機由于有風(fēng)壓要求，因此運行頻率一般在40Hz以上，所以在控制系統(tǒng)設(shè)置下限頻率35Hz，出現(xiàn)坐料可能喘振時依然采用放散閥控制，避免由于風(fēng)量過小風(fēng)機進入喘振區(qū)。

3、項目改造總結(jié)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(tǒng)。而高爐風(fēng)機運行工況要求其24h連續(xù)運行，偶然跳閘或停機會對整個生產(chǎn)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(chǎn)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(fā)區(qū)，為避免為防止雷電干擾停機，提高高爐風(fēng)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(fā)的“STT”技術(shù)（轉(zhuǎn)速跟蹤技術(shù)），能夠為正在旋轉(zhuǎn)的電機瞬時掉電恢復(fù)的功能，從而可以大大地提高了高爐生產(chǎn)運行的可靠性。

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

　　減小輸入功率：1300-900=400（kW）;

　　節(jié)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(jié)約電費約為：

　　400×24×330×0.5=158.4（萬元）。

　　兩臺高爐的鼓風(fēng)機進行變頻改造后年節(jié)約電費可達約317萬元。

　　由節(jié)能數(shù)據(jù)看出，ZINVERT系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用于高爐風(fēng)機的節(jié)能及經(jīng)濟效益是顯著的。另外，采用變頻調(diào)速控制后，其他方面的效益也是明顯的，如：

　?。?）網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)提高： 原電機直接由工頻驅(qū)動時，采用無功補償，其實際運行功率因數(shù)為0.92。采用高壓變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，電源側(cè)的功率因數(shù)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(wǎng)要求，可進一步節(jié)約上游設(shè)備的運行費用。

　?。?）設(shè)備運行與維護費用下降：采用變頻調(diào)節(jié)后，由于通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)節(jié)能，在負荷率較低時，電機、風(fēng)機轉(zhuǎn)速也降低，主設(shè)備及相應(yīng)輔助設(shè)備如軸承等磨損較前減輕，維護周期可加長，設(shè)備運行壽命延長。

　?。?）噪音大大減小，改善運行人員的工作環(huán)境：采用變頻調(diào)節(jié)后，由于通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)調(diào)節(jié)，風(fēng)門全開，鼓風(fēng)機、風(fēng)管的噪音大大下降，改善工作環(huán)境條件，現(xiàn)場運行人員反映良好。

　?。?）用高壓變頻調(diào)速裝置后，可對電機實現(xiàn)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(wǎng)無任何沖擊，電機使用壽命增長。

4、結(jié)語

　　ZINVERT系列高壓變頻器在福建三明市閩光冶煉廠高爐鼓風(fēng)機的調(diào)速表明，高爐鼓風(fēng)機采用高壓變頻技術(shù)節(jié)能改造成功，設(shè)備投運以來運行穩(wěn)定，完全保證高爐的正常生產(chǎn)，并取得了可觀的節(jié)能經(jīng)濟效益與附加效益，為該產(chǎn)品和技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的推廣應(yīng)用取得良好經(jīng)驗。

參考文獻

　　[1] 泵與風(fēng)機（第三版），郭立君，何川，北京，中國電力出版社。

　　[2] 高爐熱風(fēng)爐操作，劉全興，北京冶金工業(yè)出版社。

　　[3] ZINVERT系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)培訓(xùn)教材，廣州，廣州智光電氣股份有限公司。