摘要：本文分析了高爐鼓風(fēng)機(jī)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)在溧陽市三維焦煉廠煉鐵高爐鼓風(fēng)機(jī)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(jī)的應(yīng)用提供了一定的經(jīng)驗(yàn)。 關(guān)鍵詞：高壓變頻器 高爐鼓風(fēng)機(jī) 節(jié)能 1、用戶及煉鐵高爐鼓風(fēng)機(jī)工藝要求簡(jiǎn)介 溧陽市三維集團(tuán)，是主要從事生鐵冶煉的經(jīng)濟(jì)實(shí)體。焦煉廠位于江蘇溧陽南渡鎮(zhèn)，于2003年5月投資興建。該廠現(xiàn)有3個(gè)128立方的高爐，其工藝設(shè)備，計(jì)量測(cè)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，年產(chǎn)生鐵量為50萬噸。 煉鐵過程實(shí)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(gè)過程。煉鐵：高爐的冶煉過程主要目的是用鐵礦石經(jīng)濟(jì)高效的得到溫度和成分合乎要求的液態(tài)生鐵。 [align=center] 圖1 煉鐵高爐外觀圖片[/align] 2、高爐冶煉的全過程可以概括為： 在盡量低能量消耗的條件下，通過受控爐料及煤氣流的逆向運(yùn)動(dòng)，高效率的完成還原、造渣、傳熱及渣鐵反應(yīng)等過程，得到化學(xué)成分與溫度較為理想的液態(tài)金屬產(chǎn)品。高爐生產(chǎn)是連續(xù)運(yùn)行的。一代高爐（從開爐到大修停爐為一代）能連續(xù)生產(chǎn)幾年到十幾年。生產(chǎn)時(shí)，從爐頂（一般爐頂是由料種和料斗組成，現(xiàn)代高爐是鐘閥爐頂和無料鐘爐頂）不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑，從高爐下部的風(fēng)口吹進(jìn)熱風(fēng)（1000～1300攝氏度），吹入油、煤或天然氣等燃料。裝入高爐中的鐵礦石，主要是鐵和氧的化合物。在高溫下，焦炭中和噴吹物中的碳及碳燃燒生成的一氧化碳將鐵礦石中的氧奪取出來，得到鐵，這個(gè)過程叫做還原。鐵礦石通過還原反應(yīng)煉出生鐵，鐵水從出鐵口放出。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰分與加入爐內(nèi)的石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從出鐵口和出渣口分別排出。煤氣從爐頂導(dǎo)出，經(jīng)除塵后，作為工業(yè)用煤氣。 [align=center] 圖2 高爐冶煉工藝[/align] 高爐鼓風(fēng)機(jī)是高爐最重要的動(dòng)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(dòng)力。高爐冶煉要求鼓風(fēng)機(jī)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(qiáng)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(shí)際上不少的高爐考慮到生產(chǎn)的發(fā)展，配備的風(fēng)機(jī)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(jìn)行風(fēng)量、風(fēng)壓控制，以及防止風(fēng)機(jī)的喘振。 高爐鼓風(fēng)機(jī)的由于風(fēng)門的損耗、風(fēng)機(jī)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(jī)作為高爐生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，電動(dòng)機(jī)功率容量大，要求保證持續(xù)工作，在高爐生產(chǎn)中的運(yùn)行中斷特別在出鐵水時(shí)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(jì)損失，因此目前對(duì)高爐鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行高壓變頻改造的極少，主要原因用戶對(duì)高壓變頻器設(shè)備的運(yùn)行可靠性的疑問。廣州智光電機(jī)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(yùn)行業(yè)績贏得廣大用戶的信任，三維焦煉廠選用其對(duì)＃1、＃2高爐鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行了高壓變頻調(diào)速改造。 3、改造方案 目前三維焦煉廠有2個(gè)高爐進(jìn)行生產(chǎn)，3號(hào)爐在建設(shè)之中。其高爐風(fēng)機(jī)原來采用定子串水阻啟動(dòng)，通過風(fēng)機(jī)入口風(fēng)門和出口放風(fēng)管風(fēng)門進(jìn)行風(fēng)量風(fēng)壓調(diào)節(jié)。此次三維焦煉廠采用廣州智光電機(jī)有限公司生產(chǎn)的ZINVERT—A9H1500/10Y型高壓變頻調(diào)速裝置，對(duì)其1#、2#高爐1250kw高爐風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能改造。以下以2#高爐風(fēng)機(jī)變頻應(yīng)用為例進(jìn)行介紹。 3.1 2#高爐風(fēng)機(jī)及配套電機(jī)參數(shù) 3.2 高爐變頻改造方案 此次改造采用的為ZINVERT-A9H1500/10Y一拖一手動(dòng)旁路高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，裝置一次接線如圖4所示。10kV電源經(jīng)變頻裝置刀閘K1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)刀閘K2與水阻柜串聯(lián)接至電動(dòng)機(jī)，正常時(shí)先將水阻柜旁路再進(jìn)行變頻啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)；10kV電源還可經(jīng)刀閘K2切換至工頻側(cè)通過串水阻降壓起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。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)及刀閘K1，將變頻裝置隔離，切換刀閘K2至工頻側(cè)，把水阻柜投入，在工頻電源下起動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。刀閘K1、K2之間具有閉鎖和防止誤操作功能。 [align=center] 圖4 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一次主接線圖[/align] 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(chǎng)運(yùn)行時(shí)其運(yùn)行頻率設(shè)定方式有多種方式?，F(xiàn)場(chǎng)采用遠(yuǎn)程操作臺(tái)的控制儀表進(jìn)行頻率或轉(zhuǎn)速給定。高壓變頻器變頻運(yùn)行時(shí)，用戶可根據(jù)實(shí)際煉鐵過程中的壓力需求，在控制室對(duì)鼓風(fēng)機(jī)的變頻系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整設(shè)定頻率以滿足工況需求。 4、項(xiàng)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(dòng)旁路變頻系統(tǒng)。而高爐風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況要求其24h連續(xù)運(yùn)行，偶然跳閘或停機(jī)會(huì)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)甚至高爐本身都會(huì)造成比較嚴(yán)重的影響。而在高爐煉鐵生產(chǎn)時(shí)，每1個(gè)小時(shí)就要出一次鐵，因而對(duì)變頻的可靠性要求非常高。為防止再出現(xiàn)類似情況，提高高爐風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠性，經(jīng)總結(jié)分析，建議以后對(duì)高爐風(fēng)機(jī)變頻改造采取以下方案。即采用ZINVERT系列自動(dòng)旁路變頻系統(tǒng)。廣州智光電機(jī)有限公司擁有自主研發(fā)的“STT”技術(shù)（轉(zhuǎn)速跟蹤技術(shù)），能夠?yàn)檎谛D(zhuǎn)的電機(jī)進(jìn)行工變頻自由切換提供有力的保證，提高變頻可靠性。當(dāng)變頻故障時(shí)，變頻無需跳閘而能夠自動(dòng)進(jìn)行帶電切換到工頻狀態(tài)運(yùn)行，整個(gè)過程不會(huì)超過5秒鐘；而當(dāng)變頻故障恢復(fù)后，又可通過人工進(jìn)行帶電切換回變頻運(yùn)行，而無須等電機(jī)停下。從而可以大大地提高了高爐生產(chǎn)運(yùn)行的可靠性。 根據(jù)用戶提供的2007年5月1日～8月20日期間的運(yùn)行頻率和變頻節(jié)能測(cè)試數(shù)據(jù)記錄，采用變頻改造后，變頻調(diào)速系統(tǒng)一般運(yùn)行在40～48Hz，正常生產(chǎn)時(shí)運(yùn)行頻率一般在45～46Hz，（如圖6中變頻運(yùn)行監(jiān)視界面），對(duì)應(yīng)輸入運(yùn)行功率為1000kW左右，用戶節(jié)電測(cè)試結(jié)果變頻裝置投入運(yùn)行時(shí)： 減小輸入功率：1287.5-1000=287.5（kW）； 節(jié)能比率：287.5/1287.5=22.3%； 按平均每天運(yùn)行24小時(shí)，電價(jià)0.5元/度，一年運(yùn)行330天計(jì)算，每年可以節(jié)約電費(fèi)約為：V= =113.85（萬元）。 兩臺(tái)高爐的鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造后年節(jié)約電費(fèi)可達(dá)220萬元以上。 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(jī)的節(jié)能及經(jīng)濟(jì)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： （1）網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)提高： 原電機(jī)直接由工頻驅(qū)動(dòng)時(shí)，采用無功補(bǔ)償，其實(shí)際運(yùn)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(bǔ)償裝置就能大大的減少無功功率，滿足電網(wǎng)要求，可進(jìn)一步節(jié)約上游設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用。 （2）設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用下降：采用變頻調(diào)節(jié)后，由于通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能，在負(fù)荷率較低時(shí)，電機(jī)、風(fēng)機(jī)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(hù)周期可加長，設(shè)備運(yùn)行壽命延長。 （3）噪音大大減小，改善運(yùn)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(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，風(fēng)門全開，鼓風(fēng)機(jī)、風(fēng)管的噪音大大下降，改善工作環(huán)境條件，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員反映良好。 （4）用高壓變頻調(diào)速裝置后，可對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)電流不超過電機(jī)運(yùn)行額定電流的1.2倍，對(duì)電網(wǎng)無任何沖擊，電機(jī)使用壽命增長。 5、結(jié)語 ZINVERT系列高壓變頻器在溧陽三維焦煉廠高爐鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速改造，設(shè)備投運(yùn)以來運(yùn)行穩(wěn)定，保證了高爐的正常生產(chǎn)，并取得了可觀的節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益與附加效益，為該產(chǎn)品在鋼鐵行業(yè)的推廣應(yīng)用取得良好經(jīng)驗(yàn)。 參考文獻(xiàn) [1] 泵與風(fēng)機(jī)（第三版），郭立君，何川，北京，中國電力出版社。 [2] ZINVERT系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)培訓(xùn)教材，廣州，廣州智光電機(jī)有限公司。 作者簡(jiǎn)介： 余典云（1984-），男，江西鄱陽市人，廣州智光電機(jī)有限公司技術(shù)部技術(shù)支持工程師，從事高壓變頻調(diào)速及電力電子應(yīng)用技術(shù)研究。