一、引言

　　小型高爐一般有一個出鐵場，該出鐵場設(shè)有一個出鐵場除塵系統(tǒng)，除塵系統(tǒng)主要用于當(dāng)高爐出鐵時，由于高爐炮泥潮濕或高溫的鐵水會同空氣發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)會產(chǎn)生大量的煙氣，這些煙氣一方面對現(xiàn)場操作的工人的健康很不利，另一方的煙氣由于面也對環(huán)境造成了巨大的污染，這些煙氣主要產(chǎn)生在高爐的出鐵口和出鐵包位上方。高爐出鐵口高爐爐內(nèi)壓力大，正常生產(chǎn)時的熱風(fēng)壓力一般在260kPa，因此當(dāng)出鐵時煙氣往外噴的較遠(yuǎn)，嚴(yán)重影響環(huán)境。由于河北武安鑄業(yè)有限公司原先設(shè)計的除塵風(fēng)機(jī)機(jī)采用直接啟動方式，風(fēng)機(jī)在工頻運(yùn)行風(fēng)門開度為80%時，電機(jī)已經(jīng)達(dá)到額定電流運(yùn)行。通過變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，此時風(fēng)門可以全開，這樣可以避免不必要的電能損耗，從而達(dá)到有效的節(jié)能的目的。

　　二、高爐除塵風(fēng)機(jī)及主電機(jī)參數(shù)介紹

　　除塵風(fēng)機(jī)主電機(jī)的技術(shù)參數(shù)如下：

　　電機(jī)型號：YKK4506-6

　　額定功率：400kW

　　額定電壓：10000V

　　額定電流：30A

　　功率因數(shù)：0.83

　　三、高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)改造方案：

　　（1）變頻器采用科陸CL2700系列高壓變頻器，該變頻器具有下述特點(diǎn)：

　　1、采用高-高方式：輸入采用移相變壓器，單元串聯(lián)方式直接高壓輸出;

　　2、風(fēng)冷設(shè)計：獨(dú)特的風(fēng)道設(shè)計，主要的散熱器件都靠近或處于風(fēng)道中，散熱效果好，保證系統(tǒng)的過載能力;

　　3、模塊化設(shè)計：單元采用模塊化設(shè)計，單元可任意互換，單元拆裝方便，只需裝卸7個螺絲。

　　4、友好的人機(jī)界面：人機(jī)接口采用觸摸屏，全中文界面，基于Windows操作平臺，10.4英寸彩色液晶觸摸屏，便于就地監(jiān)控、設(shè)定參數(shù)、功能選擇，調(diào)試操作簡單，友好，顯示內(nèi)容豐富;

　　5、可靠的設(shè)計：單元與控制部分的通訊采用光纖；外圍的控制部件采用PLC；主回路采用全進(jìn)口部件，IGBT采用Infineon產(chǎn)品，整流橋采用SanRex產(chǎn)品，濾波電容采用NCC產(chǎn)品，所有主回路器件按額定運(yùn)行參數(shù)（或?qū)嶋H運(yùn)行參數(shù)）的2倍選購，變壓器按電機(jī)額定功率的1.2～1.5倍容量配置，配置底部散熱風(fēng)機(jī)和頂部散熱風(fēng)機(jī)；

　　6、靈活的用戶接口：接口方式可采用硬接線方式也可采用通訊方式。接口狀態(tài)信息除系統(tǒng)設(shè)定外，提供由用戶定義的輸出接口（用戶只需在人機(jī)界面進(jìn)行設(shè)定對應(yīng)的I/O輸出的內(nèi)容即可）；

　　7、高效率，高功率因數(shù)：整機(jī)效率≥96%，功率因數(shù)≥0.95；

　　8、抗電網(wǎng)電壓波動能力強(qiáng)，當(dāng)電網(wǎng)電壓在－15%～＋15%范圍內(nèi)波動時，系統(tǒng)可以正常工作；功率單元在電壓－35%～＋15%范圍內(nèi)變化時，都可以正常工作。

　　9、先進(jìn)的單元旁路技術(shù)：采用24V接觸器控制半可控硅旁路執(zhí)行機(jī)構(gòu)，確保單元故障時能夠迅速可靠的旁路，避免了因功率單元失電后旁路不能正常工作的情形；

　　10、中性點(diǎn)漂移技術(shù)：當(dāng)某個功率單元出現(xiàn)故障時，可以自動監(jiān)測故障并啟動單元旁路功能，使得該單元不再投入運(yùn)行，不用同時旁路故障單元的同一級其它兩個功率單元，程序會自動進(jìn)行運(yùn)算，調(diào)整算法，使得輸出的三個線電壓仍然完全對稱，系統(tǒng)能維持額定輸出的95%以上，幾乎對機(jī)組運(yùn)行不產(chǎn)生任何影響。同時程序會自動進(jìn)行運(yùn)算，調(diào)整算法，使得輸出的三個線電壓仍然完全對稱，電機(jī)的運(yùn)行不受任何影響,亦無需降額運(yùn)行。

　　11、控制回路雙電源切換：一路來自用戶供給控制電源，另一路來自高壓輸入隔離變壓器，雙回路自動切換保證在控制電源掉電后，設(shè)備無影響，同時配了容量1000VA的UPS電源，即使兩路控制電源都出現(xiàn)故障的情況下，UPS仍可以為控制系統(tǒng)提供足夠長的工作時間。

　?。?）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　該改造除塵系統(tǒng)采用高壓進(jìn)線柜+旁路柜（刀閘柜）+移相變壓器+變頻器+電機(jī)的組合方式，旁路柜電氣原理圖如下所示：

　　“一拖一”手動旁路系統(tǒng)圖

　　當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，可以工頻旁路運(yùn)行。變頻器帶電機(jī)可在變頻器的操作屏及后臺計算機(jī)兩個地方控制，通過變頻器操作屏上的就地/遠(yuǎn)程開關(guān)來進(jìn)行切換，同時在兩個地方都能在設(shè)備出現(xiàn)故障時進(jìn)行急停操作，保護(hù)設(shè)備的安全。變頻器不同運(yùn)行頻率的切換由高爐出鐵信號來控制，從而實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)節(jié)能的目的。

　?。?）根據(jù)現(xiàn)場的除塵效果，經(jīng)過一周多的跟蹤分析，當(dāng)一座高爐出鐵時，變頻器工作在40Hz時，效果較好，當(dāng)有兩座高爐出鐵時，變頻器工作在42Hz時效果較好，當(dāng)兩座高爐都不出鐵時，將變頻器的頻率設(shè)定在10Hz運(yùn)行就可以了。

　?。?）節(jié)能效果分析

　　不使用變頻器時電機(jī)電流為30A，功率因數(shù)為0.83，使用變頻器后，當(dāng)在42Hz運(yùn)行時電流為18A，功率因數(shù)為0.95，當(dāng)在40Hz運(yùn)行時，電流為15A，功率因數(shù)為0.95，當(dāng)在10Hz運(yùn)行時，電流為9A，功率因數(shù)為0.95。一天中在42Hz的運(yùn)行時間約為12小時，在40Hz運(yùn)行的時間約為2小時，在10Hz運(yùn)行的時間約為10小時，在各種情況下的電耗計算：

　　24小時工頻運(yùn)行時的電耗:Q0=1.732×10×30×0.83×24=10350.432kWh

　　24小時變頻運(yùn)行時的電耗：Q1=1.732×10×18×0.95×12=3554kWh

　　Q2=1.732×10×15×0.95×2=493.6kWh

　　Q3=1.732×10×9×0.95×10=1480.8kWh

　　Q4=Q1+Q2+Q3=3554+493.6+1480.8=5528.4kWh

　　工頻比變頻每天多耗電為Q0-Q4=10350.432-5528.4=4822kWh

　　以年運(yùn)行時間7920小時（約330天），電價0.6元/度計算，除塵風(fēng)機(jī)上高壓變頻器后較工頻運(yùn)行，每年可節(jié)約電量159.13萬度，每年節(jié)約電費(fèi)為95.5萬元，不到一年的時間就可以收回投資費(fèi)用。

　　變頻改造同時還產(chǎn)生了其他效果：

　　1）限制啟動電流，減少啟動的峰值功率損耗；

　　2）改善電網(wǎng)功率因數(shù)，變頻器可使系統(tǒng)的功率因數(shù)保持在0.95%以上；

　　3）消除了電機(jī)因啟動、停止對機(jī)械的沖擊，延長使用壽命，減少維修；

　　4）可使電動機(jī)與風(fēng)機(jī)直接相連接，不用其他改動費(fèi)用；

　　5）電機(jī)和風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度下降，潤滑條件改善，傳動裝置的故障率下降；

　　四、結(jié)束語：

　　綜合看來,高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的投入，對提高電能的使用效率，降低生產(chǎn)成本，保證除塵風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行以及生產(chǎn)工作自動化程度的提高有著積極、重要的作用。