時間:2011-11-14 15:45:20來源:gengwt
一、概述
鋼廠的冶煉過程耗電較大,耗電在煉鋼成本中是不可忽視的一部分,河北永洋鋼鐵有限公司系中外合資企業(yè),于1993年成立,1994年10月正式投產(chǎn),總資產(chǎn)11億元。有中型軋鋼生產(chǎn)線四條(800#軋機生產(chǎn)線一條,650#軋機生產(chǎn)線一條和500#軋機生產(chǎn)線兩條),年生產(chǎn)能力70萬噸。公司堅持面向未來,以可持續(xù)發(fā)展為主題,以實施產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整,構筑新的競爭優(yōu)勢為目標,實現(xiàn)工藝升級、產(chǎn)品更新,全面提高公司的運營水平與核心競爭力,走新型工業(yè)化道路,打造行業(yè)和產(chǎn)品優(yōu)勢,加快用高新技術改造鋼鐵業(yè)的步伐,建設高科技的鋼鐵企業(yè)。公司響應國家的節(jié)能減排的政策方針,配置有三套除塵系統(tǒng)。根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求,邀請我公司(深圳市英威騰電氣股份有限公司)技術人員到廠內(nèi)的對#3除塵系統(tǒng)的除塵風機進行分析,對節(jié)能方面做評估。根據(jù)現(xiàn)場的運行數(shù)據(jù)及實際工藝的要求,我公司技術人員對其進行全面分析,有較大的節(jié)能空間。
二、設備參數(shù)及工藝要求
鋼廠整個系統(tǒng)共有3套除塵系統(tǒng),#3除塵系統(tǒng)容量比較大,在生產(chǎn)過程中是主要的除塵設備,其電機及風機的參數(shù)如下表所示:
異步電機 |
除塵風機 |
||
型號 |
YTP710-6 |
型號 |
Y4-2×73 No.29.5F |
額定功率 |
2240 kW |
額定壓力 |
570 - 375 mmH2O |
額定電壓 |
10 kV |
額定流量 |
960000 - 1720000 m3/h |
額定電流 |
150.9A |
軸 功 率 |
1800 -2240 kW |
額定轉速 |
985 rpm |
額定轉速 |
985 rpm |
正常情況下,該鍋爐每55分鐘為一個生產(chǎn)周期,生產(chǎn)過程的不同階段,電爐產(chǎn)生的煙氣量不同,因此需要調(diào)節(jié)除塵風機的風量。按照正常的生產(chǎn)過程,為滿足生產(chǎn)工藝的要求,除塵系統(tǒng)的除塵量可以按如圖一所示調(diào)節(jié)。一個周期可分為4個階段:1、加料A~B,9分鐘;2、供電供氧高速C~D,25分鐘,3、供電供氧中速E~F,15分鐘;4、出爐低速G~H,6分鐘。
圖1除塵量的工藝圖
除塵系統(tǒng)的監(jiān)控采用工控機控制,工控機與變頻器通過硬接線的方式連接。操作室內(nèi)的工控機可以實現(xiàn)對變頻器的啟動、停機、復位和高壓分斷等控制,調(diào)節(jié)變頻器給定頻率,并實時監(jiān)視變頻器的運行工況。變頻器輸出頻率和輸出電流,以4-20mA方式反饋到DCS系統(tǒng)。
三、設備選型及系統(tǒng)方案
我公司技術人員根據(jù)現(xiàn)場設備的參數(shù)及工藝要求,結合我公司的CHH100系列高壓變頻器在其它工程地應用情況,我公司為其配置了一臺10KV/2500KW的CHH100系列的高壓變頻器,變頻器主要技術參數(shù)如下表:
序號 |
項目 |
參數(shù) |
1 |
變頻器型號 |
CHH100-2500-10 |
2 |
額定容量 |
3150kVA |
3 |
額定電壓 |
10kV |
5 |
額定電流 |
175A |
7 |
可配電機 |
2500kW |
8 |
旁路方式 |
一拖一手動旁路 |
根據(jù)現(xiàn)場的運行工藝要求,考慮到變頻器退出運行后,為了不影響生產(chǎn),確保除塵系統(tǒng)正常工作,我公司為系統(tǒng)配置工頻旁路,保留了以前的工頻啟動的軟啟動裝置,同時按照以往的保護定值進行整定,當變頻器出現(xiàn)異常時,將電機投切到工頻下運行。整個調(diào)速系統(tǒng)的一次回路圖如下所示:
圖2變頻系統(tǒng)一次回路圖
變頻調(diào)速系統(tǒng)由用戶開關、軟啟動器、手動旁路柜、CHH100系列高壓變頻器、高壓電機組成。手動旁路柜是由三個高壓隔離開關QS1、QS2、QS3組成。電機以變頻方式運行時,QS2、QS3閉合,QS1斷開;電機以工頻方式運行時,QS1閉合,QS2、QS3斷開。手動旁路柜嚴格按照“五防”聯(lián)鎖要求設計,變頻輸出開關QS3和工頻開關QS1互鎖,完全能夠保證變頻調(diào)速系統(tǒng)安全運行。
旁路柜與上級高壓開關QF連鎖,旁路柜隔離開關未合到位時,不允許高壓開關合閘,QF合閘時,絕對不允許操作高壓隔離開關,以防止出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象,確保操作人員和設備的安全。
CHH100系列高壓變頻器的接口比較靈活,有多種控制方式,有modbus通訊接口方式,也有硬接線控制方式,根據(jù)該工程的系統(tǒng)控制接口形式,選擇了硬接線的方式進行遠程控制。變頻器及現(xiàn)場的除塵風機如下圖所示。
運行中的CHH100高壓變頻器鋼廠#3除塵風機
四、變頻器工作原理
CHH100系列高壓變頻器一體化設計,系統(tǒng)屬于高—高結構方式,變頻裝置逆變主電路拓撲采用單元串聯(lián)多電平電壓源型變頻器,由變壓器柜、功率柜、控制柜、自動旁路柜四個部分組成,通過將多個低壓功率模塊的輸出疊加起來得到高壓輸出,可以直接配套異步鼠籠電機。CHH100系列高壓大功率變頻器的原理結構如圖三所示。電網(wǎng)送來的三相10KV交流電,經(jīng)移相變壓器,由其副邊每相的9個二次線圈電壓逐個移相6.5°,供電給9個功率單元,三相共27個功率單元,形成Y聯(lián)結結構。變頻器控制部分采用DSP處理器對調(diào)制波形進行空間向量的優(yōu)化處理,控制IGBT的通斷,即可在單元輸出兩點之間得到PWM波形,9個功率單元相疊加進行波形合成,可輸出高壓正弦波給感應電動機,因而形成近似正弦波大大降低了輸出諧波含量,不需輸出升壓變壓器和濾波裝置,可直接驅動普通高壓電機,而不會增加電機升溫而降低電機容量。因此,無需濾波器變頻器就可輸出正弦輸出電流和電壓波形,對電機沒有特殊要求,可以使用普通異步電機,電機不必降額使用;具有軟啟動功能,沒有電機啟動沖擊引起的電網(wǎng)電壓下跌,可確保電機安全、長期運行在20-100%的帶載調(diào)速范圍內(nèi),變頻系統(tǒng)的不加任何功率因數(shù)補償?shù)那闆r下輸入端功率因數(shù)能達到0.95以上。輸入電流諧波畸變<4%,輸出電流諧波畸變<2%。
圖3CHH100系列變頻系統(tǒng)圖
五、變頻器功能特點
1、變頻調(diào)速系統(tǒng)的啟停方式
啟動方式:
?。?)直接啟動;
?。?)先直流制動再啟動(對于風機類可能由負載帶動反轉場合,可以先通過直流制動把電機剎住車再啟動,從而避免啟動時產(chǎn)生巨大的沖擊電流);
?。?)轉速追蹤啟動。變頻調(diào)速系統(tǒng)首先追蹤電機的當前轉速,然后在當前電機的轉速的基礎上直接啟動。
停車方式:
a、減速停車(控制電機速度按照減速曲線減小,到零頻后停車)
b、自由停車(直接封脈沖,電機按照自己的慣性停車)
2、頻率設定方式
(1)LED鍵盤給定
?。?)通訊給定(觸摸屏采用這種方案)
?。?)模擬信號輸入給定
(4)高速脈沖給定
?。?)PID控制調(diào)節(jié)給定:通過PID給定與反饋的比較,自動調(diào)節(jié)頻率,在恒壓供水系統(tǒng)上應用尤其方便。
?。?)多段速給定:變頻調(diào)速系統(tǒng)可以設置多個頻率段,以及加減速時間,由端子靈活的選擇在這些頻率段時間切換。
?。?)同時為了運行頻率控制更加靈活,CHH系列變頻器支持兩個頻率源,實際運行頻率可以取這兩個頻率源的任意一個,或者對兩個頻率源進行和、差,以及最大值的組合。
?。?)用戶除了使用頻率源控制頻率以外,還可以通過up/down按鍵或者數(shù)字量端子靈活的對運行頻率進行增加、減小的微調(diào)。
3、電壓自動調(diào)解功能
由于我方提供的高壓變頻器有一級功率模塊的富裕量,高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)可以根據(jù)母線電壓的波動自動調(diào)節(jié)輸出PWM信號的占空比,從而減輕電網(wǎng)電壓波動對于輸出電壓波動的影響。在母線電壓波動情況和功率模塊旁路的情況可以自動調(diào)解輸出電壓,保證輸出電壓的穩(wěn)。
4、V/F曲線選擇方式
有些負載(比如風機、水泵)都不是恒轉矩負載(風機水泵的轉矩與速度的二次方成正比)。為了適應這種變轉矩的負載特性,CHH系列高壓調(diào)速系統(tǒng)提供了多點V/F曲線,1.3次冪、1.7次冪、2.0次冪V/F曲線可供選擇。并且在可以在V/F的啟動低頻段進行電壓提升,滿足現(xiàn)場實際的調(diào)速需求。
5、可編程用戶端子
高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)提供豐富的端子功能給用戶,這些端子都是可通過功能碼進行設定,不需要更改系統(tǒng)的程序,便于現(xiàn)場調(diào)試,從而保證系統(tǒng)有靈活的可擴展性,完全能夠滿足DCS控制的要求。
6、豐富的實時監(jiān)控功能
系統(tǒng)參數(shù):運行頻率、給定頻率、母線電壓、輸出電壓、輸出電流、運行速度、輸出轉矩、PID給定、PID反饋、端子狀態(tài)、摸擬量的值以及時間。
模塊參數(shù):模塊電壓、模塊的溫度。
用戶可以通過功能碼選擇所需要顯示的監(jiān)控對象。也可以通過觸摸屏查看相關的參數(shù),變頻器有異常時,不但可以查看故障類型及處理方式,還可以查看故障時的變頻器運行狀態(tài),便于快速排除故障。
7、多段速控制功能
針對有頻繁變速要求系統(tǒng),高壓調(diào)速系統(tǒng)可以提供多段速度調(diào)制模式。用戶可以通過端子靈活的選擇當前的運行速度段。
8、Modbus通訊功能
高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)提供對外的modbus通訊接口。用戶可以使用自己的系統(tǒng)通過modbus協(xié)議對變頻器進行控制,設置。
六、節(jié)能效果
變頻器3月2日安裝完畢。根據(jù)現(xiàn)場的生產(chǎn)要求,變頻器于4月14日調(diào)試完畢,于4月15日對除塵風機變頻運行方式和工頻方式進行測試,4月15日除塵風機以變頻方式投入運行。在調(diào)試和試運行期間,測試的幾個關鍵的運行數(shù)據(jù)如下:
序號 |
工頻運行 |
變頻運行 |
||||
擋板開度 |
輸入電壓 |
輸入電流 |
輸入電壓 |
運行頻率 |
輸入電流 |
|
1 |
30% |
10.04kV |
52.4A |
10.04kV |
20Hz |
23.4A |
2 |
60% |
10.04kV |
104.2A |
10.04kV |
35Hz |
55.5A |
3 |
90% |
10.04kV |
135.8A |
10.04kV |
45Hz |
102.3A |
按照以上的測試數(shù)據(jù),對除塵風機工頻運行和變頻運行消耗的電能計算如下:
序號 |
需要風量 (%) |
工頻耗電 (KW) |
變頻耗電 (KW) |
節(jié)電功率 (KW) |
節(jié)電率 (%) |
1 |
30 |
765.41 |
394.70 |
370.71 |
48.43 |
2 |
60 |
1522.05 |
936.15 |
585.90 |
38.49 |
3 |
90 |
1980.63 |
1720.56 |
260.07 |
13.13 |
根據(jù)實際運行的時間,高速運行25分鐘左右,中速運行有15分鐘左右,低速運行有15分鐘左右,所以綜合節(jié)電率為:
370.71×15+585.90×15+260.07×25
系統(tǒng)節(jié)電功率為:379.11KW
一天節(jié)電量:379.11×24=9098.57度/天
按電價0.35元/度計算,一天節(jié)約電費:9098.57×0.35=3184.50元/天
七、變頻調(diào)速優(yōu)點
變頻器改造后,對整個控制工藝有較大改善,對生產(chǎn)成本也有一定的降低,綜合考慮,變頻改造具有以下幾方面的優(yōu)點:
網(wǎng)側功率因數(shù)提高:原電機直接由工頻驅動時,滿載時功率因數(shù)為0.84左右。采用變頻調(diào)速系統(tǒng)后,電源側的功率因數(shù)可提高到0.95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)約上游設備運行費用。
設備運行與維護費用下降:采用變頻調(diào)節(jié)后,可以根據(jù)現(xiàn)場的實際除塵風量進行調(diào)節(jié)風機轉速,由于通過調(diào)節(jié)電機轉速實現(xiàn)節(jié)能,在負荷率較低時,電機、風機轉速也降低,主設備及相應輔助設備磨損較前減輕,維護周期可加長,設備運行壽命延長;并且變頻改造后擋板開度可達100%,運行中不承受壓力,可顯著減少擋板的維護量。變頻器運行中,只需定期對變頻器除塵,不用停機,保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。
用變頻調(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額定電流的1.2倍,對電網(wǎng)無任何沖擊,電機使用壽命延長。在整個運行范圍內(nèi),電機可保證運行平穩(wěn),損耗減小。風機啟動時的噪音和啟動電流非常小,無任何異常振動和噪音。
與原來舊系統(tǒng)相比較,變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升等多項保護功能,更完善地保護了電網(wǎng)和電機。
操作簡單、靈活,運行方便,可通過計算機遠程給定等參數(shù),變頻調(diào)速系統(tǒng)將會始終保持在0.01~0.1HZ頻率調(diào)整精度范圍內(nèi)工作,為實現(xiàn)除塵系統(tǒng)的自動化創(chuàng)造優(yōu)越條實現(xiàn)智能調(diào)節(jié)。
適應電網(wǎng)電壓波動能力強,電壓工作范圍寬,電網(wǎng)電壓在-10%~+10%之間波動時,系統(tǒng)均可正常運行。
變頻改造后,系統(tǒng)節(jié)能效果比較顯著,可提高系統(tǒng)運行效率,降低了公司的生產(chǎn)成本,提高了公司在市場上的競爭力。
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