一、概述

鋼鐵工業(yè)屬于資源密集型產(chǎn)業(yè)，開發(fā)的主要對(duì)象是各種粉狀、塊狀黑色金屬和非金屬礦物，生產(chǎn)規(guī)模大，工藝過程復(fù)雜，包括礦石的采選以及金屬的冶煉、冶金產(chǎn)品的加工等。鋼鐵工業(yè)排放的廢氣大體可分為三類：第一類是生產(chǎn)工藝過程中排放的廢氣，如燒結(jié)、冶煉和鋼材軋制過程中產(chǎn)生的煙塵、二氧化硫和其他有害氣體;第二類是煤、煤氣等燃料在爐窯中燃燒產(chǎn)生的含塵和二氧化硫的煙氣;第三類是原料、燃料在運(yùn)輸、裝卸和加工過程中產(chǎn)生的粉塵。

此外，燒結(jié)脫硫方面存在的問題也值得關(guān)注。“十一五”期間，鋼鐵行業(yè)逐步開始實(shí)施燒結(jié)煙氣脫硫改造。2008年金融危機(jī)以前，一套燒結(jié)煙氣脫硫設(shè)施投資動(dòng)輒七八千萬(wàn)元、甚至上億元，承建燒結(jié)煙氣脫硫工程利潤(rùn)極大。受高額利潤(rùn)的刺激，越來(lái)越多的脫硫公司開始搶占燒結(jié)脫硫市場(chǎng)，但其中有相當(dāng)多的公司缺乏脫硫工程設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)，所采用的工藝也只是簡(jiǎn)單模仿火電脫硫甚至還只是理論階段，導(dǎo)致脫硫設(shè)施建成后故障率較高。并且，國(guó)內(nèi)一些環(huán)保意識(shí)淡薄的鋼鐵企業(yè)，往往通過減少環(huán)保投入、降低環(huán)保設(shè)施運(yùn)行成本、犧牲環(huán)境質(zhì)量來(lái)獲取利潤(rùn);加之我國(guó)環(huán)保法律法規(guī)和考核制度不夠嚴(yán)格，企業(yè)環(huán)境違法成本過低等問題，都導(dǎo)致環(huán)保設(shè)施運(yùn)行效果不理想。據(jù)記者了解，有些鋼鐵企業(yè)上馬環(huán)保設(shè)備之后并不是“每天都用”，甚至有的企業(yè)將環(huán)保設(shè)備“束之高閣”。用于拖動(dòng)風(fēng)機(jī)、收塵風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)及引風(fēng)機(jī)的高壓類負(fù)載耗電量更高；所以從高壓風(fēng)機(jī)負(fù)載節(jié)約成本顯得尤其重要。近幾年，國(guó)家實(shí)行節(jié)能減排政策，針對(duì)冶金等耗能大戶重點(diǎn)改造；通過幾年的發(fā)展和總結(jié)，現(xiàn)國(guó)產(chǎn)高壓變頻器在風(fēng)機(jī)水泵負(fù)載上的節(jié)能技術(shù)日趨成熟，運(yùn)行穩(wěn)定，并且在某些方面已超越國(guó)外產(chǎn)品。

二、脫硫原理及工藝

2.1石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)

石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)是目前世界上技術(shù)最為成熟、應(yīng)用最多的脫硫工藝。

反應(yīng)方程式

SO2 + 1/2O2 + 2H20 + CaCO3 → CaSO4• 2H20 + CO2

2HCl + CaCO3 → CaCl2 + H20 + CO2

2HF + CaCO3 → CaF2 + H20 + CO2   

圖一：生產(chǎn)工藝圖

2.2工藝原理

一級(jí)除塵利用除塵脫硫塔中8層噴嘴形成由上而下的16層水膜，與向上運(yùn)動(dòng)的含塵煙氣通過相互碰撞、攔截和凝集等作用來(lái)對(duì)煙氣進(jìn)行洗滌；

二級(jí)除塵采用文丘里管中的小噴嘴形成的水膜與含塵細(xì)小液滴碰撞通過絕熱膨脹作用形成大液滴，從而去除微小塵粒；

• 經(jīng)過文丘里管的煙氣進(jìn)入原有的捕滴器形成第三次除塵；

• 石灰（CaO）或熟石灰（Ca(OH)2）配制成石灰漿液加入循環(huán)水系統(tǒng)的溶液中，在除塵的同時(shí)脫除煙氣中的二氧化硫，取得較高脫硫效率；

• 脫硫副產(chǎn)品與除塵的灰漿經(jīng)濃縮后排入灰場(chǎng)。 

2.3技術(shù)特點(diǎn)

除塵效率可達(dá)99.6％以上，煙塵排放濃度不大于200mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))；

塔內(nèi)脫硫效率大于90%，系統(tǒng)脫硫效率大于80%；

煙氣系統(tǒng)總阻力損失與原有除塵煙氣系統(tǒng)阻力基本相當(dāng)，不必增設(shè)脫硫風(fēng)機(jī)；

脫硫劑適應(yīng)性廣泛，工業(yè)用CaO和Ca(OH)2均可。

2.4技術(shù)參數(shù)

鈣硫比(Ca/S)：<1.05；

• 噴嘴層數(shù)：4-8；

系統(tǒng)阻力：<1200Pa；

• 脫硫塔脫硫效率：>90%；

• 系統(tǒng)脫硫效率：>80%；

• 除塵效率：> 99.6%。

2.5脫硫工藝示意圖

圖二：風(fēng)機(jī)示意圖

三、HD90系列高壓應(yīng)用

3.1 現(xiàn)場(chǎng)狀況

負(fù)載類型：10kV 1250kW電機(jī)拖動(dòng)燒結(jié)除脫硫除塵風(fēng)機(jī)

運(yùn)行狀況：全天24小時(shí)運(yùn)行

風(fēng)量控制：入口擋板調(diào)節(jié)，正常工作時(shí)閥門開度為100% ；詳細(xì)參數(shù)如下：

3.2 改造方案

3.2.1 前期考察

通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝及電控方式的考察，負(fù)載風(fēng)機(jī)為常見的W8系列離心風(fēng)機(jī)，而電控采用DCS控制方式。最后綜合分析現(xiàn)場(chǎng)各因數(shù)，為其選配的高壓變頻器型號(hào)為：

HD90-J100/1600-DN

3.2.2 技術(shù)方案

a）主回路：采用一拖一手動(dòng)旁路方案，見圖三。

基本原理：

此方案是手動(dòng)旁路的典型方案。原理是由3個(gè)高壓隔離開關(guān)QS41、QS42和QS43和高壓開關(guān)QF、電動(dòng)機(jī)M組成。要求QS42和QS43之間存在機(jī)械互鎖邏輯，不能同時(shí)閉合。變頻運(yùn)行時(shí)，QS43斷開，QS41和QS42閉合；工頻運(yùn)行時(shí)，QS41和QS42斷開，QS43閉合。高壓開關(guān)QF、電動(dòng)機(jī)M為現(xiàn)場(chǎng)原有設(shè)備。        b) 控制回路：利用原有的DCS控制平臺(tái)，遠(yuǎn)程調(diào)速、遠(yuǎn)程監(jiān)

控運(yùn)行頻率和輸出電流等。具體I/O量如下：

變頻器提供給用戶的開關(guān)量

用戶提供給變頻器的開關(guān)量

變頻器提供給用戶的模擬量

用戶提供給變頻器的模擬量

3.2.3 冷卻方案

由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境污染大，粉塵較多，綜合考慮，采用空調(diào)內(nèi)循環(huán)冷卻方式。

1） 變頻器散熱量（滿載）：

2） 對(duì)應(yīng)空調(diào)大?。?sub>

3.2.4 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

a）現(xiàn)場(chǎng)狀況：由于客戶設(shè)備檢修和土建改修，產(chǎn)線已停產(chǎn)13天。此時(shí)急需投產(chǎn)運(yùn)行，客戶要求以最快速度完成調(diào)試。

b）調(diào)試步驟：電氣接線及檢查、控制電測(cè)試、上高壓無(wú)載測(cè)試、空載測(cè)試和帶載測(cè)試。

c）調(diào)試時(shí)間：1天

d）調(diào)試結(jié)果：變頻器順利投產(chǎn)，并運(yùn)行穩(wěn)定；用戶和代理商對(duì)匯川高壓變頻器非常滿意。

3.2.5 后續(xù)情況

變頻器自5月投產(chǎn)以來(lái)，現(xiàn)已4月有余，在這期間，變頻器每天24小時(shí)連續(xù)工作，運(yùn)行狀況良好，未發(fā)生任何故障運(yùn)行穩(wěn)定。

四、匯川技術(shù)HD90高壓變頻器改造優(yōu)勢(shì)

4.1  變頻改造 

經(jīng)匯川技術(shù)HD90高壓變頻改造后，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

1）節(jié)省人力：改造前，需要專門人員調(diào)節(jié)風(fēng)門；變頻改造后，只需在DCS控制臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)速即可。

2）將運(yùn)行風(fēng)機(jī)改用變頻控制后，可徹底避免大功率電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的沖擊力矩對(duì)電機(jī)的損壞。延長(zhǎng)了電機(jī)和管道的檢修周期，減輕了檢修人員的維護(hù)工作量；提高了機(jī)組自動(dòng)裝置的穩(wěn)定性，為機(jī)組的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行提供了可靠保證；風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)得到了改善，提高了運(yùn)行效率。

3）采用變頻調(diào)速，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低使環(huán)境噪音影響得到大大改善。

4）軟啟動(dòng)功能：變頻器啟動(dòng)，屬于無(wú)擾啟動(dòng)，不會(huì)對(duì)其他負(fù)載產(chǎn)生電流沖擊。

5）節(jié)能效果顯著：較以往工頻運(yùn)行相比，由于減少了電能的浪費(fèi)，并且效率提高，節(jié)電率達(dá)到25%以上；

4.2  HD90高壓變頻器技術(shù)特點(diǎn)

匯川技術(shù)HD90高壓變頻器以高速浮點(diǎn)DSP為控制核心，采用功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用濾波器、功率因數(shù)補(bǔ)償裝置；不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機(jī)。

1）矢量控制技術(shù)

HD90系列高壓變頻器具備通用矢量控制技術(shù)，基于電機(jī)d-q軸數(shù)學(xué)方程式解析，對(duì)電機(jī)定子電流解耦成勵(lì)磁分量電流和轉(zhuǎn)矩分量電流，并分別加以控制，以達(dá)到模擬自然解耦的直流電動(dòng)機(jī)的控制效果。

2） 非對(duì)稱旁路技術(shù)

HD90系列高壓變頻器采用單元級(jí)聯(lián)方式，當(dāng)其中某個(gè)單元出現(xiàn)故障后，在單元配備旁路功能（可選）的情況下，通過非對(duì)稱旁路技術(shù)可以使系統(tǒng)不停機(jī)運(yùn)行。HD90的非對(duì)稱技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)旁路方案更高的電壓輸出幅值。

3）飛車啟動(dòng)功能

HD90系列高壓變頻器具備飛車啟動(dòng)功能，能夠在未知電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的狀況下啟動(dòng)變頻器，變頻器自動(dòng)進(jìn)行頻率搜索，直至搜索到與電機(jī)實(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)頻率相符的頻率，此時(shí)變頻器輸出相應(yīng)頻率，并控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)至指定頻率，此技術(shù)能有效減少瞬間停電對(duì)生產(chǎn)的影響以及對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

4）雙路控制電源  

HD90控制系統(tǒng)采用雙電源供電，控制電源失電后可正常工作；一路由用戶提供，一路由高壓變壓器繞組降到380v。兩路電源切換電路采用儲(chǔ)能電容，保證切換時(shí)平滑無(wú)擾動(dòng)。

5）來(lái)電自啟動(dòng)功能

電網(wǎng)瞬間跌落或波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)可保證瞬間失電不跳閘，且在失電后5個(gè)周期內(nèi)變頻器運(yùn)行不受影響，超過5個(gè)周期變頻器自動(dòng)降額運(yùn)行，失電超過9s后變頻器停機(jī)，連續(xù)生產(chǎn)提高系統(tǒng)生產(chǎn)效率。

6）高可靠性器件

核心器件IGBT、整流二極管、高品質(zhì)電容、主控制芯片ARM、DSP、FPGA等均選用高品質(zhì)器件，保證了運(yùn)行的高可靠性，生命周期長(zhǎng)。

7） 遠(yuǎn)程監(jiān)控方案

在無(wú)線通訊模式中，通過3G技術(shù)的支持，數(shù)據(jù)中心可以24小時(shí)對(duì)工藝運(yùn)行過程中變頻調(diào)速系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、監(jiān)控。具有以下優(yōu)勢(shì)：故障報(bào)警及時(shí)，安全系數(shù)高；減少了現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控的工作量：數(shù)據(jù)記錄準(zhǔn)確：網(wǎng)絡(luò)無(wú)線監(jiān)控，降低了客戶在OSI網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)物理層建設(shè)的投入。

五、結(jié)束語(yǔ)

HD90系列高壓變頻器為蘇州匯川技術(shù)有限公司的成熟產(chǎn)品，此次燒結(jié)除脫硫除塵風(fēng)機(jī)良好運(yùn)行，也有力證明了我公司的磁鏈閉環(huán)矢量控制技術(shù)較同類廠家的控制方式更先進(jìn)。近年來(lái)，HD90系列高壓變頻器廣泛用于冶金、電力、石化、礦山、建材和市政等領(lǐng)域；拖動(dòng)的負(fù)載有風(fēng)機(jī)、水泵、提升機(jī)、皮帶機(jī)、空壓機(jī)、密煉機(jī)和攪拌機(jī)等。其良好的性能，已經(jīng)贏得了用戶的口碑。

高壓變頻器經(jīng)歷了殘酷的價(jià)格戰(zhàn)洗禮，現(xiàn)在市場(chǎng)已趨于平穩(wěn)；而性能和質(zhì)量已成為當(dāng)今用戶追求的重點(diǎn)。匯川HD90系列高壓變頻器從問世之初，就以高性能和好質(zhì)量定位；之前的事實(shí)已經(jīng)說(shuō)明，HD90系列高壓變頻器已經(jīng)從諸強(qiáng)中脫穎而出。國(guó)外變頻器獨(dú)大的時(shí)代已經(jīng)一去不返了，現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)高壓變頻器無(wú)論是性能，還是穩(wěn)定性都可以與國(guó)外品牌媲美。