摘要: 从高压变频器在炼钢厂中的应用可以了解到现在企业在节能
减排,增加竞争力的同时给高压变频器厂家带来新的机遇。
关键词:高压变频器 炼钢厂 节能
1.引言
随着经济的快速发展,能源匮乏的问题日益突出,虽然新兴风能、太阳能等能源日益广泛应用,但如何能够有效降低能源的使用,是缓解能源约束矛盾的主要手段,是解决能源问题的根本措施。如何安全、有效的节约能源就成为每个企业的重要工作。变频器的使用是电气节能的主要手段之一。钢铁企业中存在大量的风机、水泵类负载,有相当一部分风机、水泵有负载变化的需求,适用于变频器调节要求。现在国内的高压变频器已经相对成熟,因此对于高电压、大容量的电机的节能效果非常明显。
2.基本原理
在我公司改造项目中,采用较多的高压变频调速系统为单元串联多电平技术,属高-高电压源型变频器,直接3、6、10KV输入,直接3、6、10KV高压输出。变频器主要由移相变压器、功率模块和控制器组成。
功率模块结构:
功率模块为基本的交-直-交单相逆变电路,整流侧为二极管三相全桥,通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制,可得到单相交流输出。每个功率模块结构及电气性能上完全一致,可以互换。
输入侧结构
输入侧由移相变压器给每个功率模块供电,移相变压器的副边绕组分为三组,根据电压等级和模块串联级数,一般由24、30、42、48脉冲系列等构成多级相叠加的整流方式,可以大大改善网侧的电流波形(网侧电压电流谐波指标满足IEEE519-1992和GB/T14549-93的要求)。使其负载下的网侧功率因数接近1,无需任何功率因数补偿、谐波抑制装置。由于变压器副边绕组的独立性,使每个功率单元的主回路相对独立,类似常规低压变频器,便于采用现有的成熟技术。
输出侧结构:
输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电,通过对每个单元的PWM波形进行重组,可得到阶梯正弦PWM波形。这种波形正弦度好,dv/dt小,对电缆和电机的绝缘无损坏,无须输出滤波器,就可以延长输出电缆长度,可直接用于普通电机。同时,电机的谐波损耗大大减少,消除负载机械轴承和叶片的振动。
当某一个功率模块出现故障时,通过控制使输出端子短路,可将此单元旁路退出系统,变频器可降额机械运行;由此可避免很多场合下停机造成的损失。
控制器。
控制器由高速单片机处理器、人机操作界面和PLC共同构成。其中人机操作界面有三种配置:工控PC机界面、嵌入式工控机界面、标准操作面板界面,用户可根据需要进行选择。单片机实现PWM控制。人机操作界面解决高压变频调速系统本身和用户现场接口的问题,提供友好的全中文监控界面,使用方便、快捷,同时可以实现远程监控和网络化控制。内置PLC则用于柜体内开关信号的逻辑处理,可以和用户现场灵活接口,满足用户的特殊需要。
控制器与功率单元之间采用光纤通讯技术,低压部分和高压部分完全可靠隔离,系统具有极高的安全性,同时具有很好的抗电磁干扰性能,可靠性大大提高。另外,控制电源掉电时,控制器可由配备的UPS继续供电,变频器可以继续运行。
3.实际应用
在炼钢厂的电炉炼钢主要是通过用废钢、铁合金和部分渣料进行配料冶炼,电炉炼钢时产生的有害物污染主要体现在电炉加料、冶炼、出钢三个阶段。电炉冶炼一般分为熔化期、氧化期和还原期,在上述三个冶炼期中,氧化期产生的烟气量最大,含尘浓度和烟气温度最高。因此,电炉除尘系统按照氧化期的最大烟尘排量进行设计。整个炼钢过程中吹氧时期占20~25%,此时风机处于较高负荷运行,而其余时间则处于较低运行工况。因此,除了吹氧期外除尘系统的利用率很低且系统效率差。
电炉的炼钢周期中,不同的生产工艺阶段,电炉产生的烟气量和烟气温度不同,且差异较大。加料过程中,主要是装料时废钢及渣料产生的扬尘,需要的除尘风量不大,要求粉尘不扩散,不污染电炉周边工作环境为标准。送电过程中是原料送电拉弧加热,引发可燃废弃物燃烧产生废气。此时,电炉需要将炉料加热至熔化状态,要求烟尘能够及时排出,又不能过多的带走炉体热量以保证炼钢周期。而在吹氧期间,不仅要求除尘系统能够及时迅速的将废气和粉尘排走,又必须保证炉体有合适的吹炼温度,确保终点温度。因此,对除尘系统要求较高。进入还原期,吹氧告一段落,粉尘度再一次降低。在冲渣出钢时,主要排放物是冲渣产生的水蒸汽和少量废气。
在我公司一钢厂电炉除尘改造项目中,除尘主风机电机参数为
型号:YKK800-8 额定电压:10000V额定电流:127A
额定转速:747r/min额定功率:1800kW
在项目改造中,根据炼钢的三个阶段设定三种频率,从冶炼设备PLC采集炼钢阶段信号给变频器,变频器收到信号后针对各种阶段进行频率调节,既保证了除尘的效果又能保证不带走过的热量,。
4.节能效果
经过实际运行和监测数据,得如下表数据:
变频改造后每天电耗:14874 +11123+1069=27066 KWh
变频改造后每天节电量:37577-27066=10511KWh
整个系统按照一年运行300天计算,电价按0.45元计算,则一年节约的电费为:10511x0.4x300=126.132万元
以上计算仅为初步的理论计算,实际节能情况根据运行情况不同而存在偏差。
5.结束语
通过本项目的实施,可以了解到使用高压变频器后,节能效果是非常的显著。这样的项目在我公司改造了装机容量大约有几万千瓦的电机,后续还有装机容量大约几万千瓦的风机、水泵的电机需要改造。从项目改造后可以为我公司节省大量的能源费用,降低了生产成本。从变频器厂家来说,像我公司这样的企业全国还有许多,因此将会给变频器厂家带来更多的机遇。
参考文献
1.《电炉炼钢除尘》冶金工业出版社王永忠、宋七棣编著
2. 北京利德华福电气技术有限公司相关资料