高壓變頻器在干熄焦循環(huán)風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用
摘要：河北鋼鐵集團(tuán)唐鋼制氣廠干熄焦車間上循環(huán)風(fēng)機(jī)應(yīng)用的為北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT系列高壓變頻器，設(shè)備自投運(yùn)以來(lái)運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高，對(duì)生產(chǎn)和節(jié)能效果非常明顯，完全滿足了干熄焦循環(huán)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的生產(chǎn)和工藝要求。
摘要：河北鋼鐵集團(tuán)唐鋼制氣廠干熄焦車間上循環(huán)風(fēng)機(jī)應(yīng)用的為北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT系列高壓變頻器，設(shè)備自投運(yùn)以來(lái)運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高，對(duì)生產(chǎn)和節(jié)能效果非常明顯，完全滿足了干熄焦循環(huán)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的生產(chǎn)和工藝要求。
一、干熄焦循環(huán)風(fēng)機(jī)的工藝流程
河北鋼鐵集團(tuán)唐鋼煉焦制氣廠1,2號(hào)干熄焦工程于2006年6月投產(chǎn)，干熄焦工程主要包括1座150噸/小時(shí)干熄焦裝置本體，干熄焦鍋爐系統(tǒng)，汽輪發(fā)電系統(tǒng)，除鹽水站，干熄焦除塵系統(tǒng)等。干熄焦循環(huán)風(fēng)機(jī)是干熄焦氣體循環(huán)系統(tǒng)中的關(guān)鍵核心部分，循環(huán)風(fēng)機(jī)為干熄焦各系統(tǒng)氣體循環(huán)提供動(dòng)力并根據(jù)工藝情況調(diào)節(jié)循環(huán)風(fēng)機(jī)風(fēng)量，控制排焦溫度和鍋爐入口溫度。在干熄焦氣體循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，循環(huán)風(fēng)機(jī)的控制方式一般采用兩種方式：一是通過(guò)調(diào)節(jié)循環(huán)風(fēng)機(jī)的風(fēng)門來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，二是采用液力耦合器或變頻器來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量。目前，國(guó)內(nèi)的大部分新上的干熄焦系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)機(jī)都是采用變頻調(diào)速的方式來(lái)控制風(fēng)量。循環(huán)風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速方式，可以更精確的調(diào)節(jié)循環(huán)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，更有利于鍋爐系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
二、循環(huán)風(fēng)機(jī)高壓變頻器技術(shù)要求及設(shè)計(jì)方案：
循環(huán)風(fēng)機(jī)是干熄焦系統(tǒng)的動(dòng)力中樞，一旦循環(huán)風(fēng)機(jī)不能正常運(yùn)行，不但影響生產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還有可能威脅到現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員的人身安全；另外，循環(huán)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)工作的環(huán)境比較惡劣，因此和循環(huán)風(fēng)機(jī)配套的高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)，要求具有極高的可靠性和穩(wěn)定。基于以上工作特點(diǎn)，對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要要求如下：
（1）中文操作界面。
（2）具有高可靠性，長(zhǎng)期運(yùn)行無(wú)故障。
（3）具有旁路功能，一旦出現(xiàn)故障，可使電機(jī)切換到工頻運(yùn)行。
（4）調(diào)速范圍大，精度高。
（5）具有共振點(diǎn)跳轉(zhuǎn)設(shè)置，能使電機(jī)避開(kāi)共振點(diǎn)運(yùn)行，讓風(fēng)機(jī)不喘振。
（6）具有遠(yuǎn)程上位機(jī)監(jiān)控功能。
變頻器設(shè)計(jì)如下：
設(shè)備配置
系統(tǒng)旁路開(kāi)關(guān)柜為一拖一手動(dòng)旁路系統(tǒng)（用于變頻/工頻切換）
原理是由3個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)QS1、QS2和QS3組成（見(jiàn)下圖）。要求QS2和QS3不能同時(shí)閉合，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。變頻運(yùn)行時(shí)，QS1和QS2閉合，QS3斷開(kāi)；工頻運(yùn)行時(shí)，QS3閉合，QS1和QS2斷開(kāi)。
為了實(shí)現(xiàn)變頻器故障的保護(hù)，變頻器對(duì)用戶開(kāi)關(guān)QF進(jìn)行連鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開(kāi)QF，要求用戶對(duì)QF的合分閘電路進(jìn)行適當(dāng)改造。工頻旁路時(shí)，變頻器應(yīng)允許QF合閘，撤消對(duì)QF的跳閘信號(hào)，使電機(jī)能正常通過(guò)QF合閘工頻啟動(dòng)。
循環(huán)風(fēng)機(jī)是干熄焦系統(tǒng)的動(dòng)力中樞，一旦循環(huán)風(fēng)機(jī)不能正常運(yùn)行，不但影響生產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還有可能威脅到現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員的人身安全；另外，循環(huán)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)工作的環(huán)境比較惡劣，因此和循環(huán)風(fēng)機(jī)配套的高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)，要求具有極高的可靠性和穩(wěn)定。基于以上工作特點(diǎn)，對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要要求如下：
（1）中文操作界面。
（2）具有高可靠性，長(zhǎng)期運(yùn)行無(wú)故障。
（3）具有旁路功能，一旦出現(xiàn)故障，可使電機(jī)切換到工頻運(yùn)行。
（4）調(diào)速范圍大，精度高。
（5）具有共振點(diǎn)跳轉(zhuǎn)設(shè)置，能使電機(jī)避開(kāi)共振點(diǎn)運(yùn)行，讓風(fēng)機(jī)不喘振。
（6）具有遠(yuǎn)程上位機(jī)監(jiān)控功能。
變頻器設(shè)計(jì)如下：
設(shè)備配置
系統(tǒng)旁路開(kāi)關(guān)柜為一拖一手動(dòng)旁路系統(tǒng)（用于變頻/工頻切換）
原理是由3個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)QS1、QS2和QS3組成（見(jiàn)下圖）。要求QS2和QS3不能同時(shí)閉合，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。變頻運(yùn)行時(shí)，QS1和QS2閉合，QS3斷開(kāi)；工頻運(yùn)行時(shí)，QS3閉合，QS1和QS2斷開(kāi)。
為了實(shí)現(xiàn)變頻器故障的保護(hù)，變頻器對(duì)用戶開(kāi)關(guān)QF進(jìn)行連鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開(kāi)QF，要求用戶對(duì)QF的合分閘電路進(jìn)行適當(dāng)改造。工頻旁路時(shí)，變頻器應(yīng)允許QF合閘，撤消對(duì)QF的跳閘信號(hào)，使電機(jī)能正常通過(guò)QF合閘工頻啟動(dòng)。
三、設(shè)備運(yùn)行情況
循環(huán)風(fēng)機(jī)為2240kW,采用北京利德華福電機(jī)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器，設(shè)備型號(hào)為HARSVERT-A06/270，2009年7月正式投入使用，投入使用后與原來(lái)的風(fēng)門調(diào)節(jié)有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠。自正式投產(chǎn)以來(lái)至今，連續(xù)無(wú)故障運(yùn)行一年多，1,2號(hào)干熄焦系統(tǒng)的安全可靠生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的保障。HARSVERT-A變頻器具有免維護(hù)的特點(diǎn)，只需定期更換柜門上的通風(fēng)濾網(wǎng)，不用停機(jī)，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。
（2）節(jié)能效果顯著，大大降低了電耗。
（3）電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了真正的軟啟動(dòng)、軟停運(yùn)，變頻器提供給電機(jī)的無(wú)諧波干擾的正弦波電流，降低了電機(jī)的故障次數(shù)。同時(shí)，變頻器設(shè)置共振點(diǎn)跳轉(zhuǎn)頻率，避免了風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期在共振點(diǎn)運(yùn)行，使風(fēng)機(jī)工作平穩(wěn)，風(fēng)機(jī)軸承磨損減少，延長(zhǎng)了電機(jī)、風(fēng)機(jī)的使用壽命和維修周期，提高了風(fēng)機(jī)的利用時(shí)率。
（4）變頻器自身保護(hù)功能完善，同原來(lái)繼電保護(hù)比較，保護(hù)功能更多，更靈敏，大大加強(qiáng)了對(duì)電機(jī)的保護(hù)。
（5）變頻器同現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)無(wú)縫接口，滿足生產(chǎn)的需要。變頻器內(nèi)置PLC，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)接入靈活。變頻器自帶轉(zhuǎn)速和電流測(cè)定，可以為現(xiàn)場(chǎng)直接提供電機(jī)轉(zhuǎn)速及電流指示。
（6）適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)能力強(qiáng)，有時(shí)電網(wǎng)電壓高達(dá)6.6kV，變頻器仍能正常運(yùn)行。
四、節(jié)能分析
4.1節(jié)能原理
當(dāng)采用變頻調(diào)速時(shí)，可以按需要升降電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變風(fēng)機(jī)的性能曲線，使風(fēng)機(jī)的額定參數(shù)滿足工藝要求，根據(jù)風(fēng)機(jī)的相似定律，變速前后流量、壓力、功率與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系為：
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=(n1/n2)2
P1/P2=(n1/n2)3
Q1、H1、P1——風(fēng)機(jī)在n1轉(zhuǎn)速時(shí)的流量、壓力、功率；
Q2、H2、P2——風(fēng)機(jī)在n2轉(zhuǎn)速時(shí)相似工況條件下的流量、壓力、功率。
假如轉(zhuǎn)速降低一半，即：n2/n1=1/2，則P2/P1=1/8，可見(jiàn)降低轉(zhuǎn)速能大大降低軸功率達(dá)到節(jié)能的目的。
循環(huán)風(fēng)機(jī)為2240kW,采用北京利德華福電機(jī)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器，設(shè)備型號(hào)為HARSVERT-A06/270，2009年7月正式投入使用，投入使用后與原來(lái)的風(fēng)門調(diào)節(jié)有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠。自正式投產(chǎn)以來(lái)至今，連續(xù)無(wú)故障運(yùn)行一年多，1,2號(hào)干熄焦系統(tǒng)的安全可靠生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的保障。HARSVERT-A變頻器具有免維護(hù)的特點(diǎn)，只需定期更換柜門上的通風(fēng)濾網(wǎng)，不用停機(jī)，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。
（2）節(jié)能效果顯著，大大降低了電耗。
（3）電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了真正的軟啟動(dòng)、軟停運(yùn)，變頻器提供給電機(jī)的無(wú)諧波干擾的正弦波電流，降低了電機(jī)的故障次數(shù)。同時(shí)，變頻器設(shè)置共振點(diǎn)跳轉(zhuǎn)頻率，避免了風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期在共振點(diǎn)運(yùn)行，使風(fēng)機(jī)工作平穩(wěn)，風(fēng)機(jī)軸承磨損減少，延長(zhǎng)了電機(jī)、風(fēng)機(jī)的使用壽命和維修周期，提高了風(fēng)機(jī)的利用時(shí)率。
（4）變頻器自身保護(hù)功能完善，同原來(lái)繼電保護(hù)比較，保護(hù)功能更多，更靈敏，大大加強(qiáng)了對(duì)電機(jī)的保護(hù)。
（5）變頻器同現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)無(wú)縫接口，滿足生產(chǎn)的需要。變頻器內(nèi)置PLC，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)接入靈活。變頻器自帶轉(zhuǎn)速和電流測(cè)定，可以為現(xiàn)場(chǎng)直接提供電機(jī)轉(zhuǎn)速及電流指示。
（6）適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)能力強(qiáng)，有時(shí)電網(wǎng)電壓高達(dá)6.6kV，變頻器仍能正常運(yùn)行。
四、節(jié)能分析
4.1節(jié)能原理
當(dāng)采用變頻調(diào)速時(shí)，可以按需要升降電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變風(fēng)機(jī)的性能曲線，使風(fēng)機(jī)的額定參數(shù)滿足工藝要求，根據(jù)風(fēng)機(jī)的相似定律，變速前后流量、壓力、功率與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系為：
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=(n1/n2)2
P1/P2=(n1/n2)3
Q1、H1、P1——風(fēng)機(jī)在n1轉(zhuǎn)速時(shí)的流量、壓力、功率；
Q2、H2、P2——風(fēng)機(jī)在n2轉(zhuǎn)速時(shí)相似工況條件下的流量、壓力、功率。
假如轉(zhuǎn)速降低一半，即：n2/n1=1/2，則P2/P1=1/8，可見(jiàn)降低轉(zhuǎn)速能大大降低軸功率達(dá)到節(jié)能的目的。
4.2實(shí)際測(cè)量比較
以下為2010.6.22至2010.9.20日三個(gè)月內(nèi)沒(méi)上變頻與上變頻后各參數(shù)的比較表：
1#干熄焦
五、總結(jié)
用高壓變頻器控制循環(huán)風(fēng)機(jī)，提高了干熄焦系統(tǒng)自動(dòng)化控制水平，大大改善了循環(huán)風(fēng)機(jī)生產(chǎn)及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，完全達(dá)到了生產(chǎn)工藝要求。PLC控制技術(shù)、遠(yuǎn)房上位機(jī)操作，使得集成自動(dòng)化程度高，運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，節(jié)能高效明顯等優(yōu)點(diǎn)。循環(huán)風(fēng)機(jī)高壓變頻器控制系統(tǒng)的成功應(yīng)用，對(duì)于改善環(huán)境、減少干熄焦的噸焦耗電量，都具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，值得推廣。