高壓變頻器在干熄焦循環風機上的應用
摘要：河北鋼鐵集團唐鋼制氣廠干熄焦車間上循環風機應用的為北京利德華福電氣技術有限公司生產的HARSVERT系列高壓變頻器，設備自投運以來運行穩定，可靠性高，對生產和節能效果非常明顯，完全滿足了干熄焦循環風機系統的生產和工藝要求。
摘要：河北鋼鐵集團唐鋼制氣廠干熄焦車間上循環風機應用的為北京利德華福電氣技術有限公司生產的HARSVERT系列高壓變頻器，設備自投運以來運行穩定，可靠性高，對生產和節能效果非常明顯，完全滿足了干熄焦循環風機系統的生產和工藝要求。
一、干熄焦循環風機的工藝流程
河北鋼鐵集團唐鋼煉焦制氣廠1,2號干熄焦工程于2006年6月投產，干熄焦工程主要包括1座150噸/小時干熄焦裝置本體，干熄焦鍋爐系統，汽輪發電系統，除鹽水站，干熄焦除塵系統等。干熄焦循環風機是干熄焦氣體循環系統中的關鍵核心部分，循環風機為干熄焦各系統氣體循環提供動力并根據工藝情況調節循環風機風量，控制排焦溫度和鍋爐入口溫度。在干熄焦氣體循環系統的設計中，循環風機的控制方式一般采用兩種方式：一是通過調節循環風機的風門來調節風量，二是采用液力耦合器或變頻器來調節風量。目前，國內的大部分新上的干熄焦系統循環風機都是采用變頻調速的方式來控制風量。循環風機采用變頻調速方式，可以更精確的調節循環風機的風量，更有利于鍋爐系統的穩定運行。
二、循環風機高壓變頻器技術要求及設計方案：
循環風機是干熄焦系統的動力中樞，一旦循環風機不能正常運行，不但影響生產，造成巨大的經濟損失，還有可能威脅到現場生產人員的人身安全；另外，循環風機系統工作的環境比較惡劣，因此和循環風機配套的高壓變頻器調速系統，要求具有極高的可靠性和穩定。基于以上工作特點，對變頻調速系統的主要要求如下：
（1）中文操作界面。
（2）具有高可靠性，長期運行無故障。
（3）具有旁路功能，一旦出現故障，可使電機切換到工頻運行。
（4）調速范圍大，精度高。
（5）具有共振點跳轉設置，能使電機避開共振點運行，讓風機不喘振。
（6）具有遠程上位機監控功能。
變頻器設計如下：
設備配置
系統旁路開關柜為一拖一手動旁路系統（用于變頻/工頻切換）
原理是由3個高壓隔離開關QS1、QS2和QS3組成（見下圖）。要求QS2和QS3不能同時閉合，在機械上實現互鎖。變頻運行時，QS1和QS2閉合，QS3斷開；工頻運行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開。
為了實現變頻器故障的保護，變頻器對用戶開關QF進行連鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開QF，要求用戶對QF的合分閘電路進行適當改造。工頻旁路時，變頻器應允許QF合閘，撤消對QF的跳閘信號，使電機能正常通過QF合閘工頻啟動。
循環風機是干熄焦系統的動力中樞，一旦循環風機不能正常運行，不但影響生產，造成巨大的經濟損失，還有可能威脅到現場生產人員的人身安全；另外，循環風機系統工作的環境比較惡劣，因此和循環風機配套的高壓變頻器調速系統，要求具有極高的可靠性和穩定。基于以上工作特點，對變頻調速系統的主要要求如下：
（1）中文操作界面。
（2）具有高可靠性，長期運行無故障。
（3）具有旁路功能，一旦出現故障，可使電機切換到工頻運行。
（4）調速范圍大，精度高。
（5）具有共振點跳轉設置，能使電機避開共振點運行，讓風機不喘振。
（6）具有遠程上位機監控功能。
變頻器設計如下：
設備配置
系統旁路開關柜為一拖一手動旁路系統（用于變頻/工頻切換）
原理是由3個高壓隔離開關QS1、QS2和QS3組成（見下圖）。要求QS2和QS3不能同時閉合，在機械上實現互鎖。變頻運行時，QS1和QS2閉合，QS3斷開；工頻運行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開。
為了實現變頻器故障的保護，變頻器對用戶開關QF進行連鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開QF，要求用戶對QF的合分閘電路進行適當改造。工頻旁路時，變頻器應允許QF合閘，撤消對QF的跳閘信號，使電機能正常通過QF合閘工頻啟動。
三、設備運行情況
循環風機為2240kW,采用北京利德華福電機技術有限公司生產的高壓變頻器，設備型號為HARSVERT-A06/270，2009年7月正式投入使用，投入使用后與原來的風門調節有以下優點：
（1）運行穩定，安全可靠。自正式投產以來至今，連續無故障運行一年多，1,2號干熄焦系統的安全可靠生產提供了強有力的保障。HARSVERT-A變頻器具有免維護的特點，只需定期更換柜門上的通風濾網，不用停機，保證了生產的連續性。
（2）節能效果顯著，大大降低了電耗。
（3）電動機實現了真正的軟啟動、軟停運，變頻器提供給電機的無諧波干擾的正弦波電流，降低了電機的故障次數。同時，變頻器設置共振點跳轉頻率，避免了風機長期在共振點運行，使風機工作平穩，風機軸承磨損減少，延長了電機、風機的使用壽命和維修周期，提高了風機的利用時率。
（4）變頻器自身保護功能完善，同原來繼電保護比較，保護功能更多，更靈敏，大大加強了對電機的保護。
（5）變頻器同現場信號無縫接口，滿足生產的需要。變頻器內置PLC，現場信號接入靈活。變頻器自帶轉速和電流測定，可以為現場直接提供電機轉速及電流指示。
（6）適應電網電壓波動能力強，有時電網電壓高達6.6kV，變頻器仍能正常運行。
四、節能分析
4.1節能原理
當采用變頻調速時，可以按需要升降電機轉速，改變風機的性能曲線，使風機的額定參數滿足工藝要求，根據風機的相似定律，變速前后流量、壓力、功率與轉速之間關系為：
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=(n1/n2)2
P1/P2=(n1/n2)3
Q1、H1、P1——風機在n1轉速時的流量、壓力、功率；
Q2、H2、P2——風機在n2轉速時相似工況條件下的流量、壓力、功率。
假如轉速降低一半，即：n2/n1=1/2，則P2/P1=1/8，可見降低轉速能大大降低軸功率達到節能的目的。
循環風機為2240kW,采用北京利德華福電機技術有限公司生產的高壓變頻器，設備型號為HARSVERT-A06/270，2009年7月正式投入使用，投入使用后與原來的風門調節有以下優點：
（1）運行穩定，安全可靠。自正式投產以來至今，連續無故障運行一年多，1,2號干熄焦系統的安全可靠生產提供了強有力的保障。HARSVERT-A變頻器具有免維護的特點，只需定期更換柜門上的通風濾網，不用停機，保證了生產的連續性。
（2）節能效果顯著，大大降低了電耗。
（3）電動機實現了真正的軟啟動、軟停運，變頻器提供給電機的無諧波干擾的正弦波電流，降低了電機的故障次數。同時，變頻器設置共振點跳轉頻率，避免了風機長期在共振點運行，使風機工作平穩，風機軸承磨損減少，延長了電機、風機的使用壽命和維修周期，提高了風機的利用時率。
（4）變頻器自身保護功能完善，同原來繼電保護比較，保護功能更多，更靈敏，大大加強了對電機的保護。
（5）變頻器同現場信號無縫接口，滿足生產的需要。變頻器內置PLC，現場信號接入靈活。變頻器自帶轉速和電流測定，可以為現場直接提供電機轉速及電流指示。
（6）適應電網電壓波動能力強，有時電網電壓高達6.6kV，變頻器仍能正常運行。
四、節能分析
4.1節能原理
當采用變頻調速時，可以按需要升降電機轉速，改變風機的性能曲線，使風機的額定參數滿足工藝要求，根據風機的相似定律，變速前后流量、壓力、功率與轉速之間關系為：
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=(n1/n2)2
P1/P2=(n1/n2)3
Q1、H1、P1——風機在n1轉速時的流量、壓力、功率；
Q2、H2、P2——風機在n2轉速時相似工況條件下的流量、壓力、功率。
假如轉速降低一半，即：n2/n1=1/2，則P2/P1=1/8，可見降低轉速能大大降低軸功率達到節能的目的。
4.2實際測量比較
以下為2010.6.22至2010.9.20日三個月內沒上變頻與上變頻后各參數的比較表：
1#干熄焦
五、總結
用高壓變頻器控制循環風機，提高了干熄焦系統自動化控制水平，大大改善了循環風機生產及現場環境，完全達到了生產工藝要求。PLC控制技術、遠房上位機操作，使得集成自動化程度高，運行穩定，操作簡單，節能高效明顯等優點。循環風機高壓變頻器控制系統的成功應用，對于改善環境、減少干熄焦的噸焦耗電量，都具有很高的經濟價值，值得推廣。