高壓變頻器在燒結(jié)機余熱風機上的應用
【摘要】：本文介紹了高壓變頻器在首鋼京唐公司1#燒結(jié)機余熱風機上的應用案例，以及采用新型空-水冷卻系統(tǒng)解決高壓變頻器散熱問題的情況，通過對利德華福高壓變頻器的實際運行數(shù)據(jù)分析，說明其具有良好的節(jié)能效果。
【關(guān)鍵詞】：余熱風機 高壓變頻器 空水冷卻
一、工程概況
鋼鐵企業(yè)以其資源密集、能耗密集、生產(chǎn)規(guī)模大、物流吞吐量大等特點著稱，首鋼京唐公司1#燒結(jié)機余熱風機功率較大，達到3150kW，風量調(diào)節(jié)如果采用入口擋板調(diào)節(jié)方式，僅僅是改變了通道的流通阻力，驅(qū)動源的輸出功率并沒有改變，節(jié)流損失相當大，電能浪費大。
變頻調(diào)速系統(tǒng)以其節(jié)能效益顯著，調(diào)速精度高、范圍寬，電力電子保護功能完善，及易于實現(xiàn)自動化控制等特點，得到了廣大用戶和市場的認可。在運行的安全可靠性、安裝使用便利性、維修維護簡易性等方面，也給使用者帶來了極大的好處，使之成為企業(yè)電機節(jié)能方式的首選。
為了節(jié)能降耗、提高風機調(diào)節(jié)性能，首鋼京唐公司經(jīng)過招標考察認證，決定采用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A10/230變頻調(diào)速系統(tǒng)在余熱風機上實施應用。
二、余熱風機運行工藝及變頻系統(tǒng)方案
燒結(jié)機生產(chǎn)時，熱燒結(jié)礦從燒結(jié)機尾部落下經(jīng)破碎后，通過振動篩分后經(jīng)溜槽落到環(huán)冷機傳送帶上。冷卻帶上的料礦溫度仍較高，所以在燒結(jié)環(huán)冷機上布置有數(shù)臺冷卻風罩，風罩內(nèi)通過風機使料礦冷卻。吸熱后的熱煙氣被引出環(huán)冷機，再通過余熱風機將熱量回收加以利用。
系統(tǒng)設計方案以“先保證系統(tǒng)安全可靠，結(jié)構(gòu)合理，提供最佳性價比方案”的原則，針對性提出一拖一手動工/變頻切換方案。正常運行時，系統(tǒng)通過QS1、QS2隔離開關(guān)將變頻器接入電動機的一次動力系統(tǒng)中實現(xiàn)對電動機的調(diào)速控制；當變頻器出現(xiàn)故障時，可斷開QS1、QS2隔離開關(guān)，合上旁路開關(guān)QS3恢復電動機原有運行方式保證生產(chǎn)的連續(xù)性。具體一次系統(tǒng)電氣原理圖如下所示。
【摘要】：本文介紹了高壓變頻器在首鋼京唐公司1#燒結(jié)機余熱風機上的應用案例，以及采用新型空-水冷卻系統(tǒng)解決高壓變頻器散熱問題的情況，通過對利德華福高壓變頻器的實際運行數(shù)據(jù)分析，說明其具有良好的節(jié)能效果。
【關(guān)鍵詞】：余熱風機 高壓變頻器 空水冷卻
一、工程概況
鋼鐵企業(yè)以其資源密集、能耗密集、生產(chǎn)規(guī)模大、物流吞吐量大等特點著稱，首鋼京唐公司1#燒結(jié)機余熱風機功率較大，達到3150kW，風量調(diào)節(jié)如果采用入口擋板調(diào)節(jié)方式，僅僅是改變了通道的流通阻力，驅(qū)動源的輸出功率并沒有改變，節(jié)流損失相當大，電能浪費大。
變頻調(diào)速系統(tǒng)以其節(jié)能效益顯著，調(diào)速精度高、范圍寬，電力電子保護功能完善，及易于實現(xiàn)自動化控制等特點，得到了廣大用戶和市場的認可。在運行的安全可靠性、安裝使用便利性、維修維護簡易性等方面，也給使用者帶來了極大的好處，使之成為企業(yè)電機節(jié)能方式的首選。
為了節(jié)能降耗、提高風機調(diào)節(jié)性能，首鋼京唐公司經(jīng)過招標考察認證，決定采用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A10/230變頻調(diào)速系統(tǒng)在余熱風機上實施應用。
二、余熱風機運行工藝及變頻系統(tǒng)方案
燒結(jié)機生產(chǎn)時，熱燒結(jié)礦從燒結(jié)機尾部落下經(jīng)破碎后，通過振動篩分后經(jīng)溜槽落到環(huán)冷機傳送帶上。冷卻帶上的料礦溫度仍較高，所以在燒結(jié)環(huán)冷機上布置有數(shù)臺冷卻風罩，風罩內(nèi)通過風機使料礦冷卻。吸熱后的熱煙氣被引出環(huán)冷機，再通過余熱風機將熱量回收加以利用。
系統(tǒng)設計方案以“先保證系統(tǒng)安全可靠，結(jié)構(gòu)合理，提供最佳性價比方案”的原則，針對性提出一拖一手動工/變頻切換方案。正常運行時，系統(tǒng)通過QS1、QS2隔離開關(guān)將變頻器接入電動機的一次動力系統(tǒng)中實現(xiàn)對電動機的調(diào)速控制；當變頻器出現(xiàn)故障時，可斷開QS1、QS2隔離開關(guān)，合上旁路開關(guān)QS3恢復電動機原有運行方式保證生產(chǎn)的連續(xù)性。具體一次系統(tǒng)電氣原理圖如下所示。
該高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，具有下列功能：
（1）電機拖動風機可實現(xiàn)軟起動（起動電流從零到額定值平滑過渡、無沖擊）和軟制動。
（2）可實現(xiàn)線性調(diào)速，系統(tǒng)調(diào)頻范圍0～50Hz。
（3）系統(tǒng)設有就地和遠方兩種控制途徑，就地控制是在變頻器處通過變頻器觸摸屏進行操作或應急處理；遠方控制是在控制室內(nèi)進行，操作員通過DCS系統(tǒng)的CRT手動給定信號，調(diào)節(jié)變頻器，改變電機轉(zhuǎn)速，達到調(diào)節(jié)風量的目的。
（4）完備的保護功能：變頻器內(nèi)保護配置齊全，有運行中開門、冷卻風扇停運、變頻器過熱、輸入電壓過低、負載超速、功率單元異常、接地等各種類型報警檢測功能，并完全具備對自身及電機的保護功能。
三、變頻冷卻系統(tǒng)方案
高壓變頻器對運行環(huán)境溫度通常要求在0～40℃，環(huán)境粉塵含量低于950ppm。過高的溫度會造成變頻器溫度過熱保護而跳閘。在鋼廠粉塵含量高、環(huán)境條件惡劣的條件下，解決高壓變頻器的散熱和運行環(huán)境問題，對保證設備安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要。因此，采用何種冷卻方式和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變頻器節(jié)能實施的重要環(huán)節(jié)。
為了解決高壓變頻器的運行環(huán)境冷卻和控制問題，提高系統(tǒng)安全可靠性、降低運營成本，選用與高壓變頻器配套使用的BLH-CK系列空－水冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)從根本上解決了單位散熱密度高、功率大，有效提高系統(tǒng)安全可靠性、降低運營成本的問題。
空－水冷卻系統(tǒng)是一種利用高效、環(huán)保、節(jié)能的冷卻系統(tǒng),其應用技術(shù)在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位。在電力、鋼鐵等行業(yè)的高壓大功率變頻應用中得到廣泛的推廣應用。該系統(tǒng)由于其采用完全機械結(jié)構(gòu)設計，較空調(diào)等電力、電子設備而言具有明顯的安全、可靠性。
其主要原理是：將變頻器的熱風通過風道直接通過空冷裝置進行熱交換，由冷卻水直接將變頻器散失的熱量帶走；經(jīng)過降溫的冷風排回至室內(nèi)。空冷裝置內(nèi)通過冷水溫度低于33 ℃，即可以保證熱風經(jīng)過散熱片后，將變頻器室內(nèi)的環(huán)境溫度控制在40℃以下滿足變頻器對環(huán)境運行的要求。從而，保證了變頻器室內(nèi)良好的運行環(huán)境。冷卻水與循環(huán)風完全分離，水管線在變頻室外與高壓設備明確分離，確保高壓設備室不會受到防水、絕緣破壞等安全威脅和事故。
同時，由于房間密閉，變頻器利用室內(nèi)的循環(huán)風進行設備冷卻，具有粉塵度低，維護量小的特點；減少了環(huán)境對變頻器功率柜、控制柜運行穩(wěn)定性的不利影響。空-水冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如下：
該空－水冷卻系統(tǒng)具有以下幾個方面的特點：
（1）設備安裝簡單、快捷。整體式的結(jié)構(gòu)組件安裝于變頻器室外，室內(nèi)采用風道與變頻器柜頂排氣口直接連接，使得整個空－水冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝。
（2）設備使用壽命長，故障率低，性能可靠。由于空－水冷卻系統(tǒng)采用完全機械結(jié)構(gòu)設計，較空調(diào)等電力、電子設備而言具有明顯的安全、可靠性，具有較高的使用壽命。如果一旦冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)水路系統(tǒng)故障，則可關(guān)閉進出水閥門；通過風路管道系統(tǒng)設置的上下風門，可以直接將熱風外排到室外，吸入冷風實現(xiàn)開放式循環(huán)，從而大大提高了變頻器安全、可靠性。
（3）運營成本低。空－水冷卻系統(tǒng)的運營成本是同等熱交換功率空調(diào)冷卻方式的1/4~1/5。冷卻電耗指標遠遠低于空調(diào)冷卻，避免了能源節(jié)約的二次浪費。
（4）變頻器維護量低，環(huán)境衛(wèi)生。由于房間密閉，冷卻系統(tǒng)與變頻器室形成密閉式循環(huán)風進行設備冷卻，具有粉塵進入量小，環(huán)境溫、濕度穩(wěn)定等特點。濾網(wǎng)清洗周期有原來的15～30天延長到2～3個月以上，大大減輕了現(xiàn)場設備維護量和人力成本。
（5）冷卻風機冗余結(jié)構(gòu)配置。空－水冷卻系統(tǒng)中采用的增壓風機設計風壓、風量均大于變頻柜頂風機的風壓、風量排放值，當變頻器柜頂或增壓風機出現(xiàn)問題時不會影響系統(tǒng)的冷卻效果。
實際運行效果證明：采用空-水冷卻系統(tǒng)滿足了變頻器在鋼鐵廠平穩(wěn)運行的環(huán)境需求，運行效果好、設備維護量低、運營成本少。由于房間密閉循環(huán)，設備通風濾網(wǎng)基本上只需要每3個月清洗一次。該系統(tǒng)自運行以來，較采用空調(diào)冷卻而言，每天可節(jié)約電耗896kWh，每年運行300天可節(jié)約電費13.44萬元。
高壓變頻器對運行環(huán)境溫度通常要求在0～40℃，環(huán)境粉塵含量低于950ppm。過高的溫度會造成變頻器溫度過熱保護而跳閘。在鋼廠粉塵含量高、環(huán)境條件惡劣的條件下，解決高壓變頻器的散熱和運行環(huán)境問題，對保證設備安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要。因此，采用何種冷卻方式和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變頻器節(jié)能實施的重要環(huán)節(jié)。
為了解決高壓變頻器的運行環(huán)境冷卻和控制問題，提高系統(tǒng)安全可靠性、降低運營成本，選用與高壓變頻器配套使用的BLH-CK系列空－水冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)從根本上解決了單位散熱密度高、功率大，有效提高系統(tǒng)安全可靠性、降低運營成本的問題。
空－水冷卻系統(tǒng)是一種利用高效、環(huán)保、節(jié)能的冷卻系統(tǒng),其應用技術(shù)在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位。在電力、鋼鐵等行業(yè)的高壓大功率變頻應用中得到廣泛的推廣應用。該系統(tǒng)由于其采用完全機械結(jié)構(gòu)設計，較空調(diào)等電力、電子設備而言具有明顯的安全、可靠性。
其主要原理是：將變頻器的熱風通過風道直接通過空冷裝置進行熱交換，由冷卻水直接將變頻器散失的熱量帶走；經(jīng)過降溫的冷風排回至室內(nèi)。空冷裝置內(nèi)通過冷水溫度低于33 ℃，即可以保證熱風經(jīng)過散熱片后，將變頻器室內(nèi)的環(huán)境溫度控制在40℃以下滿足變頻器對環(huán)境運行的要求。從而，保證了變頻器室內(nèi)良好的運行環(huán)境。冷卻水與循環(huán)風完全分離，水管線在變頻室外與高壓設備明確分離，確保高壓設備室不會受到防水、絕緣破壞等安全威脅和事故。
同時，由于房間密閉，變頻器利用室內(nèi)的循環(huán)風進行設備冷卻，具有粉塵度低，維護量小的特點；減少了環(huán)境對變頻器功率柜、控制柜運行穩(wěn)定性的不利影響。空-水冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如下：
該空－水冷卻系統(tǒng)具有以下幾個方面的特點：
（1）設備安裝簡單、快捷。整體式的結(jié)構(gòu)組件安裝于變頻器室外，室內(nèi)采用風道與變頻器柜頂排氣口直接連接，使得整個空－水冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝。
（2）設備使用壽命長，故障率低，性能可靠。由于空－水冷卻系統(tǒng)采用完全機械結(jié)構(gòu)設計，較空調(diào)等電力、電子設備而言具有明顯的安全、可靠性，具有較高的使用壽命。如果一旦冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)水路系統(tǒng)故障，則可關(guān)閉進出水閥門；通過風路管道系統(tǒng)設置的上下風門，可以直接將熱風外排到室外，吸入冷風實現(xiàn)開放式循環(huán)，從而大大提高了變頻器安全、可靠性。
（3）運營成本低。空－水冷卻系統(tǒng)的運營成本是同等熱交換功率空調(diào)冷卻方式的1/4~1/5。冷卻電耗指標遠遠低于空調(diào)冷卻，避免了能源節(jié)約的二次浪費。
（4）變頻器維護量低，環(huán)境衛(wèi)生。由于房間密閉，冷卻系統(tǒng)與變頻器室形成密閉式循環(huán)風進行設備冷卻，具有粉塵進入量小，環(huán)境溫、濕度穩(wěn)定等特點。濾網(wǎng)清洗周期有原來的15～30天延長到2～3個月以上，大大減輕了現(xiàn)場設備維護量和人力成本。
（5）冷卻風機冗余結(jié)構(gòu)配置。空－水冷卻系統(tǒng)中采用的增壓風機設計風壓、風量均大于變頻柜頂風機的風壓、風量排放值，當變頻器柜頂或增壓風機出現(xiàn)問題時不會影響系統(tǒng)的冷卻效果。
實際運行效果證明：采用空-水冷卻系統(tǒng)滿足了變頻器在鋼鐵廠平穩(wěn)運行的環(huán)境需求，運行效果好、設備維護量低、運營成本少。由于房間密閉循環(huán)，設備通風濾網(wǎng)基本上只需要每3個月清洗一次。該系統(tǒng)自運行以來，較采用空調(diào)冷卻而言，每天可節(jié)約電耗896kWh，每年運行300天可節(jié)約電費13.44萬元。
四、節(jié)能計算
（4）節(jié)能計算
根據(jù)功率計算公式：P=×U×I×cosφ，可得：改造前余熱風機的電功率為3193kW，改造后的余熱風機的網(wǎng)側(cè)電耗功率下降到1970kW。兩者相比，采用高壓變頻器進行節(jié)能改造后每小時可節(jié)電1223kWh。節(jié)電率可達38.3%，節(jié)能效果十分明顯。
僅此一項，每年即可節(jié)約電量88.56萬度，折合節(jié)約3513噸標準煤，減低碳排放量1997噸，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。
根據(jù)功率計算公式：P=×U×I×cosφ，可得：改造前余熱風機的電功率為3193kW，改造后的余熱風機的網(wǎng)側(cè)電耗功率下降到1970kW。兩者相比，采用高壓變頻器進行節(jié)能改造后每小時可節(jié)電1223kWh。節(jié)電率可達38.3%，節(jié)能效果十分明顯。
僅此一項，每年即可節(jié)約電量88.56萬度，折合節(jié)約3513噸標準煤，減低碳排放量1997噸，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。
五、結(jié)論
首鋼京唐公司1#燒結(jié)機余熱風機變頻系統(tǒng)的投運成功，為今后鋼鐵企業(yè)在大功率電機上采用國產(chǎn)高壓變頻器提供了良好的應用經(jīng)驗，同時也證明了北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器技術(shù)先進、性能穩(wěn)定，能夠完全滿足現(xiàn)場的需求。其中的空水冷散熱方案，大大降低了散熱所需的電能，降低了運行維護費用，值得大力推廣。
首鋼京唐公司1#燒結(jié)機余熱風機變頻系統(tǒng)的投運成功，為今后鋼鐵企業(yè)在大功率電機上采用國產(chǎn)高壓變頻器提供了良好的應用經(jīng)驗，同時也證明了北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器技術(shù)先進、性能穩(wěn)定，能夠完全滿足現(xiàn)場的需求。其中的空水冷散熱方案，大大降低了散熱所需的電能，降低了運行維護費用，值得大力推廣。