高壓變頻器在燒結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#燒結機余熱風機上的應用案例，以及采用新型空-水冷卻系統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據分析，說明其具有良好的節能效果。
【關鍵詞】：余熱風機 高壓變頻器 空水冷卻
一、工程概況
鋼鐵企業以其資源密集、能耗密集、生產規模大、物流吞吐量大等特點著稱，首鋼京唐公司1#燒結機余熱風機功率較大，達到3150kW，風量調節如果采用入口擋板調節方式，僅僅是改變了通道的流通阻力，驅動源的輸出功率并沒有改變，節流損失相當大，電能浪費大。
變頻調速系統以其節能效益顯著，調速精度高、范圍寬，電力電子保護功能完善，及易于實現自動化控制等特點，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，使之成為企業電機節能方式的首選。
為了節能降耗、提高風機調節性能，首鋼京唐公司經過招標考察認證，決定采用北京利德華福電氣技術有限公司生產的HARSVERT-A10/230變頻調速系統在余熱風機上實施應用。
二、余熱風機運行工藝及變頻系統方案
燒結機生產時，熱燒結礦從燒結機尾部落下經破碎后，通過振動篩分后經溜槽落到環冷機傳送帶上。冷卻帶上的料礦溫度仍較高，所以在燒結環冷機上布置有數臺冷卻風罩，風罩內通過風機使料礦冷卻。吸熱后的熱煙氣被引出環冷機，再通過余熱風機將熱量回收加以利用。
系統設計方案以“先保證系統安全可靠，結構合理，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，系統通過QS1、QS2隔離開關將變頻器接入電動機的一次動力系統中實現對電動機的調速控制；當變頻器出現故障時，可斷開QS1、QS2隔離開關，合上旁路開關QS3恢復電動機原有運行方式保證生產的連續性。具體一次系統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#燒結機余熱風機上的應用案例，以及采用新型空-水冷卻系統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據分析，說明其具有良好的節能效果。
【關鍵詞】：余熱風機 高壓變頻器 空水冷卻
一、工程概況
鋼鐵企業以其資源密集、能耗密集、生產規模大、物流吞吐量大等特點著稱，首鋼京唐公司1#燒結機余熱風機功率較大，達到3150kW，風量調節如果采用入口擋板調節方式，僅僅是改變了通道的流通阻力，驅動源的輸出功率并沒有改變，節流損失相當大，電能浪費大。
變頻調速系統以其節能效益顯著，調速精度高、范圍寬，電力電子保護功能完善，及易于實現自動化控制等特點，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，使之成為企業電機節能方式的首選。
為了節能降耗、提高風機調節性能，首鋼京唐公司經過招標考察認證，決定采用北京利德華福電氣技術有限公司生產的HARSVERT-A10/230變頻調速系統在余熱風機上實施應用。
二、余熱風機運行工藝及變頻系統方案
燒結機生產時，熱燒結礦從燒結機尾部落下經破碎后，通過振動篩分后經溜槽落到環冷機傳送帶上。冷卻帶上的料礦溫度仍較高，所以在燒結環冷機上布置有數臺冷卻風罩，風罩內通過風機使料礦冷卻。吸熱后的熱煙氣被引出環冷機，再通過余熱風機將熱量回收加以利用。
系統設計方案以“先保證系統安全可靠，結構合理，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，系統通過QS1、QS2隔離開關將變頻器接入電動機的一次動力系統中實現對電動機的調速控制；當變頻器出現故障時，可斷開QS1、QS2隔離開關，合上旁路開關QS3恢復電動機原有運行方式保證生產的連續性。具體一次系統電氣原理圖如下所示。
該高壓變頻調速系統，具有下列功能：
（1）電機拖動風機可實現軟起動（起動電流從零到額定值平滑過渡、無沖擊）和軟制動。
（2）可實現線性調速，系統調頻范圍0～50Hz。
（3）系統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進行，操作員通過DCS系統的CRT手動給定信號，調節變頻器，改變電機轉速，達到調節風量的目的。
（4）完備的保護功能：變頻器內保護配置齊全，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、變頻冷卻系統方案
高壓變頻器對運行環境溫度通常要求在0～40℃，環境粉塵含量低于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、環境條件惡劣的條件下，解決高壓變頻器的散熱和運行環境問題，對保證設備安全穩定運行至關重要。因此，采用何種冷卻方式和系統結構變頻器節能實施的重要環節。
為了解決高壓變頻器的運行環境冷卻和控制問題，提高系統安全可靠性、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。該系統從根本上解決了單位散熱密度高、功率大，有效提高系統安全可靠性、降低運營成本的問題。
空－水冷卻系統是一種利用高效、環保、節能的冷卻系統,其應用技術在國內處于領先地位。在電力、鋼鐵等行業的高壓大功率變頻應用中得到廣泛的推廣應用。該系統由于其采用完全機械結構設計，較空調等電力、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；經過降溫的冷風排回至室內。空冷裝置內通過冷水溫度低于33 ℃，即可以保證熱風經過散熱片后，將變頻器室內的環境溫度控制在40℃以下滿足變頻器對環境運行的要求。從而，保證了變頻器室內良好的運行環境。冷卻水與循環風完全分離，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，變頻器利用室內的循環風進行設備冷卻，具有粉塵度低，維護量小的特點；減少了環境對變頻器功率柜、控制柜運行穩定性的不利影響。空-水冷卻系統結構原理圖如下：
該空－水冷卻系統具有以下幾個方面的特點：
（1）設備安裝簡單、快捷。整體式的結構組件安裝于變頻器室外，室內采用風道與變頻器柜頂排氣口直接連接，使得整個空－水冷卻系統結構緊湊，便于安裝。
（2）設備使用壽命長，故障率低，性能可靠。由于空－水冷卻系統采用完全機械結構設計，較空調等電力、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。如果一旦冷卻系統出現水路系統故障，則可關閉進出水閥門；通過風路管道系統設置的上下風門，可以直接將熱風外排到室外，吸入冷風實現開放式循環，從而大大提高了變頻器安全、可靠性。
（3）運營成本低。空－水冷卻系統的運營成本是同等熱交換功率空調冷卻方式的1/4~1/5。冷卻電耗指標遠遠低于空調冷卻，避免了能源節約的二次浪費。
（4）變頻器維護量低，環境衛生。由于房間密閉，冷卻系統與變頻器室形成密閉式循環風進行設備冷卻，具有粉塵進入量小，環境溫、濕度穩定等特點。濾網清洗周期有原來的15～30天延長到2～3個月以上，大大減輕了現場設備維護量和人力成本。
（5）冷卻風機冗余結構配置。空－水冷卻系統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問題時不會影響系統的冷卻效果。
實際運行效果證明：采用空-水冷卻系統滿足了變頻器在鋼鐵廠平穩運行的環境需求，運行效果好、設備維護量低、運營成本少。由于房間密閉循環，設備通風濾網基本上只需要每3個月清洗一次。該系統自運行以來，較采用空調冷卻而言，每天可節約電耗896kWh，每年運行300天可節約電費13.44萬元。
高壓變頻器對運行環境溫度通常要求在0～40℃，環境粉塵含量低于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、環境條件惡劣的條件下，解決高壓變頻器的散熱和運行環境問題，對保證設備安全穩定運行至關重要。因此，采用何種冷卻方式和系統結構變頻器節能實施的重要環節。
為了解決高壓變頻器的運行環境冷卻和控制問題，提高系統安全可靠性、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。該系統從根本上解決了單位散熱密度高、功率大，有效提高系統安全可靠性、降低運營成本的問題。
空－水冷卻系統是一種利用高效、環保、節能的冷卻系統,其應用技術在國內處于領先地位。在電力、鋼鐵等行業的高壓大功率變頻應用中得到廣泛的推廣應用。該系統由于其采用完全機械結構設計，較空調等電力、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；經過降溫的冷風排回至室內。空冷裝置內通過冷水溫度低于33 ℃，即可以保證熱風經過散熱片后，將變頻器室內的環境溫度控制在40℃以下滿足變頻器對環境運行的要求。從而，保證了變頻器室內良好的運行環境。冷卻水與循環風完全分離，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，變頻器利用室內的循環風進行設備冷卻，具有粉塵度低，維護量小的特點；減少了環境對變頻器功率柜、控制柜運行穩定性的不利影響。空-水冷卻系統結構原理圖如下：
該空－水冷卻系統具有以下幾個方面的特點：
（1）設備安裝簡單、快捷。整體式的結構組件安裝于變頻器室外，室內采用風道與變頻器柜頂排氣口直接連接，使得整個空－水冷卻系統結構緊湊，便于安裝。
（2）設備使用壽命長，故障率低，性能可靠。由于空－水冷卻系統采用完全機械結構設計，較空調等電力、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。如果一旦冷卻系統出現水路系統故障，則可關閉進出水閥門；通過風路管道系統設置的上下風門，可以直接將熱風外排到室外，吸入冷風實現開放式循環，從而大大提高了變頻器安全、可靠性。
（3）運營成本低。空－水冷卻系統的運營成本是同等熱交換功率空調冷卻方式的1/4~1/5。冷卻電耗指標遠遠低于空調冷卻，避免了能源節約的二次浪費。
（4）變頻器維護量低，環境衛生。由于房間密閉，冷卻系統與變頻器室形成密閉式循環風進行設備冷卻，具有粉塵進入量小，環境溫、濕度穩定等特點。濾網清洗周期有原來的15～30天延長到2～3個月以上，大大減輕了現場設備維護量和人力成本。
（5）冷卻風機冗余結構配置。空－水冷卻系統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問題時不會影響系統的冷卻效果。
實際運行效果證明：采用空-水冷卻系統滿足了變頻器在鋼鐵廠平穩運行的環境需求，運行效果好、設備維護量低、運營成本少。由于房間密閉循環，設備通風濾網基本上只需要每3個月清洗一次。該系統自運行以來，較采用空調冷卻而言，每天可節約電耗896kWh，每年運行300天可節約電費13.44萬元。
四、節能計算
（4）節能計算
根據功率計算公式：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側電耗功率下降到1970kW。兩者相比，采用高壓變頻器進行節能改造后每小時可節電1223kWh。節電率可達38.3%，節能效果十分明顯。
僅此一項，每年即可節約電量88.56萬度，折合節約3513噸標準煤，減低碳排放量1997噸，經濟效益和社會效益顯著。
根據功率計算公式：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側電耗功率下降到1970kW。兩者相比，采用高壓變頻器進行節能改造后每小時可節電1223kWh。節電率可達38.3%，節能效果十分明顯。
僅此一項，每年即可節約電量88.56萬度，折合節約3513噸標準煤，減低碳排放量1997噸，經濟效益和社會效益顯著。
五、結論
首鋼京唐公司1#燒結機余熱風機變頻系統的投運成功，為今后鋼鐵企業在大功率電機上采用國產高壓變頻器提供了良好的應用經驗，同時也證明了北京利德華福電氣技術有限公司生產的高壓變頻器技術先進、性能穩定，能夠完全滿足現場的需求。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#燒結機余熱風機變頻系統的投運成功，為今后鋼鐵企業在大功率電機上采用國產高壓變頻器提供了良好的應用經驗，同時也證明了北京利德華福電氣技術有限公司生產的高壓變頻器技術先進、性能穩定，能夠完全滿足現場的需求。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。