中壓變頻在煉鋼中的節(jié)能應(yīng)用

    中壓變頻器的應(yīng)用往往處在工藝中非常重要的位置，因此如何讓其安全高效地運(yùn)行成為鋼鐵企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。 
        鞍山鋼鐵集團(tuán)公司是中國(guó)特大型國(guó)有企業(yè)。目前能夠生產(chǎn)700多個(gè)品種、25000多個(gè)規(guī)格的鋼材產(chǎn)品，并通過(guò)了ISO9002質(zhì)量體系認(rèn)證，船用鋼通過(guò)9國(guó)船級(jí)社認(rèn)證，石油管通過(guò)API認(rèn)證。2006年鞍鋼將形成以汽車(chē)板、家電板、集裝箱板、管線鋼、冷軋硅鋼等為主導(dǎo)產(chǎn)品的1600萬(wàn)t鋼精品板材基地。
        一、項(xiàng)目應(yīng)用背景
        鞍鋼二煉鋼2^＃轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)原來(lái)采用液力耦合器調(diào)速，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)存在如下問(wèn)題：
采用液力耦合器時(shí)，在低速向高速運(yùn)行過(guò)程中，延遲性較明顯，不能快速響應(yīng)，同時(shí)這時(shí)候的電流較大，如整定不好會(huì)引起跳閘，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。 
        液力耦合器本身控制精度差，調(diào)速范圍窄，通常在40%～90%之間。電機(jī)直接起動(dòng)時(shí)，沖擊電流較大，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。在高速運(yùn)行時(shí)，液力耦合器有丟轉(zhuǎn)現(xiàn)象。液力耦合在調(diào)速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生機(jī)械損耗和轉(zhuǎn)差損耗，效率較低，造成電能浪費(fèi)。液力耦合器工作時(shí)通過(guò)一導(dǎo)管調(diào)整工作腔的充液量，從而改變傳遞扭矩和輸出轉(zhuǎn)速來(lái)滿(mǎn)足工況要求；因此，對(duì)工作腔及供油系統(tǒng)需經(jīng)常維護(hù)及檢修。液力耦合器經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用，維護(hù)比較麻煩。液力耦合器出現(xiàn)故障時(shí)，無(wú)法再用其他方式使其拖動(dòng)的風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，必須停機(jī)檢修。 耦合器運(yùn)行時(shí)間稍長(zhǎng)，就會(huì)嚴(yán)重漏油，對(duì)環(huán)境污染大，地面也被油嚴(yán)重污蝕。風(fēng)機(jī)和電機(jī)的運(yùn)行噪聲大，達(dá)到90dB左右，嚴(yán)重影響操作人員的身體健康。
        由于液力耦合器自身的技術(shù)特點(diǎn)，不能很好地滿(mǎn)足生產(chǎn)與節(jié)能的要求，公司于2003年底進(jìn)行了變頻改造，系統(tǒng)參數(shù)如下：
        電動(dòng)機(jī)：Pe=2000kW，Ue=10000V，Ie=135A，Cos =0.86，n=1486r/min，電機(jī)效率Km=0.96；變頻器：羅克韋爾自動(dòng)化PowerFlex7000 18脈沖中壓變頻器，效率Kv=0.97，Ue=6000V；液力耦合器：額定功率2000kW；額定輸入轉(zhuǎn)速：1500r/min；調(diào)速范圍：（0.20～0.97）輸入轉(zhuǎn)速。方案中保留了電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)回路，變頻器（6kV）與直接起動(dòng)(10kV)的轉(zhuǎn)換由電動(dòng)機(jī)的星角轉(zhuǎn)換裝置實(shí)現(xiàn)。
        二、改造后節(jié)能效果
        吹煉時(shí)，改造前電動(dòng)機(jī)實(shí)測(cè)平均負(fù)荷電流為115A，電機(jī)消耗平均功率為1712kW；改造后電動(dòng)機(jī)實(shí)測(cè)平均電流為100A，電機(jī)消耗平均功率為1489kW，減少了223kW。
        非吹煉時(shí)，在其余生產(chǎn)階段，風(fēng)機(jī)運(yùn)行速度為380r/min，改造前電機(jī)運(yùn)行電流為40A，功率為595kW；改造后電流為10A，功率為148.9kW。
        改造后節(jié)約電能和電費(fèi)
        生產(chǎn)一爐鋼吹煉期間節(jié)約電能74.3kW/h，非吹煉期間節(jié)約電能148.7kW/h，節(jié)省的電能為223kW/h。每天生產(chǎn)30爐，每天節(jié)約電能為6690kW/h。每天煉鋼的等待時(shí)間節(jié)省電能1784.4kW/h。變頻改造后一臺(tái)風(fēng)機(jī)一天節(jié)省的電能為8474kW/h。變頻改造后一臺(tái)風(fēng)機(jī)一年節(jié)省的電能為279.6萬(wàn)度，按每度電0.39元計(jì)，共節(jié)省109萬(wàn)元。
        三、成功經(jīng)驗(yàn)
        由于本項(xiàng)目為改造項(xiàng)目，在進(jìn)行土建設(shè)計(jì)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)變頻器的使用空間非常有限。為此，我廠決定將變頻器的裂相變壓器部分放置在另外的獨(dú)立間隔，這樣不僅節(jié)約了設(shè)備的占地面積，還大大降低了變頻器室的空調(diào)壓力。由于變壓器與變頻器之間的動(dòng)力電纜只有9根，接線就變得簡(jiǎn)單方便。
        在市場(chǎng)調(diào)研過(guò)程中我們還發(fā)現(xiàn)，由于國(guó)內(nèi)外工況的差別，在中壓設(shè)備的使用中，應(yīng)格外重視我國(guó)國(guó)標(biāo)及相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，注意與進(jìn)口設(shè)備所采用標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別。例如，國(guó)內(nèi)關(guān)于變頻器的中壓隔離變壓器有很多指標(biāo)：沖擊耐壓、絕緣凈距等均要高于NEMA或IEC的要求。為了能夠使得中壓產(chǎn)品更好地服務(wù)于本地的用戶(hù)，應(yīng)盡量選擇符合國(guó)標(biāo)規(guī)定的產(chǎn)品。而且作為國(guó)內(nèi)已經(jīng)非常成熟的隔離變壓器，完全可以考慮國(guó)產(chǎn)品牌。不僅能夠保證質(zhì)量，而且可以降低采購(gòu)成本。
        目前的中壓變頻器市場(chǎng)非常活躍，各國(guó)內(nèi)外品牌競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。作為一種較新的技術(shù)，國(guó)內(nèi)很多用戶(hù)在選擇時(shí)可能會(huì)無(wú)從下手。在此，我們根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研及實(shí)際使用后的情況，提出自己的一些體會(huì)。
        ● 中壓變頻器的應(yīng)用往往處在工藝中非常重要的位置，所以其可靠性應(yīng)是作為選擇設(shè)備的首要因素。中壓變頻器的核心元件為逆變器的功率元器件。目前有些形式的中壓功率元器件，如SGCT的平均無(wú)故障時(shí)間（F.I.T）已經(jīng)高達(dá)100000h。同時(shí)，還應(yīng)考慮元器件的故障模式，盡量選擇具備不爆裂、無(wú)拉電弧模式的功率元件。
        ● 所選擇設(shè)備的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡(jiǎn)單明了，多一個(gè)環(huán)節(jié)，就多一個(gè)潛在的故障點(diǎn)。不但設(shè)備的可靠性降低，而且維護(hù)復(fù)雜。
        ● 設(shè)備內(nèi)部不應(yīng)含有電解電容這類(lèi)需要定期更換的部分。尤其在變頻器內(nèi)部，大量諧波發(fā)熱使得電解電容的壽命大大降低。
        ● 設(shè)備操作界面應(yīng)友好，有些設(shè)備機(jī)柜上只保留有一個(gè)簡(jiǎn)單的英文顯示條框，這給現(xiàn)場(chǎng)的操作人員帶來(lái)很多不必要的麻煩。考慮到現(xiàn)場(chǎng)操作人員的實(shí)際業(yè)務(wù)水平，應(yīng)盡量考慮中文操作界面。
        ● 考察供應(yīng)商的實(shí)力，尤其是售后服務(wù)情況。在有些情況下，設(shè)備的故障排除還需要廠家完成，因此在設(shè)備訂貨前，應(yīng)了解供應(yīng)商的綜合實(shí)力，如國(guó)內(nèi)辦事處的位置、數(shù)量、服務(wù)人員素質(zhì)、是否具有國(guó)內(nèi)備件庫(kù)等。對(duì)于只是由國(guó)內(nèi)代理機(jī)構(gòu)提供的產(chǎn)品，應(yīng)該多加注意和了解。
        ● 多了解其他同類(lèi)用戶(hù)的使用情況。很多剛剛進(jìn)入市場(chǎng)的廠家很難在產(chǎn)品質(zhì)量，尤其是售后服務(wù)等方面做到令人滿(mǎn)意。
        ● 設(shè)備的采購(gòu)成本與運(yùn)行成本應(yīng)綜合考慮，不應(yīng)片面強(qiáng)調(diào)降低設(shè)備的采購(gòu)成本。中壓變頻器的技術(shù)含量較高，其中的差別也很大，應(yīng)注意其技術(shù)指標(biāo)的差異。如果設(shè)備投運(yùn)后頻繁故障，不但得不到預(yù)期的收益，反而會(huì)增加生產(chǎn)成本。
        本次轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)變頻改造節(jié)能效果與項(xiàng)目實(shí)施前測(cè)算結(jié)果基本吻合，（低速段速度低于測(cè)算值）改造非常成功。設(shè)備投運(yùn)至今十分穩(wěn)定，基本無(wú)需任何的日常維護(hù)工作。