中壓變頻在煉鋼中的節(jié)能應用

    中壓變頻器的應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行成為鋼鐵企業(yè)關注的焦點。 
        鞍山鋼鐵集團公司是中國特大型國有企業(yè)。目前能夠生產700多個品種、25000多個規(guī)格的鋼材產品，并通過了ISO9002質量體系認證，船用鋼通過9國船級社認證，石油管通過API認證。2006年鞍鋼將形成以汽車板、家電板、集裝箱板、管線鋼、冷軋硅鋼等為主導產品的1600萬t鋼精品板材基地。
        一、項目應用背景
        鞍鋼二煉鋼2^＃轉爐一次除塵風機原來采用液力耦合器調速，運行中發(fā)現(xiàn)存在如下問題：
采用液力耦合器時，在低速向高速運行過程中，延遲性較明顯，不能快速響應，同時這時候的電流較大，如整定不好會引起跳閘，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。 
        液力耦合器本身控制精度差，調速范圍窄，通常在40%～90%之間。電機直接起動時，沖擊電流較大，影響電網的穩(wěn)定性。在高速運行時，液力耦合器有丟轉現(xiàn)象。液力耦合在調速運行時產生機械損耗和轉差損耗，效率較低，造成電能浪費。液力耦合器工作時通過一導管調整工作腔的充液量，從而改變傳遞扭矩和輸出轉速來滿足工況要求；因此，對工作腔及供油系統(tǒng)需經常維護及檢修。液力耦合器經過一段時間使用，維護比較麻煩。液力耦合器出現(xiàn)故障時，無法再用其他方式使其拖動的風機繼續(xù)運行，必須停機檢修。 耦合器運行時間稍長，就會嚴重漏油，對環(huán)境污染大，地面也被油嚴重污蝕。風機和電機的運行噪聲大，達到90dB左右，嚴重影響操作人員的身體健康。
        由于液力耦合器自身的技術特點，不能很好地滿足生產與節(jié)能的要求，公司于2003年底進行了變頻改造，系統(tǒng)參數(shù)如下：
        電動機：Pe=2000kW，Ue=10000V，Ie=135A，Cos =0.86，n=1486r/min，電機效率Km=0.96；變頻器：羅克韋爾自動化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；額定輸入轉速：1500r/min；調速范圍：（0.20～0.97）輸入轉速。方案中保留了電動機的直接起動回路，變頻器（6kV）與直接起動(10kV)的轉換由電動機的星角轉換裝置實現(xiàn)。
        二、改造后節(jié)能效果
        吹煉時，改造前電動機實測平均負荷電流為115A，電機消耗平均功率為1712kW；改造后電動機實測平均電流為100A，電機消耗平均功率為1489kW，減少了223kW。
        非吹煉時，在其余生產階段，風機運行速度為380r/min，改造前電機運行電流為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
        生產一爐鋼吹煉期間節(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30爐，每天節(jié)約電能為6690kW/h。每天煉鋼的等待時間節(jié)省電能1784.4kW/h。變頻改造后一臺風機一天節(jié)省的電能為8474kW/h。變頻改造后一臺風機一年節(jié)省的電能為279.6萬度，按每度電0.39元計，共節(jié)省109萬元。
        三、成功經驗
        由于本項目為改造項目，在進行土建設計過程中，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立間隔，這樣不僅節(jié)約了設備的占地面積，還大大降低了變頻器室的空調壓力。由于變壓器與變頻器之間的動力電纜只有9根，接線就變得簡單方便。
        在市場調研過程中我們還發(fā)現(xiàn)，由于國內外工況的差別，在中壓設備的使用中，應格外重視我國國標及相關行業(yè)標準的規(guī)定，注意與進口設備所采用標準的區(qū)別。例如，國內關于變頻器的中壓隔離變壓器有很多指標：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品更好地服務于本地的用戶，應盡量選擇符合國標規(guī)定的產品。而且作為國內已經非常成熟的隔離變壓器，完全可以考慮國產品牌。不僅能夠保證質量，而且可以降低采購成本。
        目前的中壓變頻器市場非?；钴S，各國內外品牌競爭十分激烈。作為一種較新的技術，國內很多用戶在選擇時可能會無從下手。在此，我們根據(jù)市場調研及實際使用后的情況，提出自己的一些體會。
        ● 中壓變頻器的應用往往處在工藝中非常重要的位置，所以其可靠性應是作為選擇設備的首要因素。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的平均無故障時間（F.I.T）已經高達100000h。同時，還應考慮元器件的故障模式，盡量選擇具備不爆裂、無拉電弧模式的功率元件。
        ● 所選擇設備的結構應力求簡單明了，多一個環(huán)節(jié)，就多一個潛在的故障點。不但設備的可靠性降低，而且維護復雜。
        ● 設備內部不應含有電解電容這類需要定期更換的部分。尤其在變頻器內部，大量諧波發(fā)熱使得電解電容的壽命大大降低。
        ● 設備操作界面應友好，有些設備機柜上只保留有一個簡單的英文顯示條框，這給現(xiàn)場的操作人員帶來很多不必要的麻煩。考慮到現(xiàn)場操作人員的實際業(yè)務水平，應盡量考慮中文操作界面。
        ● 考察供應商的實力，尤其是售后服務情況。在有些情況下，設備的故障排除還需要廠家完成，因此在設備訂貨前，應了解供應商的綜合實力，如國內辦事處的位置、數(shù)量、服務人員素質、是否具有國內備件庫等。對于只是由國內代理機構提供的產品，應該多加注意和了解。
        ● 多了解其他同類用戶的使用情況。很多剛剛進入市場的廠家很難在產品質量，尤其是售后服務等方面做到令人滿意。
        ● 設備的采購成本與運行成本應綜合考慮，不應片面強調降低設備的采購成本。中壓變頻器的技術含量較高，其中的差別也很大，應注意其技術指標的差異。如果設備投運后頻繁故障，不但得不到預期的收益，反而會增加生產成本。
        本次轉爐風機變頻改造節(jié)能效果與項目實施前測算結果基本吻合，（低速段速度低于測算值）改造非常成功。設備投運至今十分穩(wěn)定，基本無需任何的日常維護工作。