高压变频器在电炉除尘风机中的应用.docx

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1、高压变频器在电炉除尘风机中的应用摘要：本文结合电炉消费的实际工况，介绍了山东新风光电子科技开展有限公司研制消费的单元串联多电平高压大功率变频器在湖北新冶钢铁厂4#电炉除尘风机中的应用。通过改造，实现了电炉除尘风机的高效运行，到达了节能降耗的目的。关键词：高压大功率变频器单元串联多电平节能Abstract:ThepaperintroducestheapplicationofthecellcascadedhighvoltageinverterproducedbyShandongXinFengguangElectronicTechnologyDevelopsCo.,Ltd,andintheNo4el

2、ectriccookerfanofHubeiXinyeSteelFactory.Thereconstructionrealizeshigheffectoftheelectriccookerfans,achievesthepurposeretrenchingenergy.Keywords:HighvoltagehighpowerinverterMulti-levelinvertercellcascadedEnergy-saving1.引言：随着世贸组织的参加和市场经济的不断加剧，节能降耗、进步消费效率成为企业进步产品市场占有率、竞争力的有效手段之一。而高压大功率变频调速技术的日益成熟，使得该项技

3、术广泛应用于冶金、石油、化工、电力、水泥、给排水、制药、造纸、污水处理等各个行业。湖北新冶钢铁有限公司二炼钢厂正是在这种形势下，对电炉除尘系统进展高压变频技术研究改造的。电炉主要是通过用废钢、铁合金和局部渣料进展配料冶炼，根据不同的钢种要求，可以承受高炭铬铁水，然后熔制出碳钢或者不锈钢钢水供炼铸用。电炉在消费经过中，产生大量烟尘，污染环境，根据国家法规，需除尘处理。电炉冶炼一般分熔化期、氧化期和复原期，其中氧化期强化脱炭，在上述三个冶炼期中，氧化期产生的烟气量最大，含尘浓度和烟气温度最高。因此，电炉除尘系统按照氧化期的最大烟尘排量进展设计，吹氧时期占整个炼钢周期的40左右。此时风机处于满载运行

4、，而其它时间风机处于轻载工况。改造前，不管电炉处于哪一个冶炼周期中，除尘风机均全速运行，风量调节采用入口挡板开度调节，效率低，功耗大，大量的电能白白浪费在挡板上，急需对原电炉除尘风机进展节能改造。2.原系统工艺简介湖北新冶钢铁有限公司二炼钢厂4#电炉为10t偏芯沟通电炉，除尘器系统采用TFMC布袋式除尘器。4#电炉的炼钢周期为2小时20分钟，其中装料510分钟，送电熔化4060分钟，吹氧5080分钟，出钢35分钟，在电炉不同的消费阶段，电炉产生的烟气量和烟气温度不同，且差异较大。加料经过中，主要是装料时废钢及渣料产生的扬尘，需要的除尘风量不大，要求粉尘不扩散，不污染环境为标准。送电经过中是原料

5、送电拉弧加热，引发可燃废弃物燃烧产生废气。此时，电炉需要将炉料加热至熔化状态，要求烟尘可以及时排出，又不能太多的带出炉体热量，以保证炼钢周期。而在吹氧周期，不仅要求除尘系统可以及时将烟尘排出，又必须保证炉体有适宜的吹炼温度，在冲渣出钢时，主要排放物是冲渣产生的水蒸气和少量废气。该电炉除尘系统工艺流程如下列图1示：ALIGN=CENTER图1电炉除尘系统工艺流程/ALIGN通过对4#电炉冶炼工艺分析：电炉在炼钢不同的阶段对除尘风量的大小有明显的不同，以吹氧冶炼最大，加料除尘为最小，鉴于电炉除尘系统中除尘风机的运行方式和设备特点，对除尘风机的控制制定了改造方案。原系统设备参数如下：2.1原系统设备

6、参数除尘风机参数型号CTY20-246-12流量380000m3/h风压37000Pa轴转速730r/min轴功率630KW电动机参数型号YKS500-8-8额定功率630KW额定电压6000V额定电流76.5A额定转速740r/min额定功率因数0.82额定频率50HZ热变电阻柜参数型号HTR3-100/6额定电压6000V额定电流90A额定频率50HZ额定功率700KW3.高压变频调速系统湖北新冶钢铁有限公司经多方考察，比拟性价比，最终选定我公司消费的风光牌JD-BP37-800F功率单元串联多电平高压大功率变频器，对4#电炉除尘风机进展调速改造。3.1风光牌JD-BP37-800F高压变

7、频器主要性能指标变频器功率800KW额定输出电流100A输入频率50HZ5HZ额定输入电压6KV允许电压波动20%输入功率因数0.98输出频率范围050HZ输出电压范围06KV频率分辨率0.01HZ加速时间可由用户消费工艺设定减速时间可由用户消费工艺设定变频器效率96%过载才能100%连续160%连续1min220%允许1.5S防护等级IP203.2JD-BP37型高压变频调速器主要技术性能3.2.1高高电压源型变频器，直接6KV输入，直接6KV输出，无须任何输出变压器或者滤波器，适配于普通高压电动机，对电机、电缆绝缘无损害。3.2.2输入功率因数高，电流谐波小，无须功率因数补偿、谐波抑制装置

8、。3.2.3单元电路模块化设计，维护简单，互换性好。3.2.4输出阶梯正弦PWM波形。3.2.5高压主回路与控制器之间为光纤连接，强弱电隔离，平安可靠。3.2.6完善的故障检测，准确的故障保护及准确的定位显示和报警。3.2.7内置PLC，易于改变控制逻辑关系，可灵敏选择现场控制/远程控制，适应现场多变需求。3.2.8采用载波移相控制技术，大大抑制了输出电压的谐波成分，保证输出波形是完美正弦波。3.2.9控制电源与高压电互相独立，无高压可以检测变频器输出，便于现场调试和培训操作人员，便于维护。3.2.10采用准优化SPWM调制技术，电压利用率高。3.2.11功率单元经24小时高温老化、150负载

9、试验，可靠性高。3.2.12中文Windows操作界面，彩色液晶触摸屏操作。用户操作监控系统界面特别友好和完善，系统包括上位机商用PC机、下位机工控机、单片机。其中单片机给用户提供一个4位LED数码显示屏和一个12键的小键盘操作平台，可对变频器进展全部操作，包括参数设置和各种运行指令。工控机用触摸屏和通用键盘给用户提供操作平台，其功能更齐全，包括参数设定、功能设定、运行操作、运行数据打印、故障查询等等。上位机商用PC机放在总控室，可对多台变频器进展遥测、遥控。假设只有一台变频器，上位机可省，或者让客户自定。3.2.13可接收和输出多路工业标准信号。3.2.14可打印输出运行报表。3.3高压变频

10、调速系统风光牌JD-BP37型高压变频调速系统采用直接“高-高变换方式，属电压源型，采用功率单元多电平串联方式，以最新型西门子IGBT为主控器件，全数字化控制，彩色液晶触摸屏控制，以高可靠性、易操作、高性能为设计目的的优质变频调速器。它对电网谐波污染小，输入电流谐波畸变小于1%，直接知足IEEE519-1992的谐波抑制标准，输入功率因数高，不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置；输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机其系统由移相变压器，功率单元和控制器组成。其构造如图2示。其工作原理如下：AL

11、IGN=CENTER图2高压变频调速系统的构造图/ALIGN1电网电压经过副边多重化的隔离变压器降压后给功率单元供电，功率单元为三相输入，单相输出的交直交PWM电压源型逆变构造，相邻功率单元的输出端串接起来，形成Y接构造，实现变压变频的高压直接输出，供应高压电动机。高压变频调速系统每相由6个功率单元串联而成，每个功率单元承受全部的电机电流、提供1/6相电压和1/18的输出功率。2每个功率单元分别由输入变压器的一组副边供电，功率单元之间及变压器二次绕组之间互相绝缘，二次绕组采用延边三角形接法，实现多重化，以到达降低输入谐波电流的目的。给功率单元供电的二次绕组每3个一组，分为6个不同的相位组。输入

12、电流波形非常接近于正弦波，总的谐波电流失真小于1%，输入的综合功率因数可达0.98以上。3逆变器输出采用多电平移相式PWM技术，同一相的功率单元输出一样幅值和相位的基波电压，但串联各单元的载波之间相互错开一定的电角度，实现多电平PWM，输出电压非常接近于正弦波，每个电平台阶只有单元直流母线电压大小，所以dv/dt很小，功率单元采用较低的开关频率，以降低开关损耗，进步效率，由于采用移相式PWM，电机电压的等效开关频率大大进步，且输出电平数增加。风光牌JD-BP37-800F高压变频器，输出相电压均为13电平，线电压均为25电平，输出等效开关频率为6kHz，电平数和等效开关频率的增加有利于改善输出

13、波形，降低输出谐波，由谐波引起的电机发热、噪音和转矩脉动都大大降低，因此对电机没有特殊要求，可直接用于普通异步电机。4.系统控制方案湖北新冶钢铁有限公司二炼钢厂4#炼钢电炉，配套除尘风机一台功率为630KW。除尘风机为知足电炉不同运行工况下的风量调节，对除尘风量的控制采用分段调速的方式，分六段进展控制。变频器运行频率分别设定为20HZ、30HZ、35HZ、40HZ、45HZ、50HZ。除尘风机电气系统主回路接线图如图3示，为一拖一控制，设置工/变频切换柜，以保证除尘风机平安可靠运行。ALIGN=CENTER图3电气系统主回路接线图/ALIGNDL高压断路器K11、K12、K21、K22隔分开关

14、BPQJD-BP37-800F高压变频器RZ高压热变电阻起动柜M高压电动机当系统变频运行时，断开隔分开关K21、K22，合隔分开关K11、K12，由变频器起停风机，进展变频变风量调节；当变频线路检修时，系统切换到工频运行方式，断开隔分开关K11、K12，合隔分开关K21、K22，由原系统高压热变电阻起动柜启动风机，入口挡板控制风量。变频器实现就地/远程调速控制。中选择远程操作时，控制权交给电炉现场操作室；中选择就地时，控制权交给变频器，可实现多段速调节，各种参数均可在触摸屏上显示，操作简单明了。5.现场运行情况2004年度2月，湖北新冶钢铁有限公司和我公司签定高压变频器购货合同，型号为JD-B

15、P37-800F。2004年度3月13日，开场安装就位；2004年度3月18日，调试完毕；2004年度3月23日，正式投入运行，整个变频器安装调试周期都很短，为4#电炉正常消费提供了有利的保证。高压变频器控制除尘风机，与原电炉除尘风机比拟，主要有以下优点：进步了电炉除尘风机系统运行效率，实现了除尘系统的最正确工况运行。进步了产品质量，根据电炉消费工艺的要求，可适时改变除尘风量，有助于改善炉内吹炼工况，进步出钢品质。缩短炼钢时间，进步了出钢产量。据实测，每炼钢周期平均比以前减少了10分钟左右，进步了消费效率。减少了维护工作量和维护费用，延长了设备的使用寿命。原旧电炉除尘风机在运行经过中，风机和电

16、机始终满负荷运行，维护工作量大，检修费用高。采用变频技术调速后，除尘设备随消费工艺变负荷运行，大大降低了除尘设备负荷率，延长了除尘风机、电机、除尘器等设备的使用寿命。4变频器具有多项保护功能，特别完善。与原来旧系统相比拟，变频器具有过流、短路、过压、欠压、缺相、温升保护等多项保护功能，更准确地保护了电机。5调速范围宽，调速精度高。除尘风机的风量经常需要根据工艺的需要变化，与过去挡板调节风量相比拟，采用变频拖动风机可以在250HZ范围内任意调节，调节精度高，调节频率波动可保持在0.10.01HZ范围内，便于实现除尘系统自动化控制。6节能效果显著，大大降低了吨钢电耗。为了对除尘系统变频改造后的效果

17、进展评价，在系统投入正常运行一年度后对设备实际使用和节电情况进展了测定和数据分析。随机抽取一个正常工作日，将系统切换工频运行采用入口挡板调节风量，网侧计量耗电量，然后将系统切换变频运行，计量耗电量，详细数据如下表：通过上表可以得出以下结论：除尘系统在变频改造后较改造前，吨钢除尘电耗降低了38.49KWh，节电率高达48，节能效果显著。6.完毕语总之，山东新风光电子科技开展有限公司消费的JD-BP37-800F高压大功率变频器在湖北新冶钢铁有限公司二炼钢厂4#号电炉除尘风机上的改造是成功的，它不仅知足了电炉除尘系统消费工艺的要求，改善了电炉炊炼工艺，节能效果显著，而且性能稳定，运行可靠。鉴于风光牌JD-BP37型高压大功率变频器在冶金行业的出色表现，同时改造的#电炉、3#电炉、6#电炉除尘风机系统，湖北新冶钢铁公司也采用我公司消费的高压大功率变频器。参考文献1山东新风光电子高压变频器用户使用手册Z.山东新风光电子科技开展有限公司。2山东新风光电子科技开展有限公司新冶钢高压变频器调试大纲。3山东新风光电子科技开展有限公司新冶钢高压变频器验收报告。4沈才芳等编著，电弧炉炼钢工艺与设备第2版北京：冶金工业出版社，2001。刘海鹏1975-男工程师山东新风光电子科技开展有限公司技术支持部部长0