国产高压变频器在炼铁除尘系统中的应用

　【摘要】本文讲述了高压变频器在炼铁除尘系统中的改造分析以及经济效益分析。

【Abstract】 This article narrated the high-pressured frequency changer in iron-smelting dust removal system transformation analysis as well as the economic efficiency analysis.

【关键词】
炼  铁   高压变频器    效益分析  

【Key word】 Iron-smelting  high pressure frequency changer benefit analysis

1、前言
　　攀枝花新钢钒股份有限公司炼铁厂4号高炉设计容积：1350m3，并罐式炉顶，皮带上料，4座热风炉送风。高炉设计利用系数：2.25t（m3.d）,焦比:440kg/t.Fe,年平均风温：1200℃。在大修前，4号高炉已经连续运行13年。高炉已进入炉役后期，严重威胁高炉的生产安全，且每年的维护费用逐年上升，在此情况下，为满足攀钢集团的总体发展，为高炉实现攀钢集团公司提出的“高产、优质、低耗、长寿”的目标，最后集团公司决定对4号高炉在原地自然扩容大修。同时新建一套高炉除尘系统，设置一套全新的负压式除尘器。采用2台脉冲布袋除尘器和2台风机并联运行方式。为了经济效益，实现自动控制，减少维护费用，其中1＃除尘风机采用东方日立（成都）电控设备有限公司生产的高压变频器（DFCVERT-MV2240/6B）调速。

2、DFCVERT-MV高压变频器的性能特点。
2．1变频改造的电机系统原理图如图1所示


1.QS1、QS2为刀闸隔离开关,其中QS2单刀双掷开关。
2.变频切换工频过程：先断QF1，断隔离刀闸QS1、QS2，再合QF1，电机工频运行。
3.工频切换变频过程：先断QF1，合隔离刀闸QS1、QS2，再合QF1，变频器带电机变频运行。

2．2变频器的工作原理
　　DFCVERT-MV系列变频器是由多个功率单元串联而成，以6kV每相八单元串联为例,电压叠加如图2所示。每相由八个相同的功率单元串联而成，相电压为3464V；每个功率单元输出有效值Ve＝433V，峰值输出电压Vp=   Ve＝612V。
图2  6kV变频器电压叠加示意图



2．3功率单元电气原理
　　功率单元主要由三相桥式整流器、电容器组、IGBT逆变桥构成，同时还包括驱动、保护、监测、通讯等组件的控制电路。通过控制IGBT的工作状态，输出PWM电压波形，原理图如图3。



2．4变频器系统配置原理
　　每个功率单元都是由低压绝缘栅双极型晶体管（IGBT）构成的三相输入，单相输出的低压PWM电压型逆变器。功率单元电路见图3。每个功率单元输出电压为1、0、－1三种状态电平，每相8个单元叠加，就可产生17种不同的电平等级，分别为±8、±7、±6、±5、±4、±3、±2、±1和0。图4为一相合成的正波输出电压波形。此种多级串联电压型变频器，采用功率单元串联，而不是用传统的器件串联来实现高压输出，所以不存在器件均压的问题。每个功率单元承受全部的输出电流，但仅承受1/8的输出相电压和1/24的输出功率。8对依次相移7.5°的三角载波对基波电压进行调制，如：对A相基波调制所得的8个信号，分别控制A1～A8八个功率单元，线电压波型具有33阶梯电平，它相当于48脉波变频，理论上47次以下的谐波都可以抵消，总的电压和电流失真率可分别低于1.2％和0.8％，堪称无谐波污染变频器。变频器同一相的功率单元输出相同的基波电压，串联各单元之间的载波错开一定的相位，每个功率单元的IGBT开关频率若为600Hz，则当8个功率单元串联时，等效的输出相电压开关频率为9.6kHz。功率单元采用低的开关频率可以降低开关损耗，而高的等效输出开关频率和多电平可以大大改善输出波形。波形的改善除减小输出谐波外，还可以降低噪声、dv/dt值和电机的转矩脉动。所以这种变频器对电机无特殊要求，可用于普遍笼型电机，且不必降额使用，对输出电缆长度也无特殊限制。




3、系统的工艺分析和节能分析。
攀钢炼铁厂4号高炉的出铁场除尘系统工艺流程图如图5，


　　系统设计风量1450000 m3/h,依据＃4高炉炼铁工艺的要求，约两小时左右炼一炉铁，除尘风机由于生产工艺的要求需要在炼铁时停止除尘，在出铁时开始除尘，也就是说变频调速装置要在炼铁时低速（20Hz）运行（炼铁时间大约70分钟），出铁时高速（50Hz）运行（出铁时间大约50分钟）。另外，4号高炉的除尘系统采用的时两个除尘风机除尘，两个除尘风机的电机的工况一样，但只有一台安装有变频调速装置，可以进行节能比较。由于5、6、7月为4号高炉的调试时间，数据不准并对耗电量的计算有影响，但进入8月份后高炉运行正常，4号高炉的8月份出铁量时98283吨，1号除尘风机电机（采用东方日立变频调速）的耗电量是729029千瓦小时，2号除尘风机电机（不采用变频调速）的耗电量是1066990千万小时，依据以上数据电费在0.45元/度的情况下,那么每月估算节约的电费约为15万元左右。

4、引用变频器的优越性
　　改装置于2004年5月底一次性投入了生产运行，运行至今，充分体现出该装置的先进性，主要的特点如下：
　　该装置性能稳定，工作可靠，操作简便，大大减轻了运行人员的劳动强度；
　　变频风机实现了软启动，风机在低频下起动，电流很小，避免了原来在较大惯性负荷情况下，数倍于额定起动电流对电网和机械设备的冲击；
　　提高了功率因数，功率因数在0.95以上；
　　风机转速的降低，减缓了风机叶轮、轴承和密封件的磨损，变频风机的转动明显好于其他的工频风机，有利于延长电机和风机的使用寿命；
　　低输入谐波。
　　大量节能,经济效益显着。

5、 结论  
　　通过这几个月的运行，证明DFCVERT-MV2240/6B高压变频器性能好，可靠性比较高，节能非常明显，短期内就能收回成本，而且大大改善了工艺条件，提高了生产效率，说明在炼铁除尘系统改造是非常成功的，同时在炼铁行业除尘系统有很好的推广价值。

参考文献：
[1]  吴忠智 吴加林   变频器应用手册     机械工业出版社
[2]  用户手册        东方日立（成都）电控设备有限公司

作者简介：
张  黎  男  工程师   长期从事高压变频器设计、调试工作
朱跃青  男  工程师   长期从事设备炼铁、炼钢厂电气设备调试工作