高压变频器在精炼系统除尘风机上的应用
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摘要：本文介绍了高压变频器在除尘风机上的应用，分析了变频器的原理、控制及应用效果。实践证明，高压变频器具有降低除尘风机的电耗、稳定可靠等优点，并具有显著的节能效果，值得在除尘系统中推广应用。
关键词:高压变频器；除尘系统；调速控制
中图分类号：TN773文献标识码： A
引言：近几年，随着高压变频技术的不断进步，高压变频器的性价比也有大幅度提升，同时变频调速可以构成具有高动态性能的交流无极调速，其它调速装置逐渐失去优势，最终选购一台利德华福电气技术有限公司生产的高压变频器HASVERT-A（1400kW，6kV）对风机进行调速控制。2011年，自利德华福加入了“世界500强”的全球能效管理专家施耐德电气后，这些变频器更被广泛应用。
一、高压变频器工作原理
1.高压变频器是一种串联叠加性高压变频器，即采用多台单相三电平逆变器串联连接，输出可变频变压的三相交流电。按照电机学的基本原理，电机的转速满足如下的关系式：
n=60f(1-s)/p（1）
式中：p——电机极对数；
f——电机运行频率；
s——滑差。
从式中可以看出，电机的转速n与频率f成正比，即调节了电机的供电频率f就能改变电机的实际转速。
2.变频器本身由变压器柜、功率柜、控制柜三部分组成。三相高压电由高压开关柜进入，经输入降压、移相给功率单元柜内的功率单元供电，功率单元分为三组，一组为一相，每相的功率单元的输出首尾相串。主控制柜的控制单元经光纤对功率柜中的每一功率单元进行整流、逆变控制与检测，这样根据实际需要通过操作界面进行频率的给定，控制单元把控制信息发送给功率单元进行相应的逆变调整，最终输出满足负荷需求的电压等级。
二、系统组成及调速要求
1.三相交流6kV50HZ电源主回路原理
如图1，当三相交流6kV50HZ电源经高压开关柜开关QF1进入旁通柜，经隔离刀闸QS1、真空接触器KM1进入变频器的变压器柜、再进入功率柜，经变频单元输出，再经真空接触器KM2、隔离刀闸QS2驱动6kV电动机运行。当变频运行因故障需工频运行时，变频器收到切换工频指令，先自动切断真空接触器KM1及KM2，再合上KM3，电动机即转入工频运行。联锁条件是KM1和KM2均不能和KM3同时闭合。
2.除尘风机工艺要求
某公司炼钢厂新增RH及LF精炼装置除尘系统，包括LF炉排烟DF22，LF炉保温剂投入DF23，RH保温剂投入DF24，上投料系统多个除尘口DF01～DF05。该除尘系统根据各工位运行情况来调节风机转速，即调节风量达到除尘目的。根据风机转速工况组合确定规定见下表1：
LF炉排烟
（DF22） LF保温剂投入
（DF23） RH保温剂投入
（DF24） 上投料系统任一
（DF01～05中任一） 给定转速
（r/min）
√ 800
√ 700
√ 700
√ 700
√ √ 900
√ √ 900
√ √ √ 960
√ √ 750
√ √ 750
√ √ √ 800
√ √ 700
450
3.调速要求
调速点 调速比例 转速(r/min) 运行情况
1 81% 800 LF炉排烟（DF22）投入运行
2 71% 700 LF保温剂投入（DF23）投入运行
3 71% 700 RH保温剂投入（DF24）投入运行
4 71% 700 上投料系统任一（DF01～05中任一）投入运行
5 92% 900 LF炉排烟（DF22）、RH保温剂投入（DF24）投入运行
6 92% 900 LF炉排烟（DF22）、上投料系统任一（DF01～05中任一）投入运行
7 98% 960 LF炉排烟（DF22）、RH保温剂投入（DF24）、上投料系统任一（DF01～05中任一）投入运行
8 77% 750 LF炉排烟（DF23）、RH保温剂投入（DF24）投入运行
9 77% 750 LF保温剂投入（DF23）、上投料系统任一（DF01～05中任一）投入运行
10 81% 800 LF保温剂投入（DF23）、RH保温剂投入（DF24）、上投料系统任一（DF01～05中任一）投入运行
11 71% 700 RH保温剂投入（DF24）、上投料系统任一（DF01～05中任一）投入运行
12 46% 450 LF炉排烟（DF22）、LF保温剂投入（DF23）、RH保温剂投入（DF24）、上投料系统任一（DF01～05中任一）都不投入运行
为简化控制逻辑，现场直接根据DF22、DF23、DF24、DF01～DF05（任一）的开关状态来控制变频器的转速，变频器预设12个速度点，根据现场所需风量不同自动调节电机转速，风机调速比例及各工位运行情况详见下表2：
变频器内置PLC和中文的人机界面给现场调试工作带来很大便利，调试周期大大缩短。各种参数设置十分方便，根据各工位现场烟气的多少，可以及时调整各速度段点的风量，除尘系统投入运行后，现场条件大为改善。
4.经济效益分析
4.1变量风机的功率P1、风量Q1与风机转速n1三者的关系式如下：
P1／P=(n1／n)3；Q1／Q=n1／n（4.1-2）
式中：Q——额定流量；
Q1
n——风机的额定转速。
4.2在额定流量Q=100％，n=100％，P1=100％时，根据风机调速比例及各工位运行情况详见下表2，风机在不同的速度下，得到如下相关的节能指标：
当在调速点1、10时n1=81％n，Q1=81％Q，P1=53.2％N，即可节电46.8％；
当在调速点2、3、4、11时n1=71％n，Q1=71％Q，P1=35.8％N，即可节电64.2％；
当在调速点5、6时n1=92％n，Q1=92％Q，P1=77.9％N，即可节电22.1％；
当在调速点7时n1=98％n，Q1=98％Q，P1=94.2％N，即可节电5.8％；
当在调速点8、9时n1=77％n，Q1=77％Q，P1=45.7％N，即可节电55.3％；
当在调速点12时n1=46％n，Q1=46％Q，P1=9.8％N，即可节电90.2％。
说明：虽然以上仅为初步的理论计算，但从得到的节电数据可以看出，变频器的节能是很可观的。
三、高压变频调速系统带来的其它益处
1.有效减少除尘风机叶轮的磨损。自从应用变频调速系统后，风机经常工作在比原来额定转速低100转/分的转速下运行，这样大大减少了风机叶轮的磨损，减少了风机振动，延长风机的大修周期，节省检修费用和时间，大大提高了各工艺段年工作时间所带来的回报。
2.改善了工艺条件。投入变频器后，除尘风机可以非常平滑稳定地根据各工艺段工况调整风量，现场操作人员可以自如地调控，除尘风机运行参数得到了改善，提高了效率。
3.延长机组及其部件的使用寿命。一般除尘风机为离心式风机，启动时间长，启动电流大（约6～8倍额定电流），对电机和风机的机械冲击力很大，严重影响其使用寿命。而采用变频调速后，可以实现软起动和软制动，对电机几乎不产生冲击，可大大延长机械的使用寿命。另外，采用变频调速后，取消了调节阀门，减少进风阻力，提高风机的运行效率。同时，风机轴承上装有温度检测元件和振动检测元件，而且这些信号时刻反馈回给PLC，当风机的轴承上的这些信号超过允许值时，变频器自动停止运行，从而对风机起到保护作用。
4.有利于工艺的扩容改造。在风机容量允许的条件下，当工艺需要扩容改造时，不必增加风机等大型硬件及土建基础设施，达到一次建成,同时利用变频器的PLC系统,接入需要扩容改造工艺段的信号，调节变频调速参数，达到工艺要求，这样方便地提高了提高了除尘系统的自动化控制水平，满足现代企业绿色环保的要求。
四、结语
目前，高压高压变频器已在冶金行业得到了广泛的应用，为冶金行业的节能环保做出了很大的贡献。随着国家的节能环保形势的日益严峻以及高压变频器性价比的不断提高，我们认为，高压变频器将在各行各业得到大规模应用，为人类的发展做出更大的贡献。
参考文献：
[1]利德华福《HARSVERT系列高压变频调速系统产品手册》.北京：1998年
[2]金国淼.除尘器工艺指标，除尘器技术规范[M].化学工业出版社,2010.07
[3]《钢铁企业电力设计手册上册》编委会[M].北京：冶金工业出版社,2007