高壓變頻器在干熄焦循環(huán)風機上的應(yīng)用
摘要：河北鋼鐵集團唐鋼制氣廠干熄焦車間上循環(huán)風機應(yīng)用的為北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT系列高壓變頻器，設(shè)備自投運以來運行穩(wěn)定，可靠性高，對生產(chǎn)和節(jié)能效果非常明顯，完全滿足了干熄焦循環(huán)風機系統(tǒng)的生產(chǎn)和工藝要求。
摘要：河北鋼鐵集團唐鋼制氣廠干熄焦車間上循環(huán)風機應(yīng)用的為北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT系列高壓變頻器，設(shè)備自投運以來運行穩(wěn)定，可靠性高，對生產(chǎn)和節(jié)能效果非常明顯，完全滿足了干熄焦循環(huán)風機系統(tǒng)的生產(chǎn)和工藝要求。
一、干熄焦循環(huán)風機的工藝流程
河北鋼鐵集團唐鋼煉焦制氣廠1,2號干熄焦工程于2006年6月投產(chǎn)，干熄焦工程主要包括1座150噸/小時干熄焦裝置本體，干熄焦鍋爐系統(tǒng)，汽輪發(fā)電系統(tǒng)，除鹽水站，干熄焦除塵系統(tǒng)等。干熄焦循環(huán)風機是干熄焦氣體循環(huán)系統(tǒng)中的關(guān)鍵核心部分，循環(huán)風機為干熄焦各系統(tǒng)氣體循環(huán)提供動力并根據(jù)工藝情況調(diào)節(jié)循環(huán)風機風量，控制排焦溫度和鍋爐入口溫度。在干熄焦氣體循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計中，循環(huán)風機的控制方式一般采用兩種方式：一是通過調(diào)節(jié)循環(huán)風機的風門來調(diào)節(jié)風量，二是采用液力耦合器或變頻器來調(diào)節(jié)風量。目前，國內(nèi)的大部分新上的干熄焦系統(tǒng)循環(huán)風機都是采用變頻調(diào)速的方式來控制風量。循環(huán)風機采用變頻調(diào)速方式，可以更精確的調(diào)節(jié)循環(huán)風機的風量，更有利于鍋爐系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
二、循環(huán)風機高壓變頻器技術(shù)要求及設(shè)計方案：
循環(huán)風機是干熄焦系統(tǒng)的動力中樞，一旦循環(huán)風機不能正常運行，不但影響生產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟損失，還有可能威脅到現(xiàn)場生產(chǎn)人員的人身安全；另外，循環(huán)風機系統(tǒng)工作的環(huán)境比較惡劣，因此和循環(huán)風機配套的高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)，要求具有極高的可靠性和穩(wěn)定。基于以上工作特點，對變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要要求如下：
（1）中文操作界面。
（2）具有高可靠性，長期運行無故障。
�。�3）具有旁路功能，一旦出現(xiàn)故障，可使電機切換到工頻運行。
（4）調(diào)速范圍大，精度高。
�。�5）具有共振點跳轉(zhuǎn)設(shè)置，能使電機避開共振點運行，讓風機不喘振。
�。�6）具有遠程上位機監(jiān)控功能。
變頻器設(shè)計如下：
設(shè)備配置
系統(tǒng)旁路開關(guān)柜為一拖一手動旁路系統(tǒng)（用于變頻/工頻切換）
原理是由3個高壓隔離開關(guān)QS1、QS2和QS3組成（見下圖）。要求QS2和QS3不能同時閉合，在機械上實現(xiàn)互鎖。變頻運行時，QS1和QS2閉合，QS3斷開；工頻運行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開。
為了實現(xiàn)變頻器故障的保護，變頻器對用戶開關(guān)QF進行連鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開QF，要求用戶對QF的合分閘電路進行適當改造。工頻旁路時，變頻器應(yīng)允許QF合閘，撤消對QF的跳閘信號，使電機能正常通過QF合閘工頻啟動。
循環(huán)風機是干熄焦系統(tǒng)的動力中樞，一旦循環(huán)風機不能正常運行，不但影響生產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟損失，還有可能威脅到現(xiàn)場生產(chǎn)人員的人身安全；另外，循環(huán)風機系統(tǒng)工作的環(huán)境比較惡劣，因此和循環(huán)風機配套的高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)，要求具有極高的可靠性和穩(wěn)定。基于以上工作特點，對變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要要求如下：
（1）中文操作界面。
（2）具有高可靠性，長期運行無故障。
�。�3）具有旁路功能，一旦出現(xiàn)故障，可使電機切換到工頻運行。
（4）調(diào)速范圍大，精度高。
�。�5）具有共振點跳轉(zhuǎn)設(shè)置，能使電機避開共振點運行，讓風機不喘振。
�。�6）具有遠程上位機監(jiān)控功能。
變頻器設(shè)計如下：
設(shè)備配置
系統(tǒng)旁路開關(guān)柜為一拖一手動旁路系統(tǒng)（用于變頻/工頻切換）
原理是由3個高壓隔離開關(guān)QS1、QS2和QS3組成（見下圖）。要求QS2和QS3不能同時閉合，在機械上實現(xiàn)互鎖。變頻運行時，QS1和QS2閉合，QS3斷開；工頻運行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開。
為了實現(xiàn)變頻器故障的保護，變頻器對用戶開關(guān)QF進行連鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開QF，要求用戶對QF的合分閘電路進行適當改造。工頻旁路時，變頻器應(yīng)允許QF合閘，撤消對QF的跳閘信號，使電機能正常通過QF合閘工頻啟動。
三、設(shè)備運行情況
循環(huán)風機為2240kW,采用北京利德華福電機技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器，設(shè)備型號為HARSVERT-A06/270，2009年7月正式投入使用，投入使用后與原來的風門調(diào)節(jié)有以下優(yōu)點：
�。�1）運行穩(wěn)定，安全可靠。自正式投產(chǎn)以來至今，連續(xù)無故障運行一年多，1,2號干熄焦系統(tǒng)的安全可靠生產(chǎn)提供了強有力的保障。HARSVERT-A變頻器具有免維護的特點，只需定期更換柜門上的通風濾網(wǎng)，不用停機，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。
�。�2）節(jié)能效果顯著，大大降低了電耗。
�。�3）電動機實現(xiàn)了真正的軟啟動、軟停運，變頻器提供給電機的無諧波干擾的正弦波電流，降低了電機的故障次數(shù)。同時，變頻器設(shè)置共振點跳轉(zhuǎn)頻率，避免了風機長期在共振點運行，使風機工作平穩(wěn)，風機軸承磨損減少，延長了電機、風機的使用壽命和維修周期，提高了風機的利用時率。
�。�4）變頻器自身保護功能完善，同原來繼電保護比較，保護功能更多，更靈敏，大大加強了對電機的保護。
�。�5）變頻器同現(xiàn)場信號無縫接口，滿足生產(chǎn)的需要。變頻器內(nèi)置PLC，現(xiàn)場信號接入靈活。變頻器自帶轉(zhuǎn)速和電流測定，可以為現(xiàn)場直接提供電機轉(zhuǎn)速及電流指示。
�。�6）適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動能力強，有時電網(wǎng)電壓高達6.6kV，變頻器仍能正常運行。
四、節(jié)能分析
4.1節(jié)能原理
當采用變頻調(diào)速時，可以按需要升降電機轉(zhuǎn)速，改變風機的性能曲線，使風機的額定參數(shù)滿足工藝要求，根據(jù)風機的相似定律，變速前后流量、壓力、功率與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系為：
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=(n1/n2)2
P1/P2=(n1/n2)3
Q1、H1、P1——風機在n1轉(zhuǎn)速時的流量、壓力、功率；
Q2、H2、P2——風機在n2轉(zhuǎn)速時相似工況條件下的流量、壓力、功率。
假如轉(zhuǎn)速降低一半，即：n2/n1=1/2，則P2/P1=1/8，可見降低轉(zhuǎn)速能大大降低軸功率達到節(jié)能的目的。
循環(huán)風機為2240kW,采用北京利德華福電機技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器，設(shè)備型號為HARSVERT-A06/270，2009年7月正式投入使用，投入使用后與原來的風門調(diào)節(jié)有以下優(yōu)點：
�。�1）運行穩(wěn)定，安全可靠。自正式投產(chǎn)以來至今，連續(xù)無故障運行一年多，1,2號干熄焦系統(tǒng)的安全可靠生產(chǎn)提供了強有力的保障。HARSVERT-A變頻器具有免維護的特點，只需定期更換柜門上的通風濾網(wǎng)，不用停機，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。
�。�2）節(jié)能效果顯著，大大降低了電耗。
�。�3）電動機實現(xiàn)了真正的軟啟動、軟停運，變頻器提供給電機的無諧波干擾的正弦波電流，降低了電機的故障次數(shù)。同時，變頻器設(shè)置共振點跳轉(zhuǎn)頻率，避免了風機長期在共振點運行，使風機工作平穩(wěn)，風機軸承磨損減少，延長了電機、風機的使用壽命和維修周期，提高了風機的利用時率。
�。�4）變頻器自身保護功能完善，同原來繼電保護比較，保護功能更多，更靈敏，大大加強了對電機的保護。
�。�5）變頻器同現(xiàn)場信號無縫接口，滿足生產(chǎn)的需要。變頻器內(nèi)置PLC，現(xiàn)場信號接入靈活。變頻器自帶轉(zhuǎn)速和電流測定，可以為現(xiàn)場直接提供電機轉(zhuǎn)速及電流指示。
�。�6）適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動能力強，有時電網(wǎng)電壓高達6.6kV，變頻器仍能正常運行。
四、節(jié)能分析
4.1節(jié)能原理
當采用變頻調(diào)速時，可以按需要升降電機轉(zhuǎn)速，改變風機的性能曲線，使風機的額定參數(shù)滿足工藝要求，根據(jù)風機的相似定律，變速前后流量、壓力、功率與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系為：
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=(n1/n2)2
P1/P2=(n1/n2)3
Q1、H1、P1——風機在n1轉(zhuǎn)速時的流量、壓力、功率；
Q2、H2、P2——風機在n2轉(zhuǎn)速時相似工況條件下的流量、壓力、功率。
假如轉(zhuǎn)速降低一半，即：n2/n1=1/2，則P2/P1=1/8，可見降低轉(zhuǎn)速能大大降低軸功率達到節(jié)能的目的。
4.2實際測量比較
以下為2010.6.22至2010.9.20日三個月內(nèi)沒上變頻與上變頻后各參數(shù)的比較表：
1#干熄焦
五、總結(jié)
用高壓變頻器控制循環(huán)風機，提高了干熄焦系統(tǒng)自動化控制水平，大大改善了循環(huán)風機生產(chǎn)及現(xiàn)場環(huán)境，完全達到了生產(chǎn)工藝要求。PLC控制技術(shù)、遠房上位機操作，使得集成自動化程度高，運行穩(wěn)定，操作簡單，節(jié)能高效明顯等優(yōu)點。循環(huán)風機高壓變頻器控制系統(tǒng)的成功應(yīng)用，對于改善環(huán)境、減少干熄焦的噸焦耗電量，都具有很高的經(jīng)濟價值，值得推廣。