高壓變頻器在鐵合金電爐除塵風機上的應用
1 引言
鐵合金的生產，多數靠金屬氧化物等礦石還原。這種還原需要在較高溫度下、消耗大量能源才能實現。電爐作為鐵合金生產的主要設備,電爐產生的高溫煙氣，經煙道進入空冷器冷卻再進入袋式除塵器。除塵器清下的積塵，由煙塵灰斗排出，凈化后的廢氣經風機送入煙囪，排入大氣。除塵系統結構如圖1所示。
圖1 除塵系統結構
電爐煉鐵時產生的有害物污染主要體現在電爐加料、冶煉、出鐵3個階段。電爐冶煉一般分為熔化期、氧化期和還原期，其中氧化期強化脫炭，由于吹氧或加礦石而產生大量赤褐色濃煙。在上述3個冶煉期中，氧化期產生的煙氣量最大，含塵濃度和煙氣溫度最高。因此，電爐除塵系統按照氧化期的最大煙塵排量進行設計。在系統最大風量需求的基礎上增加1.1～1.3倍的安全裕度進行除塵風機選型設計。整個冶煉過程中吹氧時期占30～35%，此時風機處于較高負荷運行，而其余時間則處于較低運行工況。很顯然，除塵系統的利用率很低且系統效率差。
長期以來，不論電爐處于哪一個運行階段，產生的粉塵大小均使除塵風機全速運行，騰達西北鐵合金有限公司原采用液力耦合器調節，效率低、功耗大、造成大量的電能浪費。隨著市場競爭的不斷加劇，節能降耗、提高生產效率成為企業發展提高競爭力的有效手段之一。
為滿足高壓變頻改造中的變頻器要求，我廠本著安全第一、質量可靠的方針進行認真的分析，認為采用jd-bp37高壓變頻器完全能滿足要求，制定出如下技術方案，此方案具有以下特點:
（1） 優良的調速性能，滿足負載工藝要求;
（2） 良好的節能效果，提高系統運行效率;
（3） 實現系統軟啟動，減小啟動沖擊，降低維護費用，延長設備使用壽命;
（4） 系統安全、可靠，確保負載連續運行;
（5） 控制方便、靈活，自動化水平高。
2 變頻器選型及性能特性
設計時，根據電機容量，及考慮海拔高度，選用高壓變頻器，對風機系統進行改造，變頻器串在原控制回路中，通過旁路開關柜來進行工/變頻的轉換，保持原來的啟停操作方式不變。改造后，通過高壓變頻器，來控制高壓風機運行。
電爐的冶煉周期一般為70～85分鐘，其中裝料6～10%，送電熔化25～30%，吹氧30～35%，還原期15～20%，沖渣出鐵6～8%。在不同的生產工藝階段，電爐產生的煙氣量和煙氣溫度不同，且差異較大。加料過程中，主要是裝料時廢鋼及渣料產生的揚塵，需要的除塵風量不大，要求粉塵不擴散，不污染電爐周邊工作環境為標準。送電過程中是原料送電拉弧加熱，引發可燃廢棄物燃燒產生廢氣。此時，電爐需要將爐料加熱至熔化狀態，要求煙塵能夠及時排出，又不能過多的帶走爐體熱量以保證煉鋼周期。而在吹氧期間，不僅要求除塵系統能夠及時迅速的將廢氣和粉塵排走，又必須保證爐體有合適的吹煉溫度，確保終點溫度。因此，對除塵系統要求較高。進入還原期，吹氧告一段落，粉塵度再一次降低。在沖渣出鋼時，主要排放物是沖渣產生的水蒸汽和少量廢氣。
通過對冶煉工藝的分析:電爐在煉鐵過程的不同階段對除塵風量的大小有明顯的不同，以吹氧冶煉為最大，加料除塵為最低。鑒于電爐除塵系統中除塵風機的運行方式和設備特點，對除塵風機的控制選用山東新風光電子科技發展有限公司自主研發生產的，適合驅動高壓異步電動機的jd-bp37-800f型變頻器。
2.1 主要技術性能指標
（1）額定輸入電壓，6kv（-20%～+15%）;
（2）輸入頻率，45 ～ 55hz;
（3）輸入方式，36脈沖二極管全波整流輸入;
（4）輸出方式，每相6單元 載波移相 正弦波脈寬調制輸出;
（5）輸入功率因數，大于0.96（額定負載時）;
（6）效率（含變壓器），大于96%（額定負載時）;
（7）輸出頻率，0 - 50hz，連續可調;
（8）頻率分辨率，0.01hz;
（9）過載能力，120%連續，150%1min;
（10）控制電源，雙路供電，220vac，5kva;
（11）冷卻方式，強制風冷;
（12）防護等級，ip20;
（13）模擬量輸入，四路，0～5v/4～20ma，任意設定;
（14）模擬量輸出，兩路，0～5v/4～20ma可選;
（15）開關量輸入輸出，32入/16出（可按用戶要求擴展）;
（16）通訊接口，rs－485接口;
（17）運行環境溫度，0～40℃;
（18）貯存/運輸溫度， -40～70℃;
（19）環境濕度，<90%（20℃時），不凝露;
（20）安裝海拔高度，<1000m（超過1000m時，需降額運行）;
（21）運行參數自動記錄和輸出、自動故障記錄、限流功能、輸出電壓自動調整功能、瞬時停電自動跟蹤功能、單元旁路功能等。
2.2 外形尺寸及安裝要求
變頻器外形尺寸（不含旁路柜）
長×寬×高= 4600×1200×2300（mm）
旁路柜外形尺寸
長×寬×高= 1200×1200×2300（mm）
變頻器采用底部進出線方式，從正面看，高壓進出線孔位于左部旁路柜居后的位置，二次進出線電纜孔位于控制柜居前的位置。變頻器應安裝在電纜溝上，如圖2所示。
圖2 變頻器安裝圖（側面）
變頻器在正面操作。為了保證操作、維護的方便性和通風散熱效果，變頻器正面距墻距離不小于1.5m，背面和頂部距墻距離不小于1m。
室內冷卻方式:空調制冷;墻上安裝排風扇;柜頂加風罩集中通風。
2.3 風光變頻器的主要優勢特點
風光jd-bp系列高壓變頻器與國內外同類產品比較，在產品功能設計、產品質量保障措施、系統安全設計和服務方面，具有以下優勢和特點:
（1）輸入、輸出諧波含量低，輸入功率因數高。無須濾波器和功率因數補償，可直接驅動電機;
（2）系統控制電源采用220vac和高壓主電源降壓隔離后雙路供電，系統運行更可靠、操作更簡便。可在無高壓電的情況下檢測變頻器的輸出及各點波形，便于調試、檢修及操作人員陪訓;
（3）冷卻風機采用高壓主電源降壓后直接驅動，風機僅在上高壓電且變頻器開機后運行，避免了冷卻風機啟、停時對控制系統的影響;
（4）功率單元工作電源為外部開關電源，避免了高壓瞬時掉電時對單元的控制電源的影響;
（5）更適應于國內電網條件，變頻器工作電壓范圍為（+15%～－20%）un，如6kv系列可穩定運行于6900v電壓條件下;
（6）瞬時停電保護功能。當主電源失電后，變頻器控制電機處于發電狀態運行，為單元電容充電，并為單元控制電源供電，直至主電源恢復，變頻器回到原運行狀態。瞬時停電時間典型值為3s（具體時間可以根據用戶的系統而定），超過3s變頻器則保護，檢查停電原因，以免變頻繼續運行而引起事故;
（7）限流功能。避免啟動或負載突然變化時，使變頻器輸出電流過大而導致保護動作;
（8）操作平臺采用全中文win系統，運行穩定，且易學易用;
（9）結構緊湊;
（10）完善的上位機控制功能。可與dcs系統實現通訊或i/o方式硬連接。
（11）主要器件均采用世界一流廠商的成熟產品，產品從元器件至半成品及成品，均實現100%的嚴格測試。各系列產品出廠前均完成100% 72h以上負載測試記錄，確保產品的可靠性。
（12）在系統運行安全可靠性設計方面，我公司擁有獨享專利技術:一種使電解電容延長一倍使用壽命的裝置。
（13）有較強的工程設計能力和溝通意愿，能根據用戶現場條件和控制要求量身定做，及時滿足用戶的不同需求;
（14）功率單元模塊化設計，可以互換，維護簡單;
（15）二次接線模塊化設計，現場接線簡單，安裝周期短。
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鐵合金的生產，多數靠金屬氧化物等礦石還原。這種還原需要在較高溫度下、消耗大量能源才能實現。電爐作為鐵合金生產的主要設備,電爐產生的高溫煙氣，經煙道進入空冷器冷卻再進入袋式除塵器。除塵器清下的積塵，由煙塵灰斗排出，凈化后的廢氣經風機送入煙囪，排入大氣。除塵系統結構如圖1所示。
圖1 除塵系統結構
電爐煉鐵時產生的有害物污染主要體現在電爐加料、冶煉、出鐵3個階段。電爐冶煉一般分為熔化期、氧化期和還原期，其中氧化期強化脫炭，由于吹氧或加礦石而產生大量赤褐色濃煙。在上述3個冶煉期中，氧化期產生的煙氣量最大，含塵濃度和煙氣溫度最高。因此，電爐除塵系統按照氧化期的最大煙塵排量進行設計。在系統最大風量需求的基礎上增加1.1～1.3倍的安全裕度進行除塵風機選型設計。整個冶煉過程中吹氧時期占30～35%，此時風機處于較高負荷運行，而其余時間則處于較低運行工況。很顯然，除塵系統的利用率很低且系統效率差。
長期以來，不論電爐處于哪一個運行階段，產生的粉塵大小均使除塵風機全速運行，騰達西北鐵合金有限公司原采用液力耦合器調節，效率低、功耗大、造成大量的電能浪費。隨著市場競爭的不斷加劇，節能降耗、提高生產效率成為企業發展提高競爭力的有效手段之一。
為滿足高壓變頻改造中的變頻器要求，我廠本著安全第一、質量可靠的方針進行認真的分析，認為采用jd-bp37高壓變頻器完全能滿足要求，制定出如下技術方案，此方案具有以下特點:
（1） 優良的調速性能，滿足負載工藝要求;
（2） 良好的節能效果，提高系統運行效率;
（3） 實現系統軟啟動，減小啟動沖擊，降低維護費用，延長設備使用壽命;
（4） 系統安全、可靠，確保負載連續運行;
（5） 控制方便、靈活，自動化水平高。
2 變頻器選型及性能特性
設計時，根據電機容量，及考慮海拔高度，選用高壓變頻器，對風機系統進行改造，變頻器串在原控制回路中，通過旁路開關柜來進行工/變頻的轉換，保持原來的啟停操作方式不變。改造后，通過高壓變頻器，來控制高壓風機運行。
電爐的冶煉周期一般為70～85分鐘，其中裝料6～10%，送電熔化25～30%，吹氧30～35%，還原期15～20%，沖渣出鐵6～8%。在不同的生產工藝階段，電爐產生的煙氣量和煙氣溫度不同，且差異較大。加料過程中，主要是裝料時廢鋼及渣料產生的揚塵，需要的除塵風量不大，要求粉塵不擴散，不污染電爐周邊工作環境為標準。送電過程中是原料送電拉弧加熱，引發可燃廢棄物燃燒產生廢氣。此時，電爐需要將爐料加熱至熔化狀態，要求煙塵能夠及時排出，又不能過多的帶走爐體熱量以保證煉鋼周期。而在吹氧期間，不僅要求除塵系統能夠及時迅速的將廢氣和粉塵排走，又必須保證爐體有合適的吹煉溫度，確保終點溫度。因此，對除塵系統要求較高。進入還原期，吹氧告一段落，粉塵度再一次降低。在沖渣出鋼時，主要排放物是沖渣產生的水蒸汽和少量廢氣。
通過對冶煉工藝的分析:電爐在煉鐵過程的不同階段對除塵風量的大小有明顯的不同，以吹氧冶煉為最大，加料除塵為最低。鑒于電爐除塵系統中除塵風機的運行方式和設備特點，對除塵風機的控制選用山東新風光電子科技發展有限公司自主研發生產的，適合驅動高壓異步電動機的jd-bp37-800f型變頻器。
2.1 主要技術性能指標
（1）額定輸入電壓，6kv（-20%～+15%）;
（2）輸入頻率，45 ～ 55hz;
（3）輸入方式，36脈沖二極管全波整流輸入;
（4）輸出方式，每相6單元 載波移相 正弦波脈寬調制輸出;
（5）輸入功率因數，大于0.96（額定負載時）;
（6）效率（含變壓器），大于96%（額定負載時）;
（7）輸出頻率，0 - 50hz，連續可調;
（8）頻率分辨率，0.01hz;
（9）過載能力，120%連續，150%1min;
（10）控制電源，雙路供電，220vac，5kva;
（11）冷卻方式，強制風冷;
（12）防護等級，ip20;
（13）模擬量輸入，四路，0～5v/4～20ma，任意設定;
（14）模擬量輸出，兩路，0～5v/4～20ma可選;
（15）開關量輸入輸出，32入/16出（可按用戶要求擴展）;
（16）通訊接口，rs－485接口;
（17）運行環境溫度，0～40℃;
（18）貯存/運輸溫度， -40～70℃;
（19）環境濕度，<90%（20℃時），不凝露;
（20）安裝海拔高度，<1000m（超過1000m時，需降額運行）;
（21）運行參數自動記錄和輸出、自動故障記錄、限流功能、輸出電壓自動調整功能、瞬時停電自動跟蹤功能、單元旁路功能等。
2.2 外形尺寸及安裝要求
變頻器外形尺寸（不含旁路柜）
長×寬×高= 4600×1200×2300（mm）
旁路柜外形尺寸
長×寬×高= 1200×1200×2300（mm）
變頻器采用底部進出線方式，從正面看，高壓進出線孔位于左部旁路柜居后的位置，二次進出線電纜孔位于控制柜居前的位置。變頻器應安裝在電纜溝上，如圖2所示。
圖2 變頻器安裝圖（側面）
變頻器在正面操作。為了保證操作、維護的方便性和通風散熱效果，變頻器正面距墻距離不小于1.5m，背面和頂部距墻距離不小于1m。
室內冷卻方式:空調制冷;墻上安裝排風扇;柜頂加風罩集中通風。
2.3 風光變頻器的主要優勢特點
風光jd-bp系列高壓變頻器與國內外同類產品比較，在產品功能設計、產品質量保障措施、系統安全設計和服務方面，具有以下優勢和特點:
（1）輸入、輸出諧波含量低，輸入功率因數高。無須濾波器和功率因數補償，可直接驅動電機;
（2）系統控制電源采用220vac和高壓主電源降壓隔離后雙路供電，系統運行更可靠、操作更簡便。可在無高壓電的情況下檢測變頻器的輸出及各點波形，便于調試、檢修及操作人員陪訓;
（3）冷卻風機采用高壓主電源降壓后直接驅動，風機僅在上高壓電且變頻器開機后運行，避免了冷卻風機啟、停時對控制系統的影響;
（4）功率單元工作電源為外部開關電源，避免了高壓瞬時掉電時對單元的控制電源的影響;
（5）更適應于國內電網條件，變頻器工作電壓范圍為（+15%～－20%）un，如6kv系列可穩定運行于6900v電壓條件下;
（6）瞬時停電保護功能。當主電源失電后，變頻器控制電機處于發電狀態運行，為單元電容充電，并為單元控制電源供電，直至主電源恢復，變頻器回到原運行狀態。瞬時停電時間典型值為3s（具體時間可以根據用戶的系統而定），超過3s變頻器則保護，檢查停電原因，以免變頻繼續運行而引起事故;
（7）限流功能。避免啟動或負載突然變化時，使變頻器輸出電流過大而導致保護動作;
（8）操作平臺采用全中文win系統，運行穩定，且易學易用;
（9）結構緊湊;
（10）完善的上位機控制功能。可與dcs系統實現通訊或i/o方式硬連接。
（11）主要器件均采用世界一流廠商的成熟產品，產品從元器件至半成品及成品，均實現100%的嚴格測試。各系列產品出廠前均完成100% 72h以上負載測試記錄，確保產品的可靠性。
（12）在系統運行安全可靠性設計方面，我公司擁有獨享專利技術:一種使電解電容延長一倍使用壽命的裝置。
（13）有較強的工程設計能力和溝通意愿，能根據用戶現場條件和控制要求量身定做，及時滿足用戶的不同需求;
（14）功率單元模塊化設計，可以互換，維護簡單;
（15）二次接線模塊化設計，現場接線簡單，安裝周期短。
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