技术文章

当前页面: 首页 >技术文章 >【钢铁行业】 高压变频器在混铁炉除尘风机上的应用

【钢铁行业】 高压变频器在混铁炉除尘风机上的应用

供稿:上海亿思特电气股份有限公司 2013/9/25 11:29:12

0 人气:933

  • 关键词: 混铁炉 高压变频器 交钥匙工程
  • 摘要:本文结合混铁炉转炉除尘风机的生产工艺,综述了高压变频器的性能特点及系统原理,同时详细说明了整体施工方案,从而证实了变频器在江阴博丰钢铁有限公司有着很大的节电效果。

  一、 引言
  江阴博丰钢铁有限公司设置两座600T混铁炉,且有一个倾翻工位和一个大包倒小包工位。每座混铁炉设有一个进铁口和一个出铁口,倾翻工位相当于混铁炉进铁口。当混铁炉进铁或出铁时,高温的铁水会同空气发生剧烈的化学反应,产生大量的烟气。一方面对现场操作的工人不利,另一方面也对环境造成了巨大的污染。混铁炉多种进出铁工况条件下风量随时变化,因此该除尘风机需要多种速度来适应。在以前的运行过程中,由于一方面液力耦合器不能适应频繁的调速,另一方面原设计现场阀门信号与风机调速控制分属两个控制系统,两者之间没有信号联系。因此原有除尘风机运行方式基本为恒速运行,其运行转速保持在约680rpm左右,运行电流约在150A,仅通过现场阀门及炉盖开启来达到除尘效果,同时为防止阀门全部关闭造成风机振动过大,其中一台大包倒小包阀门始终打开,大量风量直接排空,导致大量有功功率浪费。此外液力耦合器低速运行时效率低下,为了提高风机的运行效率,节能降耗,必须对风机调速控制进行改进。
  近几年随着国内高压变频器技术的进步,变频器的性价比和稳定性有很大幅度的提升,经过考察,我厂最终选择了上海亿思特电气股份有限公司的IDrive系列高压变频器对风机进行调速控制,于20128月份安装调试完毕投入运行,至今已稳定运行近四个月,给我厂带来了巨大的效益。

  二、混铁炉除尘工艺工况及主电机参数介绍
  1、混铁炉除尘风机工况:
  混铁炉系统除尘设计风量:66万立方米/小时
  风道漏风损耗率设计: 10
  进铁水(或大包倒小包)除尘需要风量:25万立方米/小时
  出铁水除尘需要风量: 6万立方米/小时
  进铁水除尘需要时间: 10分钟/
  出铁水除尘需要时间: 3分钟/
  日出铁水总次数: 180
  日进铁水总次数: 120
  进铁时,当捕集罩关到位后,相应的阀门打开。出铁时,混铁炉离开零位后,相应的出铁口阀门打开。
  2、混铁炉除尘风机主电机的技术参数如下:
  电机型号:Y710
8
  额定功率:
1600kW
  额定电压:
6300V
  额定电流:
183.2A
  功率因数:
0.84
  3
、工艺要求:
  现场提供具体工作情况分为以下6种工作情况:
  1):一个进铁口工作需要25m3/h
  2):一个出铁口工作需要6m3/h
  3):两个出铁口同时打开需要风量12m3/h
  4):一个进铁口一个出铁口同时打开需要风量31m3/h
  5):一个进铁口两个出铁口同时打开需要风量37m3/h
  6):两个进铁口同时打开需要风量50m3/h

  三、高压变频调速系统改造方案:
  1IDrive高压变频器的原理
  采用高-高电压源型,单元串联多电平技术。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,1600kW/6kV高压变频器每相由5个功率单元串联而成,输出相电压最高可达3500V,线电压达6kV左右。每个功率单元承受全部的电机电流,但只提供1/5相电压和1/15的输出功率,为单相输出的交直交PWM电压源型逆变结构,相邻功率单元的输出端串接起来,形成Y接结构,实现变压变频的高压直接输出,供给高压电动机。
  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相互绝缘,二次绕组采用延边三角形接法,实现多重化,以达到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5个不同的相位组,互差12度电角度,形成30脉冲的整流电路结构。
  2、设备选型:

  根据用户电机参数及负载情况,配置由亿思特公司生产的IDrive2000系列高压变频调速系统;该产品具有设计余量大、过载能力强,操作方便,质量可靠等优点。

  n  混铁炉除尘风机使用变频器型号以及主要参数如下:

适配电机功率

6kV/1600kW

设备型号

IMV-A5-D6/0200-0

额定功率

1600kW

额定容量

2000kVA

输入电压

6kV

输出电压

06kV

输出电流

0200A

生产厂商

上海亿思特电气股份有限公司


  3、变频器主回路方案:
  由于风机进风口没有风门,因此这次改造没有安装工频旁路柜。即用户电网直接接高压变频器,然后接电机。

  4、控制系统设计

  根据混铁炉的工艺要求,我们在满足除尘环保要求的前提下,为简化控制逻辑,现场PLC直接根据出铁口、进铁口的炉盖位置开关状态来控制变频器的转速,变频器预设3个速度点,根据现场所需风量不同自动调节电机转速。
  现场送6个开关量信号进PLC,在程序内编程以达到变频器高、中、低速运行。

状态

转速

1号炉进铁风口

1号炉出铁风口

2号炉进铁风口

2号炉出铁风口

1号炉大包到小包

2号炉大
包到小包

低速

300 rpm

0

0

0

0

0

0

中速

520 rpm

0

1

0

——

0

0

0

——

0

1

0

0

高速

680 rpm

1

——

——

——

——

——

——

——

1

——

——

——

——

——

——

——

1

——

——

——

——

——

——

1


  状态说明:0:风口关闭
  1:风口打开

  ——:任意状态

  四、交钥匙工程整体施工方案:
  1、由于目前设备使用液力耦合器,考虑到风机运行的稳定性,因此拆除液力耦合器,将电机向前移位采用直接连接方式;对电机移位后与风机直联的磨擦片接手重新定制,重新制作钢底座作为电机基础,同时为确保设备投运后的安全,应确保的安装精度,保证电机与风机之间的同心度≦0.05mm
  2、高压变频器主设备安装在风机值班室内,原高压柜至电机的高压电缆用做改造时高压柜至变频器进线电缆,变频器至电机高压电缆重新敷设,同时敷设现场PLC柜至变频器控制柜3根屏蔽控制电缆用于变频器的远程启动、停车,采集现场阀门状态信号,实现变频器三段速的自动调节及变频器信号的反馈。此外还需敷设一根高压柜至变频器的控制电缆,用于高压柜合闸允许和高压柜紧急分闸控制。
  3、由于高压变频器的IGBT等功率元器件对环境温度要求比较高,同时本项目变频器功率较大,为了防止因温高而引起变频器的保护停机,我厂采用以下三种措施来防止室温过高:

  1)        柜顶加装排风管,使变频器自身产生的大部分热量通过排风系统释放到室外;

  2)        改装现有的窗户,进行双层玻璃保温;

  3)        加装一台10匹的工业风冷空调。

  4、施工时间安排见下表

施工项目名称

内容

参与人数

时间

土建

电缆沟的挖掘、高低压电缆的敷设、电缆桥架的安装、变频器设备的就位、排风管道安装

2~3

4

机械

液偶的拆除、变频器的安装

2~3

4

设备接线

设备自身接线及设备与PLC接线

2~3

2

整机调试

系统的控制电试验、变频器自身高压上电试验、变频器的带电机及带风机试验

2~3

3

合计

 

13


  最终,上海亿思特电气股份有限公司凭借优质、快捷的售后服务,顺利将设备投入运行,运转情况良好,整体工程一次性验收。

  五、节能测算及投资分析:
  1、上变频器前后的相关参数统计

 

上变频器前

上变频器后

电机实际运行电流

150A

进铁电机实际电流

110 A

对应转速

667r/min

电机实际功率因数

0.8

出铁电机实际电流

45 A

对应转速

520 r/min

进铁实际需要风量

60m3/h

没有进出铁电机
实际电流

4.4 A

对应转速

300 r/min

出铁实际需要风量

36m3/h

电机实际功率因数

0.95

 

 

实际转速

680r/min

 

 

 

 


  表5.1运行参数

  Ø  年运行时间:  7920  小时;

  Ø  上网电价:   0.5    /度;

  2、节能效果计算:

  1)      计算实际工况输入功率

  改造前电动机输入功率:

  -------------------公式①

  计算数据如表5.1

  Ø  = 1.732×6.3kV×150A×0.8=1309.4 kW

  2)      计算变频调节输入功率

  计算公式同“公式①”

  a)        高速运行时,转速为667rpm
  考虑到有可能两座炉同时进铁水需同时除尘,预计每天高速运行的时间约为12小时则:

  Ø  = 1.732×6.3kV×110A×0.95 =1140 kW

  b)        中速运行时,转速为520rpm
  考虑到至少有一个出铁状态,每天预计运行10小时则:

  Ø  = 1.732×6.3kV×45A×0.95 =466.5 kW

  c)        低速运行时,转速为300rpm
  在不除尘时,只要保证正常的工作环境和能够保证正常提速至除尘状态即可,每天预计运行2小时则

  Ø  = 1.732×6.3kV×4.4A×0.95 =45.6 kW

  3)      计算“节约电费”

  =(1309.4-1140)×3960×0.5+(1309.4-466.5)×3300×0.65+(1309.4-45.6)×660×0.5=169.8万元

  3、间接收益:

  1.        变频改造后,实现电机软启动,启动电流小于额定电流值,启动更平滑;

  2.        电机以及负载转速下降,系统效率得到提高,取得节能效果;大大减少了对设备的维护量,节约了人力物力资源;

  3.        由于电机以及负载采用转速调节后,工作特性改变,设备工况得到改善,延长设备使用寿命;

  4.        功率因数由原来的0.8左右提高到0.95以上,不仅省去了功率因数补偿装置,而且减少了线路损耗;

  5.        厂房设备噪声污染将降低;

  6.        能提高整个系统的自动化水平和工艺水平;

  7.        节能减排,减少了温室气体的排放,保护了环境;

  8.        负载改变频后,由于变频器采用单元串联多重化技术,因此在理论上可以消除31次以下谐波;由于实际制造工艺的限制,网侧电压谐波总含量可以控制在2%以内,电流谐波总含量小于2%,延长了电机的使用寿命;

  9.        变频输出采用PWM技术控制,输出电压波形基本接近正弦波,谐波总含量小于2%,上述指标均满足IEEE-519国际电能质量谐波标准要求;延长了电机的使用寿命。

  六、结束语:

  综合看来,本套高压变频调速系统的投入,对提高江阴博丰钢铁有限公司电能的使用效率,降低公司的生产成本,保证混铁炉除尘风机的安全运行以及生产工作自动化程度的提高有着积极、重要的作用。可以说这是一个产品适用性强,投资回报快的高科技项目。

更多内容请访问 上海亿思特电气股份有限公司(http://c.gongkong.com/?cid=17853)

手机扫描二维码分享本页

工控网APP下载安装

工控速派APP下载安装

 

我来评价

评价:
一般