在冶金企業(yè)中,高爐鼓風(fēng)機(jī)是非常重要的設(shè)備,必須確保其能夠穩(wěn)定、安全、高效的工作,高爐送風(fēng)制度是高爐操作的根本制度，是高爐穩(wěn)定順行、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的重要條件。高爐合理送風(fēng)制度應(yīng)達(dá)到以下要求：爐料正常穩(wěn)定下降，爐況順行；初始煤氣流達(dá)到合理的分布；爐缸活躍且均勻，渣鐵物理熱充沛，鐵水質(zhì)量合格；有利于爐型和設(shè)備的維護(hù)。
新疆鄯善金匯鑄鐵有限公司 應(yīng)用現(xiàn)場
一、控制方案確立
高爐煉鐵冶煉用鼓風(fēng)機(jī)是高爐最重要的動力設(shè)備，它不但直接提供高爐冶煉所需的氧氣，而且提供鼓風(fēng)動能克服高爐料柱阻力所需的氣體動力。高爐冶煉要求鼓風(fēng)機(jī)能供給一定量的空氣，以保證燃燒一定的碳;其所需風(fēng)量的大小不僅與爐容成正比，而且與高爐強(qiáng)化程度有關(guān)、一般按單位爐容2.1～2.5m3/min的風(fēng)量配備。但實(shí)際上不少的高爐鼓風(fēng)機(jī)選型時設(shè)計余量的基礎(chǔ)上考慮到生產(chǎn)的發(fā)展需要，配備的風(fēng)機(jī)功率往往大于實(shí)際生產(chǎn)需要都大于這一比例，因此一般采用入口風(fēng)門、出口放風(fēng)閥進(jìn)行風(fēng)量、風(fēng)壓控制，以及防止風(fēng)機(jī)的喘振。
在高爐煉鐵冶煉中也需要經(jīng)常根據(jù)煉鐵工藝情況調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)系統(tǒng)風(fēng)量，諸如在燃料比降低或燃料比維持不變的情況下，風(fēng)量增加，下料速度加快，生鐵產(chǎn)量增加。料速超過正常規(guī)定應(yīng)及時減少風(fēng)量。當(dāng)高爐出現(xiàn)懸料、崩料或低料線時，要及時減風(fēng)，并一次減到所需水平。渣鐵未出凈時，減風(fēng)應(yīng)密切注意風(fēng)口狀況，防止風(fēng)口灌渣。當(dāng)爐況轉(zhuǎn)順，需要加風(fēng)時，不能一次到位，防止高爐順行破壞。兩次加風(fēng)應(yīng)有一定的時間間隔，這些送風(fēng)工藝控制的要求也對高爐鼓風(fēng)控制系統(tǒng)提出一定的要求。
由于原有的高爐送風(fēng)系統(tǒng)控制方法落后，存在著較大的閥門節(jié)流損耗、風(fēng)機(jī)的效率低、設(shè)備運(yùn)行十分不經(jīng)濟(jì)，同時，高爐送風(fēng)的風(fēng)量、風(fēng)壓控制需要人力旋轉(zhuǎn)蝶閥手柄，來控制閥門開度，控制方法既費(fèi)力又費(fèi)時，十分的不方便，不僅風(fēng)機(jī)驅(qū)動電機(jī)的能耗大且不利于送風(fēng)制度的貫徹落實(shí)，對高爐冶煉也有較大影響。因此，新疆鄯善金匯鑄鐵有限公司決定對1#高爐的鼓風(fēng)機(jī)實(shí)施變頻器調(diào)速改造。
二、高壓變頻器型號選擇及品牌確立
高爐煉鐵冶煉用鼓風(fēng)機(jī)是高爐最重要的動力設(shè)備，它的穩(wěn)定、可靠、持續(xù)運(yùn)行是煉鐵生產(chǎn)達(dá)產(chǎn)的基本保證，若高爐送風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障會對高爐冶煉帶來極大的危害，特別是在高爐出鐵水時，若高爐送風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致高爐出現(xiàn)灌渣堵風(fēng)口的事故，造成高爐停產(chǎn)，使企業(yè)蒙受損失，因此，高壓變頻器的可靠性及控制系統(tǒng)冗余，是確保系統(tǒng)運(yùn)行的基本保障。
新疆鄯善金匯鑄鐵有限公司對高壓變頻器的選型十分謹(jǐn)慎，因此，考察了多家高壓變頻器制造商后，最終確定采用深圳英威騰電氣公司的CHH100系列高壓變頻器實(shí)施高爐鼓風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速改造。這次選擇英威騰電氣CHH100-1250-10型高壓變頻器主要是基于該型號的高壓變頻器具有完善的控制功能，諸如溫度補(bǔ)償功能、輸出短路保護(hù)功能、轉(zhuǎn)矩限制功能，特別是在該企業(yè)參觀時，生產(chǎn)廠家為我們做的短路過流保護(hù)的演示給我們留下了深刻的印象。
三、高壓變頻調(diào)速改造方案
這次高爐高爐離心式鼓風(fēng)機(jī)采用的是CHH100-1250-10型高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，原系統(tǒng)的水阻啟動柜保留，當(dāng)高壓變頻器發(fā)生故障時，控制系統(tǒng)可以將發(fā)生故障高壓變頻器從一次回路中剝離出來，電機(jī)旁路到工頻電源上運(yùn)行，這里可以使風(fēng)機(jī)驅(qū)動電機(jī)在工頻與變頻兩套電源系統(tǒng)上運(yùn)行，彼此互為冗余、互為備用確保系統(tǒng)的可靠性，從而確保高壓變頻器故障時高爐不會發(fā)生失去風(fēng)壓、風(fēng)口灌渣故障。高爐鼓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速一次接線參見圖1-1.
10kV電源經(jīng)高壓開關(guān)柜到高壓變頻器的電源切換柜，經(jīng)高壓隔離開關(guān)QS1、KM1到高壓變頻器的移相整流側(cè)，高壓變頻器的調(diào)頻電源經(jīng)高壓隔離開關(guān)QS2 及KM3到高壓電機(jī)，KM2及KM3彼此電氣互鎖， 但高壓變頻器出現(xiàn)故障時，KM3跳脫，KM2閉合，系統(tǒng)自動切換到工頻電源運(yùn)行，避免高爐因高壓變頻器故障產(chǎn)生風(fēng)口灌渣事故，確保煉鐵生產(chǎn)的持續(xù)可靠運(yùn)行。
四、英威騰CHH100系列在高爐風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)
此次高爐風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)采用的是深圳市英威騰電氣有限公司生產(chǎn)制造的高壓變頻調(diào)速器，變頻調(diào)速系統(tǒng)在現(xiàn)場運(yùn)行時，其運(yùn)行頻率設(shè)定的方法采用的遠(yuǎn)程操作臺進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控或風(fēng)機(jī)運(yùn)行速度給定，電控室的值班人可以很方便地根據(jù)高爐的生產(chǎn)可以要求進(jìn)行加風(fēng)、減風(fēng)、休風(fēng)操著，而且，加風(fēng)、減風(fēng)的時間間隔，風(fēng)壓、流量均可以自由地控制，對高爐的順行控制提供了有力的條件。
CHH100系列無電網(wǎng)污染高壓大功率變頻器是由多個功率模塊串聯(lián)而成，通過將多個低壓功率模塊的輸出疊加起來得到高壓輸出，實(shí)現(xiàn)了真正意義的高-高電力變換，無需降壓升壓變換，解決了高壓電力變換的困難。串聯(lián)多重化疊加技術(shù)的應(yīng)用還為實(shí)現(xiàn)純正弦波、消除電網(wǎng)諧波污染開辟了嶄新的途徑。INVT-CHH高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)主控制部分以新型電機(jī)控制專用DSP（數(shù)字信號處理器）為控制核心，輔以大規(guī)模可編程邏輯器件，實(shí)現(xiàn)SPWM波形控制及各種信號的檢測、分析判斷和處理。控制器和功率單元箱之間通過光纖進(jìn)行信號傳輸，可有效避免電磁干擾，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。同時控制系統(tǒng)具有豐富的模擬、數(shù)字接口，可用于與用戶中控DCS連接和擴(kuò)展，以滿足現(xiàn)場各種運(yùn)行與控制的需要。用戶在后臺可以監(jiān)控變頻各種狀態(tài)并對其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和頻率設(shè)定調(diào)節(jié)。
CHH100系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)主控制部分以新型電機(jī)控制專用DSP（數(shù)字信號處理器）為控制核心，輔以大規(guī)模可編程邏輯器件，實(shí)現(xiàn)SPWM波形控制及各種信號的檢測、分析判斷和處理。控制器和功率單元箱之間通過光纖進(jìn)行信號傳輸，可有效避免電磁干擾，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。同時控制系統(tǒng)具有豐富的模擬、數(shù)字接口，可用于與用戶中控DCS連接和擴(kuò)展，以滿足現(xiàn)場各種運(yùn)行與控制的需要。用戶在后臺可以監(jiān)控變頻各種狀態(tài)并對其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和頻率設(shè)定調(diào)節(jié)。
（1）能實(shí)現(xiàn)軟啟動，啟動時間和啟動的方式可以根椐現(xiàn)場工況進(jìn)行調(diào)整。
（2）高功率因數(shù)，達(dá)0.95以上，無需另加功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，避免了因無功帶來的罰款。
（3）效率高，高達(dá)96%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于可控硅大功率調(diào)速裝置。
（4）符合IEEE519-1992標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格要求，不對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染，完全無需任何濾波裝置。
（5）對電機(jī)不產(chǎn)生諧波污染，有效降低了電機(jī)的發(fā)熱量，噪聲與采用工頻供電時相近。
（6）轉(zhuǎn)矩脈沖很低，不會導(dǎo)致電機(jī)等機(jī)械設(shè)備的共振，同時也減少了傳動機(jī)構(gòu)的磨損。
（7）輸出波形完美，失真度小于1% 。
（8）電動機(jī)的電應(yīng)力強(qiáng)度與采用工頻供電時相近，無需配備特殊電動機(jī)。
（9）與電機(jī)的連接不受電纜長度的限制。
五、高壓變頻調(diào)速改造總結(jié)及收益分析
高爐煉鐵冶煉用鼓風(fēng)機(jī)是高爐最重要的動力設(shè)備，它不但直接提供高爐冶煉所需的氧氣，而且提供鼓風(fēng)動能克服高爐料柱阻力所需的氧氣及氣體動力，因此，要求它 24h連續(xù)可靠運(yùn)行，偶然跳閘或停機(jī)會對整個生產(chǎn)甚至高爐本身都會造成比較嚴(yán)重的影響。而在高爐煉鐵生產(chǎn)時，每50分鐘就要出一次鐵，因而對高壓變頻器的可靠性要求非常高。為防止高壓變頻器發(fā)生故障影響高爐冶煉的正常進(jìn)行，提高高爐風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠性，我們采用了系統(tǒng)冗余的控制方案，在高壓變頻器調(diào)試過程中曾因?yàn)橄到y(tǒng)電磁兼容的原因造成高壓配電系統(tǒng)中的電子式速斷繼電器動作，系統(tǒng)即時自動旁路到工頻回路運(yùn)行，人工調(diào)節(jié)蝶閥開度，沒有對高爐煉鐵冶煉造成影響。
新疆鄯善屬于偏遠(yuǎn)地區(qū)，電網(wǎng)常時間電壓波動較大，其電壓波動范圍常在±10%之間，CHH100型高壓變頻器均能正常可靠運(yùn)行，而且，鼓風(fēng)動能沒有較大波動，對高爐的冶煉順行起了較大的作用。采用高壓變頻器后風(fēng)量調(diào)節(jié)的方式更加簡便快捷，操作工人反應(yīng)也較好。
采用高壓變頻器調(diào)節(jié)高爐風(fēng)量，高爐風(fēng)機(jī)驅(qū)動電機(jī)的運(yùn)行電耗明顯降低，也給企業(yè)帶來了巨大的效益。從配電值班記錄來看，采用高壓變頻器后，高壓電機(jī)的運(yùn)行頻率一般在39HZ – 47HZ之間，對應(yīng)的電機(jī)輸入功率平均在930KW左右，未采用變頻調(diào)速時高壓電機(jī)的輸入功率平均在1273KW左右，其平均節(jié)電率在27%左右。（參見表1-1）
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高壓電機(jī)運(yùn)行能耗對照表
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電機(jī)型號
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YK1250-2/990
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電機(jī)功率
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1250KW
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蝶閥控制風(fēng)量的電機(jī)平均輸入功率
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變頻調(diào)速控制風(fēng)量的電機(jī)平均輸入功率
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1273KW
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930KW
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減少電機(jī)輸入功率
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343KW
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平均節(jié)電率
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27%
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年均降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行電耗：128.6萬元 『備注』 按當(dāng)?shù)仄骄妰r0.5元/度；設(shè)備年運(yùn)行7500小時計算。
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由統(tǒng)計的節(jié)能數(shù)據(jù)來看，高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用高壓變頻調(diào)速可以大幅度降低電機(jī)電耗，經(jīng)濟(jì)效益是顯著的。另外，采用高壓變頻調(diào)速控制后，高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)的功能也得到了明顯改善，其主要表現(xiàn)如下：
（1）電源側(cè)功率因數(shù)提高： 原電機(jī)直接由工頻驅(qū)動時，采用無功補(bǔ)償，其電機(jī)的運(yùn)行功率因數(shù)為0.92左右。采用高壓變頻器后，電源側(cè)的功率因數(shù)可提高到0.96以上，配電系統(tǒng)的效率明顯改善。
（2）啟動性能改善：原系統(tǒng)采用水阻柜啟動，高壓電機(jī)的起動電流在額定電流的3倍左右，仍未從根本上解決從根本上解決電機(jī)啟動電流大、啟動時間長，電網(wǎng)電壓降大，設(shè)備存在啟動構(gòu)架振動問題；采用高壓變頻器后高壓電機(jī)在額定電流內(nèi)平穩(wěn)啟動，從根本上解決了高壓電機(jī)的起動問題。
噪音大大減小，改善運(yùn)行人員的工作環(huán)境：采用變頻調(diào)節(jié)后，由于通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，風(fēng)門全開，鼓風(fēng)機(jī)、風(fēng)管的噪音大大下降，改善工作環(huán)境條件，現(xiàn)場運(yùn)行人員反映良好。
六、結(jié)束語
深圳英威騰CHH100系列高壓變頻器在新疆鄯善金匯鑄鐵公司高爐鼓風(fēng)機(jī)上投入運(yùn)行以來運(yùn)行穩(wěn)定，改變了高爐鼓風(fēng)的風(fēng)量、風(fēng)壓控制方式，提高了高爐冶煉的工藝控制水平，保證了高爐的正常生產(chǎn)，并取得了可觀的節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益與附加效益，為高壓變頻器在鋼鐵行業(yè)的推廣應(yīng)用取得良好經(jīng)驗(yàn)
