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案例頻道 摘要：介紹高壓變頻器在干熄焦循環(huán)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以更精確地調(diào)節(jié)循環(huán)氣體的風(fēng)量，有利于干熄焦鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：鋼鐵企業(yè)；循環(huán)風(fēng)機(jī)；變頻器；調(diào)速控制
Abstract: The application of high voltage inverter in circulating fan system of coke dry quenching is introduced. The air volume could be regulated precisely, which is beneficial to stable operation of the coke dry quenching boiler.
Keywords: steel enterprise; circulation fan; inverter; speed regulation control;
1 引言
風(fēng)機(jī)類設(shè)備是鋼鐵生產(chǎn)行業(yè)的耗電大戶,目前主要的控制方式是采用液力耦合器調(diào)速,或通過翻板來調(diào)節(jié)風(fēng)量,其中蘊(yùn)藏著巨大的節(jié)能空間。采用高壓大功率變頻調(diào)速方案,將會產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。對降低噸鋼耗水電指標(biāo)、節(jié)能降耗起到積極作用。
隨著計算機(jī)技術(shù)及IGBT等功率器件的飛速發(fā)展,高壓大功率變頻器產(chǎn)品已日漸成熟,但是對于不同的工況條件,節(jié)能效果上差別很大,不能盲目推廣投運(yùn),必須對使用條件和現(xiàn)場工況作細(xì)致的研究。
2 干熄焦循環(huán)風(fēng)機(jī)的工藝要求
干熄焦循環(huán)風(fēng)機(jī)是干熄焦氣體循環(huán)系統(tǒng)中的關(guān)鍵核心設(shè)備，為氣體循環(huán)提供動力，根據(jù)工況調(diào)節(jié)循環(huán)風(fēng)量，控制排焦溫度及鍋爐入口溫度。在干熄焦氣體循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計中，循環(huán)風(fēng)機(jī)的控制方式一般有2種:循環(huán)風(fēng)機(jī)不調(diào)速，采用翻板閥門來調(diào)節(jié)風(fēng)量;循環(huán)風(fēng)機(jī)采用液耦或變頻調(diào)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量。循環(huán)風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)可以更精確地調(diào)節(jié)循環(huán)氣體的流量，有利于干熄焦鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行。
循環(huán)風(fēng)機(jī)工藝技術(shù)參數(shù)：型號，GXS160；形式，雙吸入離心式風(fēng)機(jī)；容積流量，232000m3/h；壓力，風(fēng)機(jī)全壓13.5kPa，入口靜壓約-4.5kPa；介質(zhì)密度，0.77kg/m3；轉(zhuǎn)速，1490r/min。
高壓電機(jī)工藝技術(shù)參數(shù)：型號，YKK630-4；額定功率，2240kW；額定電壓，6kV；額定電流，248A；額定轉(zhuǎn)速，1486r/min；功率因數(shù)，91%。
循環(huán)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量要求隨著干熄焦系統(tǒng)排焦量的變化而變化，主要目的是穩(wěn)定系統(tǒng)的排焦溫度及鍋爐入口溫度，風(fēng)量的調(diào)節(jié)通過循環(huán)風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速來實現(xiàn)。變頻器控制方式選擇:遠(yuǎn)程及本地。當(dāng)選擇開關(guān)打到遠(yuǎn)程位置時，控制權(quán)交給干熄焦中控室EI系統(tǒng)的后臺上位工控機(jī)；當(dāng)選擇開關(guān)打到本地位置時，控制權(quán)交給變頻器。正常工作時，循環(huán)風(fēng)機(jī)的入口檔板全開，在干熄焦中控室EI系統(tǒng)的上位工控機(jī)畫面上給定頻率，控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)風(fēng)量。
3 變頻調(diào)速控制的系統(tǒng)性能特點
對于2240kW/6.0kV高壓變頻裝置，北京利德華福電氣技術(shù)有限公司HARSVERT-A系列高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)，可以很好的滿足現(xiàn)場調(diào)速要求。該系列變頻采用新型IGBT功率器件，全數(shù)字化微機(jī)控制，具有以下特點：
（1）高-高電壓源型變頻調(diào)速系統(tǒng)，直接3、6、10kV輸入，直接3、6、10kV輸出，無須輸出變壓器。
（2）輸入功率因數(shù)高，電流諧波少，無須功率因數(shù)補(bǔ)償/諧波抑制裝置。
（3）輸出階梯正弦PWM波形，無須輸出濾波裝置，可接普通電機(jī)，對電纜、電機(jī)絕緣無損害，電機(jī)諧波少，減小軸承、葉片的機(jī)械震動，輸出線可以長達(dá)1000m。
（4）標(biāo)準(zhǔn)操作面板配置或彩色液晶屏全中文操作界面。
（5）內(nèi)置PLC，易于改變控制邏輯關(guān)系，適應(yīng)多變的現(xiàn)場需要。
（6）支持Profibus、Modbus、TCP／IP等多種通信協(xié)議。
（7）可接受和輸出0～l0V／4～20mA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號。
（8）直接內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，可開閉環(huán)運(yùn)行。
4 高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)原理
4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
HARSVERT-A系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6000V有15（或21）個功率單元，每5（或7）個功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。
圖1 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
4.2 功率單元結(jié)構(gòu)
每個功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，其電路結(jié)構(gòu)見圖2，為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側(cè)為二極管三相全橋。
圖2 功率單元電路結(jié)構(gòu)
4.3 輸出側(cè)結(jié)構(gòu)
輸出側(cè)由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通過對每個單元的PWM波形進(jìn)行重組，可得到如圖3所示的階梯PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機(jī)的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機(jī)不需要降額使用，可直接用于設(shè)備改造；同時，電機(jī)的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機(jī)械振動，減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。
當(dāng)某一個單元出現(xiàn)故障時，通過使圖2中的繼電器K閉合，可將此單元旁路出系統(tǒng)而不影響其他單元的運(yùn)行，變頻器可持續(xù)降額運(yùn)行，如此可減少很多場合下停機(jī)造成的損失。
圖3 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)輸出的相電壓階梯PWM波形
5 設(shè)備運(yùn)行特點
干熄焦循環(huán)風(fēng)機(jī)變頻的投運(yùn)調(diào)試過程順利，投運(yùn)一次成功。該變頻技術(shù)成熟，性能良好，優(yōu)點主要體現(xiàn)在：
（1）運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠。設(shè)備自投運(yùn)以來，一直運(yùn)行正常，沒出現(xiàn)過故障，并具有免維護(hù)的特點，只需定期清洗柜門上的通風(fēng)濾網(wǎng)。
（2）速度響應(yīng)及時準(zhǔn)確，起停平穩(wěn)。對電網(wǎng)幾乎無諧波干擾，大大減少了電機(jī)的振動和噪音，完全滿足干熄焦氣體循環(huán)系統(tǒng)的工藝需求。
（3）變頻器自身保護(hù)功能完備，控制器用戶接口電路完善，現(xiàn)場信號接入靈活方便，內(nèi)部控制連接采用光纖通信技術(shù)，具備良好的抗電磁干擾性，可靠性大大提高。
（4）適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動能力強(qiáng)。盡管廠區(qū)內(nèi)電網(wǎng)電壓波動頻繁（電壓波動范圍為5.7～6.3kV），變頻器運(yùn)行仍穩(wěn)定正常。
（5）節(jié)能效果顯著。根據(jù)現(xiàn)場實際運(yùn)行工況，排焦量在140t/h左右時，系統(tǒng)所需風(fēng)量約為額定風(fēng)量的30%，此時變頻器的運(yùn)行頻率為40Hz。
參考文獻(xiàn)
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北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號