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国产高压变频器在济钢三炼钢除尘风机的节能应用

1、用户及现场工艺简介

济南钢铁股份有限公司是国内一流、国际先进的板材精品基地。主要工艺有焦化、烧结、炼铁、炼钢、轧钢。已发展成为全国最大的中厚板生产、出口龙头企业,产品出口比例、中厚板的产量、成本、市场占有率、出口量等多项指标居全国第一。目前已建成了国内最先进的大型球团竖炉;全部采用冶金前沿技术、具有国际一流水平的1750立方米高炉和120t转炉;国内独创、技术一流的铸坯热送直轧工艺和蓄热式步进梁式加热炉;国内轧制力最大、精度最高的中厚板轧机;形成了1750立方米高炉-120吨转炉-中厚板轧机国内一流、国际先进的现代化生产线。

在节能降耗形势下,济钢积极采用新技术新产品进行节能改造,三炼钢厂采用高压变频器对其倒罐站除尘风机进行了高压变频调速改造。

传统设计上,钢铁厂的除尘风机采用液力耦合器调速或风门调节,但由于调节手段的落后、调节控制不方便,导致风机的运行效率低,损耗巨大,而采用变频调速改造的节能空间巨大。济钢集团第三炼钢厂在2007年的节能改造设备招标中,以智光电气可靠性制造与技术、高压变频器大量稳定可靠的运行业绩,最终选择了广州智光电电气股份有限公司生产的ZINVERT系列高压变频器,对三炼钢的2240kW的倒炉站除尘风机进行了高压变频调速改造。

 

2、改造方案

济南钢铁第三炼钢厂倒罐站除尘风机。电机为10kV、2240kW,原采用液偶实现启动和调速运行,原风机运行一般一直保持在高速运行。该除尘风机相关的工艺是:高炉出铁到鱼雷罐中,然后经鱼雷罐运至倒罐站,倒出至储铁钢包中,再经钢包送至转炉炼钢。在倒罐站倒铁的同时会出现烟尘上升,为提高铁的纯度等,用除尘风机来抽走这些烟尘。

济钢三炼钢厂倒罐站有2个倒铁口,生产中通常有三种情况:两口同时出铁(约10%时间)、一个口出铁(约50%时间)和不出铁(约40%时间)。每次倒铁时间约7~8分钟。一般每天要求炼95炉钢,即倒95罐铁。在两罐同时倒铁时的除尘量要求大,只一罐倒铁时的除尘量要求一般,不出铁时的除尘量较小。因此,可根据出倒铁情况对除尘风机的风量进行调整,达到满足除尘效果的同时达到节能效果。

 
除尘配套电机及液力耦合器参数如下表:

电机铭牌参数

电机型号

YKS800-8

额定功率因数

0.84

额定功率

2240kW

额定转速

742r/min

额定电压

10000V

额定电流

162A

额定频率

50Hz

生产厂家

沈阳电机股份有限公司

液偶铭牌参数

型号

YOTFC1320

额定转速

750r/min

功率范围

1100-3000kW

生产厂家

大连液力机械有限公司

  

除尘风机的高压变频改造方案:

此次改造采用的为ZINVERT-A9H3000/10Y一拖一手动旁路高压变频调速系统,参数如下:

变频铭牌参数

变频型号

ZINVERT-A9H3000/10Y

适配电机

2240Kw

额定容量

3000KVA

输入电压

10kV

输入电流

150.1A

输出电压

0-10kV

输出电流

173.2A

出厂编号

0712256

 

系统一次接线如下图所示。10kV电源经变频装置刀闸K1到高压变频装置,变频装置输出经刀闸K2与水阻柜串联接至电动机,正常时先将水阻柜旁路再进行变频启动电动机;10kV电源还可经刀闸K2切换至工频侧通过串水阻降压起动电动机。一旦变频装置出现故障,即可马上断开输入侧10kV开关及刀闸K1,将变频装置隔离,切换刀闸K2至工频侧,把水阻柜投入,在工频电源下起动电机运行。刀闸K1、K2之间具有闭锁和防止误操作功能。ZINVERT型智能高压变频调速系统内核控制由双DSP完成,装置在现场运行时其运行频率设定方式有多种方式。现场采用自动控制功能,实现分级速度控制。

国产高压变频器在济钢三炼钢除尘风机的节能应用

 

图4 高压变频调速系统一次主接线图

        

3、项目改造效果

为实现高压变频调速的自动功能,满足生产的需要,ZINVERT系列高压变频调速系统内置PLC,现场信号接入灵活。倒炉的行程开关分别为变频器自动提供三个转速的控制接点接入PLC,高压变频器根据现场倒炉的个数自动高速、中速、低速运行。现场设置转速与除尘效果如下表:

速度

f(Hz)

Pi(kW)

风机n(r/min)

备注

42%

21.5

250

300

能满足要求

62%

31.3

720

450

除尘效果勉强,可再提高点

75%

37.4

1182

534

除尘效果好、无振动

 

 

 

 

 

 

 

改造前后的工频与变频运行数据如下:

工频运行参数

母线电压

10.5kV

运行电流

117A

运行功率因数

约0.8

风门开度

100%

风机转速

535r/min(最高600r/m)

运行功率

1700kW

变频运行参数

运行频率

21.5Hz、31.3Hz、37.4Hz

风机转速

300、450、534r/min

输入电压

10.55kV

输入电流

13.4A、38.8A、63.5A

输出电压

4.04kV、6.12kV、7.31kV

输出电流

24.5A、55.5A、114.8A

输入功率因数

0.96、0.97、0.976

输出功率因数

0.56、0.71、0.77

输入功率

250kW、720kW、1182kW

24h平均功率

578kW

备 注

目前液偶尚未拆除,计划年后就拆除,到时速度设置将会相应降低。

  

根据倒炉情况,除尘风机变频改造后的运行平均功率为:

250×40%+720×50%+1182×10%=578kW;

平均节电率:100%×(1700-578)/1700=66%;

按照年工作350天,年节电量:(1700-578)×24×350=942.48(万kWh)。

由于改造工期要求,该次技术改造保留了液力耦合器,液力耦合器开度全开由变频调速运行,经过高压变频器半年的稳定运行后,用户已决定对液力耦合器进行拆除,液力耦合器拆除后,将进一步节省液力耦合器的转差损耗,还可进一步提高节电率3至5个百分点。除显著的节能效果外,除尘风机采用广州智光电气股份有限公司的高压变频器改造后,同原来使用液力耦合器比较,有以下优点:

(1) 网侧功率因数提高: 原电机直接由工频驱动时,采用无功补偿,其实际运行功率因数为0.92。采用高压变频调节系统后,电源侧的功率因数可提高到0.96以上,无需无功补偿装置就能大大的减少无功功率,满足电网要求,可进一步节约上游设备的运行费用。

(2) 设备运行与维护费用下降:采用变频调节后,由于通过调节电机转速实现节能,在负荷率较低时,电机、风机转速也降低,主设备及相应辅助设备如轴承等磨损较前减轻,维护周期可加长,设备运行寿命延长。

(3) 噪音大大减小,改善运行人员的工作环境:采用变频调节后,由于通过调节电机转速实现调节,风门全开,鼓风机、风管的噪音大大下降,改善工作环境条件,现场运行人员反映良好。

(4)高压变频器实现自动转速调节,控制自动化(根据两个炉的倒炉的行程开关,自动实现三个工况的控制),并且在较低转速下比液力耦合器的效率大大提高节,能效果显著,大大降低了吨钢电耗。
(5)高压变频器具有真正意义上的软起动功能,它可以使起动电流值保持在额定电流以内,不会对电网造成冲击,也不会对所传动的风机、泵类的机械设备带来冲击,电动机实现了真正的软启、软停,降低转速也传动系统的磨损故障,延长设备的维修周期,提高了设备的利用率。    

(6)智光ZINVERT系列高压变频器的适应电网电压波动能力强,电网电压波动-35%~+15%,变频器仍能正常运行。


4、结语

ZINVERT系列高压变频器在济钢集团第三炼钢厂倒炉除尘风机调速改造,设备投运以来运行稳定,保证了钢厂工艺的正常生产,并取得了可观的节能经济效益与附加效益,为该产品在钢铁行业的推广应用取得良好经验。

 

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