一、阿鋼公司介紹
阿鋼是西林鋼鐵集團有限公司控股的子公司，位于距省城哈爾濱東南22公里的阿城市。企業(yè)按照總體規劃，以輕軌和礦用鋼等系列產(chǎn)品為主導，開(kāi)發(fā)研制出XY30高性能超低溫新鋼種，成為重點(diǎn)推廣產(chǎn)品已投入青藏線(xiàn)使用。
目前阿鋼煉鋼廠(chǎng)擁有的60 噸超高功率直流電弧爐2座，75噸LF鋼包精煉爐2座，年可生產(chǎn)80萬(wàn)噸鋼。圖1為公司的生產(chǎn)工藝流程圖。
圖1：鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)工藝流程圖
二、改造原因
煉鋼廠(chǎng)電爐除塵系統自2004年10月投入運行以來(lái)，用電消耗很大，僅2005年全年用電2172萬(wàn)度，全年電費1136萬(wàn)元，噸鋼除塵電耗57度，噸鋼除塵費用30元。針對電爐除塵風(fēng)機耗電大的現狀，設備工程部電氣技術(shù)人員研究多種節電途徑，具體嘗試了以下幾種辦法
1．隨電爐負荷變化來(lái)調節風(fēng)機風(fēng)門(mén)，控制風(fēng)機電流節電。但是現有除塵系統風(fēng)門(mén)在半開(kāi)狀態(tài)時(shí)，管阻很大，風(fēng)機及其管路喘振現象嚴重，以此辦法調節，對風(fēng)機傳動(dòng)部位磨損大，會(huì )損壞風(fēng)機軸承的部件，不利于除塵系統安全運行。所以風(fēng)門(mén)在半開(kāi)狀態(tài)時(shí)系統無(wú)法長(cháng)期運行。
2．現階段風(fēng)機風(fēng)門(mén)只能在全關(guān)或全開(kāi)兩種狀態(tài)運行。在電爐停爐一小時(shí)以上時(shí)，將風(fēng)機風(fēng)門(mén)全關(guān)閉，此時(shí)電機電流降為額定電流的50%，有明顯節電效果，但是風(fēng)門(mén)從全開(kāi)到全關(guān)閉方式切換的瞬間，風(fēng)機、管路及廠(chǎng)房振動(dòng)相當大，擔心影響廠(chǎng)房框架結構及其基礎牢固，不利于長(cháng)期采用。
3．在電爐負荷不大時(shí)，特別是夜間將兩臺二次除塵小風(fēng)機停電進(jìn)行節能，這樣每天節電6000度，但是環(huán)保方面能否達到標準是值得考慮的，不是解決問(wèn)題的長(cháng)久之計。
鑒于上述情況，設備工程部積極研究科學(xué)的節電辦法應對電爐除塵風(fēng)機節電技術(shù)，在此期間通過(guò)查找相關(guān)資料，認為采用高壓變頻調速技術(shù)根據電爐冶煉各工藝各階段煙塵量變化來(lái)調整電機運行轉速，從而達到節電目的是切實(shí)可行的。經(jīng)過(guò)論證，公司批準在兩臺電爐一次除塵風(fēng)機的1000kW/6kV電機上安裝高壓變頻調速裝置。
三、變頻調速的原理
根據異步電動(dòng)機轉速公式：n＝60f(1-s)/p，可以看出，轉差率s變化不大，可視為恒定，電機極對數p一旦電機制造完成也是常數，所以電機轉速n與電源頻率f是成正比的。只要改變頻率f，即可改變電機轉速，當頻率f在0－50Hz之間變化時(shí)，電機轉速調節范圍是非常寬的。根據流體力學(xué)流量與風(fēng)機轉速的關(guān)系可知，電機功率P與轉速n的立方成正比，隨著(zhù)轉速的降低，電機功率以轉速的三次方關(guān)系遞減。因此隨著(zhù)電機轉速的降低，電機消耗的電能下降幅度很大?？梢?jiàn)，使用高壓變頻器對電爐一次除塵風(fēng)機調速的節電效果將非常顯著(zhù)。
四、煉鋼廠(chǎng)電爐除塵工藝及設備參數介紹：
1．煉鋼廠(chǎng)共有兩臺直流電弧爐，電爐冶煉時(shí)周期性供電吹氧，為滿(mǎn)足節能和環(huán)保要求，要求兩臺電爐的一次風(fēng)機在整個(gè)冶煉周期內變速運行，供電吹氧時(shí)高速運行，不吹氧時(shí)低速運行。正常情況下，電爐每90分鐘生產(chǎn)一爐鋼，每爐鋼生產(chǎn)周期可劃分下列步驟：①加廢鋼鐵水5分鐘，②供電及吹氧60分鐘，③等樣、出鋼、堵出鋼口25分鐘。其中①③時(shí)間段內煙塵較少，一次風(fēng)機可以低速運行，頻率控制在10--20Hz，在②時(shí)間段內煙塵較大，風(fēng)機高速運行，頻率控制在40-45Hz。
圖2：電爐煉鋼生產(chǎn)工藝流程圖
2．除塵風(fēng)機及配套電機的參數表：
五、電爐除塵風(fēng)機變頻調速系統控制方案
1．高壓變頻器直接與電機連接，變頻拖動(dòng)方式為一拖一，設有工頻旁路。由變頻運行方式轉換到工頻運行方式時(shí)，采用手動(dòng)切換，電動(dòng)機可不通過(guò)高壓變頻器而經(jīng)過(guò)旁路直接啟動(dòng)。 2．風(fēng)機調速與電爐取樣出鋼聯(lián)鎖，設置高低速兩檔運行，實(shí)現手動(dòng)/自動(dòng)調速切換功能。操作臺設置“手動(dòng)/自動(dòng)”調速切換開(kāi)關(guān)和“速度種類(lèi)”轉換開(kāi)關(guān)，平時(shí)可根據生產(chǎn)情況，高壓變頻器自動(dòng)實(shí)現高、低速運行，如因生產(chǎn)需要可改為手動(dòng)來(lái)實(shí)現調速運行的目的。 3．高壓變頻器具有遠程和本機控制功能。本機控制時(shí)通過(guò)高壓變頻器控制柜上觸摸屏可就地人工啟動(dòng)、停止高壓變頻器，可以調整電機轉速、頻率。遠程控制放在爐前控制室，設有操作臺和上位機，由配電工操作控制。通過(guò)上位機配電工可以隨時(shí)了解設備的運行情況，通過(guò)操作臺可實(shí)現對高壓變頻器進(jìn)行簡(jiǎn)單的遠方操作。配電工可以根據工況自由選定高壓變頻器“手動(dòng)/自動(dòng)”調速運行。
六、項目實(shí)施過(guò)程
2006年4月27日通過(guò)公司組織的招標方式最后選購了北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器，產(chǎn)品型號：HARSVERT－A06/130，高壓變頻器于6月25日到貨開(kāi)始安裝，8月9日正式調試，8月10日投入運行至今。
七、項目實(shí)施后效果：
1．節電效果：
由于2006年8月對煉鋼廠(chǎng)除塵風(fēng)機安裝了高壓變頻調速裝置，使得電爐除塵風(fēng)機用電量明顯降低，2006年1－7月沒(méi)上高壓變頻器之前，煉鋼除塵風(fēng)機平均每月用電1839574度，噸鋼除塵電耗47.80度。安裝高壓變頻器之后，2006年8－12月，煉鋼除塵風(fēng)機平均每月用電1360836度，噸鋼除塵電耗32.28度?？梢?jiàn)由于對煉鋼除塵一次風(fēng)機安裝高壓變頻器，每月節約電量478738度，月節約電費253731元，噸鋼除塵電耗下降15.52度。到2007年2月10日，高壓變頻器投入運行6個(gè)月，已經(jīng)節電152.24萬(wàn)元，每年可創(chuàng )造經(jīng)濟效益300萬(wàn)元以上。
2．間接效益評價(jià)：
（1）高壓變頻器在工頻以下連續改變電源頻率實(shí)現電機軟啟動(dòng)，啟動(dòng)比較平滑，減小啟動(dòng)電流對電機、軸承、風(fēng)機的沖擊，延長(cháng)設備壽命。
（2）由于高壓變頻器能根據冶煉工藝各個(gè)階段控制風(fēng)機引風(fēng)量，減小電爐熱量損失，間接節約能源。
（3）電機振動(dòng)因轉速降低而減小，降低風(fēng)機運行噪聲，改善設備運行環(huán)境。
（4）高壓變頻器為高-高電壓源型單元串聯(lián)多電平結構，功率因數可高達0.95，同時(shí)也降低電網(wǎng)側的諧波污染。
八、總結
結合鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)工藝流程圖可看出，在各個(gè)生產(chǎn)流程中，高壓電機應用變頻改造同樣能起到節能減排的顯著(zhù)效果。諸如：焦化、燒結、煉鐵高爐、煉鋼電爐、精練爐中的除塵風(fēng)機、通風(fēng)機、煤氣鼓風(fēng)機、供水泵等。
阿鋼煉鋼廠(chǎng)電爐除塵風(fēng)機進(jìn)行變頻調速改造后，大幅度降低了除塵風(fēng)機用電消耗，平均節電率達到26％，降低了電爐冶煉成本，同時(shí)也減少了對環(huán)境的污染，給公司生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)帶來(lái)了巨大綜合效益。
