高壓變頻器在煉鋼廠中的節(jié)能應(yīng)用

潘立龍 黃國(guó)洋 王浩波 于艷麗

摘 要：近幾年來(lái)，伴隨著我國(guó)環(huán)境污染的逐漸加重，以及能源資源的不斷匱乏，社會(huì)上關(guān)于節(jié)能減排的聲音甚囂塵上。越來(lái)越多的工業(yè)相關(guān)企業(yè)開(kāi)始響應(yīng)國(guó)家號(hào)召提出一系列節(jié)約能源的措施。其中鋼鐵企業(yè)為了減少相關(guān)能源的損耗，提高能源利用率，不斷探索新的節(jié)能生產(chǎn)技術(shù)。高壓變頻器由于采用了創(chuàng)新的變頻提速技術(shù)，有明顯的節(jié)能效果，所以在煉鋼廠應(yīng)用高壓變頻器的技術(shù)對(duì)于節(jié)能環(huán)保有非常深遠(yuǎn)的意義。文章首先解釋了高壓變頻器在工作時(shí)的特點(diǎn)，分析其工作原理，而后探究了變頻器在煉鋼廠中的具體節(jié)能運(yùn)用，即主要應(yīng)用于除塵風(fēng)機(jī)。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器；煉鋼廠；節(jié)能；除塵風(fēng)機(jī)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，解決環(huán)境污染問(wèn)題已經(jīng)逐漸提上了日程。而且由于近幾年偏重于工業(yè)發(fā)展，導(dǎo)致能源損耗嚴(yán)重，各種能源已經(jīng)日趨匱乏。這時(shí)候，社會(huì)各界人士開(kāi)始為了保障生活質(zhì)量，重視起節(jié)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[1]。從目前看來(lái)，如何應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，如何憑借低耗能取得高效率是有效解決當(dāng)前能源危機(jī)的關(guān)鍵途徑，將成為未來(lái)一個(gè)永久的話題。對(duì)于煉鋼廠而言，節(jié)能提效是目前重視的工作目標(biāo)之一，而高壓變頻器就是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵設(shè)備。研究表明，鋼鐵企業(yè)負(fù)載的大多數(shù)風(fēng)機(jī)以及水泵在工作時(shí)都需要變化速度，使用高壓變頻器可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題，能夠恰好滿足鋼鐵企業(yè)對(duì)這些高壓大容量的電機(jī)提出的節(jié)能要求。

1 高壓變頻器的工作特點(diǎn)

1.1 具備完美的波形

通過(guò)對(duì)高壓變頻器的相關(guān)工作過(guò)程展開(kāi)分析，發(fā)現(xiàn)高壓變頻器輸入的諧波能夠完美符合我國(guó)的相關(guān)規(guī)定。換句話說(shuō)，36脈沖整流能夠在理論上實(shí)現(xiàn)35次或者以下諧波的自動(dòng)抵消功能。

1.2 輸入功率的因數(shù)較高

在探究的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)電機(jī)電源的性質(zhì)不同，導(dǎo)致其產(chǎn)生的效果也會(huì)各不相同。例如，電壓型變頻器的儲(chǔ)能元件為電容器，輸出的電壓波形為矩形，并且在負(fù)載短路時(shí)也可以使電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)；電流源型則與之不同，儲(chǔ)能元件為電抗器，輸出的電流波形雖同為矩形波，但是在負(fù)載短路的時(shí)候，需要反饋控制。高壓變頻器的中間環(huán)節(jié)采用的就是電壓源型的電源，采用這種電源可以有效保證輸入功率的因數(shù)較高[2]。

1.3 具備單元旁路功能

在對(duì)高壓變頻器工作流程進(jìn)行探究的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)如果某一單元的器件發(fā)生故障，那這一單元對(duì)應(yīng)的相就不會(huì)繼續(xù)輸入電壓，發(fā)生電機(jī)的缺相現(xiàn)象，但是這種缺相必然是高壓變頻器工作的過(guò)程中不允許存在的。這時(shí)其后來(lái)添加的單元旁路功能便能夠發(fā)揮作用。該功能能夠有效地解決這一問(wèn)題，確保電機(jī)的正常工作。

1.4 中性點(diǎn)漂移

在高壓變頻器的某一單元發(fā)生故障后，即使單元旁路功能能夠解決電機(jī)正常運(yùn)行的問(wèn)題，但是電容的容量仍然會(huì)下降。所以這時(shí)便需要針對(duì)電機(jī)的有效電壓進(jìn)行最大程度的控制，而且可以調(diào)節(jié)單元電壓的相位角，以實(shí)現(xiàn)電壓平衡。

2 高壓變頻器的工作原理

高壓變頻器的主要組成部分分為3個(gè)方面，即移相變壓器、功率模塊、控制器。其中功率模塊是整個(gè)結(jié)構(gòu)的核心，移相變壓器主要是供電給功率模塊[3]。

高壓變頻器采用的變頻技術(shù)，簡(jiǎn)單概括為：操作電力半導(dǎo)體器件將電源有效轉(zhuǎn)化為另一頻率的電能，在現(xiàn)有的電壓不變的基礎(chǔ)上改變電頻率，令設(shè)備的最大效能得到有效的發(fā)揮。它的工作原理就是將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，再轉(zhuǎn)化為交流電，通過(guò)變頻器的有效控制，對(duì)電變頻進(jìn)行改變，使應(yīng)該滿負(fù)荷的時(shí)候頻率高，應(yīng)該低負(fù)荷的時(shí)候頻率低，從而達(dá)到所需要的節(jié)能效果。

3 高壓變頻器在煉鋼廠中的具體節(jié)能應(yīng)用

一直以來(lái)，煉鋼廠這些鋼鐵企業(yè)便是高耗能的代名詞，它們?cè)诖笠?guī)模生產(chǎn)的過(guò)程中往往因?yàn)楦吆哪茉斐蓢?yán)重的環(huán)境污染。這兩年國(guó)家已經(jīng)針對(duì)環(huán)境污染這一問(wèn)題，對(duì)各類高污染的企業(yè)進(jìn)行嚴(yán)格調(diào)查，根據(jù)其污染的程度進(jìn)行節(jié)能減排措施，甚至令其停止生產(chǎn)。利用電爐煉鋼主要是對(duì)諸如廢舊鋼材、鐵合金之類的原料進(jìn)行一定的冶煉，這個(gè)過(guò)程中往往會(huì)產(chǎn)生大量有害的氣體，尤其是氧化的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生許多煙氣。針對(duì)這種氣體污染的問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)除塵系統(tǒng)時(shí)要將其作為重點(diǎn)[4]。設(shè)計(jì)除塵風(fēng)機(jī)的過(guò)程中可以把電爐煉鋼的最大排煙量作為依據(jù)，尤其要重視的一點(diǎn)是：冶煉時(shí)，一般會(huì)在吹氧期高負(fù)荷使用除塵電機(jī)，但是吹氧期正常情況下只是占據(jù)整個(gè)冶煉時(shí)間中的一半，如果除塵風(fēng)機(jī)在吹氧期就滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，在其他的環(huán)節(jié)便會(huì)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，如此便容易導(dǎo)致除塵風(fēng)機(jī)的資源浪費(fèi)。

另外值得注意的一點(diǎn)，整個(gè)冶煉過(guò)程分為不同的環(huán)節(jié)和時(shí)期，在不同的時(shí)期需要使用的工藝手段各不相同，所以產(chǎn)生煙氣的規(guī)模也就不同。比如說(shuō)，在加料時(shí)期和環(huán)節(jié)，揚(yáng)塵污染產(chǎn)生的原因主要是，在進(jìn)行加料的過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵四下擴(kuò)散，所以只要令粉塵不擴(kuò)散就可以有效避免揚(yáng)塵污染的出現(xiàn)。因此，在加料的環(huán)節(jié)并不需要讓除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行大規(guī)模高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。再比如，在送電環(huán)節(jié)提出的要求是及時(shí)將煙清除的基礎(chǔ)上還不能將煉爐內(nèi)部的熱量吸走，所以說(shuō)在這一環(huán)節(jié)也不需要進(jìn)行大規(guī)模的除塵。那么根據(jù)不同冶煉環(huán)節(jié)提出的更高的除塵要求，在對(duì)煉鋼廠中的除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造時(shí)，其節(jié)能技術(shù)和節(jié)能效果主要體現(xiàn)在它選用的除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)型號(hào)為YBS710-4、額定電壓為10 000 V、額定電流為216 A，額定轉(zhuǎn)速為1 480 r/min、額定功率為3 000 kW等方面[5]。除塵風(fēng)機(jī)在具體的應(yīng)用過(guò)程中可以根據(jù)不同冶煉時(shí)期使用的不同工藝設(shè)定好不同的功率、不同的電壓、不同的電流、不同的轉(zhuǎn)速，達(dá)到差別化的變頻操作。如此一來(lái)，不僅可以有效提高除塵風(fēng)機(jī)的工作效率，還可以保證除塵風(fēng)機(jī)始終按照科學(xué)電壓進(jìn)行除塵工作，有利于提高相關(guān)機(jī)器設(shè)備的使用壽命，減少不必要的損傷。同時(shí)，由于良好的差別化變頻操作，可以在除塵的基礎(chǔ)上有效控制煉爐內(nèi)要求的溫度，可以改善與保障鋼鐵的質(zhì)量。

此外，轉(zhuǎn)爐的煙塵處理方式可分為一次除塵與二次除塵。上述大部分皆是相對(duì)于一次除塵設(shè)備而言的。實(shí)際上，由于一次除塵主要是針對(duì)轉(zhuǎn)爐在冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的爐氣進(jìn)行冷卻或者凈化的一個(gè)處理過(guò)程，其目的主要是節(jié)能以及保護(hù)設(shè)備。在對(duì)煙塵進(jìn)行一次處理的過(guò)程中，目前可以選擇的方法包括半干法與干法，一般情況下，一次除塵的設(shè)備在轉(zhuǎn)爐的非吹煉時(shí)間處于低速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，起不到基本的除塵效果。既然轉(zhuǎn)爐在非吹煉時(shí)間產(chǎn)生的煙塵與吹煉時(shí)間產(chǎn)生的煙塵相比較少，但是仍然存在煙塵。為了解決產(chǎn)生的煙塵，就出現(xiàn)了二次除塵的設(shè)備。二次除塵非常簡(jiǎn)單，僅包括重力除塵與布袋除塵。二次除塵進(jìn)行的過(guò)程中，只需要根據(jù)煙氣規(guī)模大小來(lái)調(diào)節(jié)除塵風(fēng)機(jī)的位置，控制排煙管道上的閥門(mén)，讓產(chǎn)生的煙氣通過(guò)布袋式除塵器過(guò)濾出去，達(dá)到有機(jī)排放的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，根據(jù)本文對(duì)高壓變頻器的工作特點(diǎn)、工作原理以及其煉鋼廠中的具體節(jié)能應(yīng)用方面展開(kāi)的研究，我們可以得到以下結(jié)論：高壓變頻器在煉鋼廠中的廣泛應(yīng)用具有良好的節(jié)能效果，有利于實(shí)現(xiàn)煉鋼廠提高能源利用率，節(jié)約能源投入，減少成本的最終目的。

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[3]劉化軍.高壓變頻器在煉鋼廠中的節(jié)能應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技，2014（4）：204-205.

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