一、阿鋼公司介紹
阿鋼是西林鋼鐵集團(tuán)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(guī)劃，以輕軌和礦用鋼等系列產(chǎn)品為主導(dǎo)，開發(fā)研制出XY30高性能超低溫新鋼種，成為鐵道部重點(diǎn)推廣產(chǎn)品已投入青藏線使用。
目前阿鋼煉鋼廠擁有國(guó)內(nèi)先進(jìn)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
煉鋼廠電爐除塵系統(tǒng)自2004年10月投入運(yùn)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(fèi)1136萬(wàn)元，噸鋼除塵電耗57度，噸鋼除塵費(fèi)用30元。針對(duì)電爐除塵風(fēng)機(jī)耗電大的現(xiàn)狀，設(shè)備工程部電氣技術(shù)人員研究多種節(jié)電途徑，具體嘗試了以下幾種辦法：
1．隨電爐負(fù)荷變化來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)門，控制風(fēng)機(jī)電流節(jié)電。但是現(xiàn)有除塵系統(tǒng)風(fēng)門在半開狀態(tài)時(shí)，管阻很大，風(fēng)機(jī)及其管路喘振現(xiàn)象嚴(yán)重，以此辦法調(diào)節(jié)，對(duì)風(fēng)機(jī)傳動(dòng)部位磨損大，會(huì)損壞風(fēng)機(jī)軸承的部件，不利于除塵系統(tǒng)安全運(yùn)行。所以風(fēng)門在半開狀態(tài)時(shí)系統(tǒng)無(wú)法長(zhǎng)期運(yùn)行。
2．現(xiàn)階段風(fēng)機(jī)風(fēng)門只能在全關(guān)或全開兩種狀態(tài)運(yùn)行。在電爐停爐一小時(shí)以上時(shí)，將風(fēng)機(jī)風(fēng)門全關(guān)閉，此時(shí)電機(jī)電流降為額定電流的50%，有明顯節(jié)電效果，但是風(fēng)門從全開到全關(guān)閉方式切換的瞬間，風(fēng)機(jī)、管路及廠房振動(dòng)相當(dāng)大，擔(dān)心影響廠房框架結(jié)構(gòu)及其基礎(chǔ)牢固，不利于長(zhǎng)期采用。
3．在電爐負(fù)荷不大時(shí)，特別是夜間將兩臺(tái)二次除塵小風(fēng)機(jī)停電進(jìn)行節(jié)能，這樣每天節(jié)電6000度，但是環(huán)保方面能否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)是值得考慮的，不是解決問題的長(zhǎng)久之計(jì)。
鑒于上述情況，設(shè)備工程部積極研究科學(xué)的節(jié)電辦法應(yīng)對(duì)電爐除塵風(fēng)機(jī)節(jié)電技術(shù)，在此期間通過查找相關(guān)資料，認(rèn)為采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)根據(jù)電爐冶煉各工藝各階段煙塵量變化來(lái)調(diào)整電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到節(jié)電目的是切實(shí)可行的。經(jīng)過論證，公司批準(zhǔn)在兩臺(tái)電爐一次除塵風(fēng)機(jī)的1000kW/6kV電機(jī)上安裝高壓變頻調(diào)速裝置。
三、變頻調(diào)速的原理
根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式：n＝60f(1-s)/p，可以看出，轉(zhuǎn)差率s變化不大，可視為恒定，電機(jī)極對(duì)數(shù)p一旦電機(jī)制造完成也是常數(shù)，所以電機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0－50Hz之間變化時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍是非常寬的。根據(jù)流體力學(xué)流量與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系可知，電機(jī)功率P與轉(zhuǎn)速n的立方成正比，隨著轉(zhuǎn)速的降低，電機(jī)功率以轉(zhuǎn)速的三次方關(guān)系遞減。因此隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的降低，電機(jī)消耗的電能下降幅度很大。可見，使用高壓變頻器對(duì)電爐一次除塵風(fēng)機(jī)調(diào)速的節(jié)電效果將非常顯著。
四、煉鋼廠電爐除塵工藝及設(shè)備參數(shù)介紹：
1．煉鋼廠共有兩臺(tái)直流電弧爐，電爐冶煉時(shí)周期性供電吹氧，為滿足節(jié)能和環(huán)保要求，要求兩臺(tái)電爐的一次風(fēng)機(jī)在整個(gè)冶煉周期內(nèi)變速運(yùn)行，供電吹氧時(shí)高速運(yùn)行，不吹氧時(shí)低速運(yùn)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(nèi)煙塵較少，一次風(fēng)機(jī)可以低速運(yùn)行，頻率控制在10--20Hz，在②時(shí)間段內(nèi)煙塵較大，風(fēng)機(jī)高速運(yùn)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(jī)及配套電機(jī)的參數(shù)表：


五、電爐除塵風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)控制方案
1．高壓變頻器直接與電機(jī)連接，變頻拖動(dòng)方式為一拖一，設(shè)有工頻旁路。由變頻運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換到工頻運(yùn)行方式時(shí)，采用手動(dòng)切換，電動(dòng)機(jī)可不通過高壓變頻器而經(jīng)過旁路直接啟動(dòng)。
2．風(fēng)機(jī)調(diào)速與電爐取樣出鋼聯(lián)鎖，設(shè)置高低速兩檔運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)調(diào)速切換功能。操作臺(tái)設(shè)置“手動(dòng)/自動(dòng)”調(diào)速切換開關(guān)和“速度種類”轉(zhuǎn)換開關(guān)，平時(shí)可根據(jù)生產(chǎn)情況，高壓變頻器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)高、低速運(yùn)行，如因生產(chǎn)需要可改為手動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速運(yùn)行的目的。
3．高壓變頻器具有遠(yuǎn)程和本機(jī)控制功能。本機(jī)控制時(shí)通過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(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速、頻率。遠(yuǎn)程控制放在爐前控制室，設(shè)有操作臺(tái)和上位機(jī)，由配電工操作控制。通過上位機(jī)配電工可以隨時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行情況，通過操作臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓變頻器進(jìn)行簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)方操作。配電工可以根據(jù)工況自由選定高壓變頻器“手動(dòng)/自動(dòng)”調(diào)速運(yùn)行。
六、項(xiàng)目實(shí)施過程
2006年4月27日通過公司組織的招標(biāo)方式最后選購(gòu)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(hào)：HARSVERT－A06/130，高壓變頻器于6月25日到貨開始安裝，8月9日正式調(diào)試，8月10日投入運(yùn)行至今。
七、項(xiàng)目實(shí)施后效果：
1．節(jié)電效果：
由于2006年8月對(duì)煉鋼廠除塵風(fēng)機(jī)安裝了高壓變頻調(diào)速裝置，使得電爐除塵風(fēng)機(jī)用電量明顯降低，2006年1－7月沒上高壓變頻器之前，煉鋼除塵風(fēng)機(jī)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(jī)平均每月用電1360836度，噸鋼除塵電耗32.28度。可見由于對(duì)煉鋼除塵一次風(fēng)機(jī)安裝高壓變頻器，每月節(jié)約電量478738度，月節(jié)約電費(fèi)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(yùn)行6個(gè)月，已經(jīng)節(jié)電152.24萬(wàn)元，每年可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益300萬(wàn)元以上。
2．間接效益評(píng)價(jià)：
（1）高壓變頻器在工頻以下連續(xù)改變電源頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)比較平滑，減小啟動(dòng)電流對(duì)電機(jī)、軸承、風(fēng)機(jī)的沖擊，延長(zhǎng)設(shè)備壽命。
（2）由于高壓變頻器能根據(jù)冶煉工藝各個(gè)階段控制風(fēng)機(jī)引風(fēng)量，減小電爐熱量損失，間接節(jié)約能源。
（3）電機(jī)振動(dòng)因轉(zhuǎn)速降低而減小，降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行噪聲，改善設(shè)備運(yùn)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(jié)構(gòu)，功率因數(shù)可高達(dá)0.95，同時(shí)也降低電網(wǎng)側(cè)的諧波污染。
八、總結(jié)
結(jié)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(jī)應(yīng)用變頻改造同樣能起到節(jié)能減排的顯著效果。諸如：焦化、燒結(jié)、煉鐵高爐、煉鋼電爐、精練爐中的除塵風(fēng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)、煤氣鼓風(fēng)機(jī)、供水泵等。
阿鋼煉鋼廠電爐除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速改造后，大幅度降低了除塵風(fēng)機(jī)用電消耗，平均節(jié)電率達(dá)到26％，降低了電爐冶煉成本，同時(shí)也減少了對(duì)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。

參考文獻(xiàn)
[1].高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)HARSVERT-A系列技術(shù)手冊(cè) 北京利德華福電氣技術(shù)有限公司
[2].高壓變頻器應(yīng)用資料匯編－冶金行業(yè) 北京利德華福電氣技術(shù)有限公司