高壓變頻器在冶金石化行業中的應用

2.2 浙江省衢州巨化硫酸廠冷卻水循環泵的變頻改造(化工行業泵)

浙江省衢州巨化硫酸廠是我國首批自己設計、制造、安裝的重點硫酸生產企業，是浙江省最大的硫酸生產廠。在硫酸生產過程中，需要對水冷極板進行冷卻，冷卻水循環泵是硫酸生產工藝中的重要設備，過去冷卻水循環泵均不調速，利用出口閥門來控制水流量和管網壓力，由于設備的選擇都是按最大負荷情況來選型，在實際運行中設備留有較大的裕量，冷卻水的流量與壓力是通過冷卻水循環泵出、入口聯絡管上的調節閥來進行調節，造成電動機運行效率較低，電能浪費。為降低企業生產成本，廠家領導經過反復論證，多方比較，決定選用我公司JD-BP37-280F型高壓變頻器對冷卻水循環泵進行變頻調速節能改造，以解決能源浪費問題。用戶冷卻水循環泵的電動機為6 kV/280 kW 異步電動機，額定轉速985 r/min，水泵為500S-35單級雙吸離心泵。冷卻水循環泵工作原理如圖6所示，3臺循環泵兩開一備。

變頻器控制3#循環泵，2#、1#循環泵一開一備。現在以冷卻水母管壓力為給定量，根據工藝所需母管壓力調節循環泵轉速，壓力信號取自主管網，目標壓力值設定在0.24 Mpa 。電氣設備改造一次回路圖如圖7所示。

設備改造工程于2005 年1 月完成，高壓變頻器一次試車成功，運行正常，運行頻率在40 Hz 左右，保證了循環水的正常溫度。

工頻(50Hz)運行時，輸入電壓6 kV，輸入電流數據為：

5月27日14:30輸入電流23.8 A;

5月27日21:35輸入電流26.4 A;

5月28日08:00輸入電流25.2 A;

5月28日21:00輸入電流24.8 A;

5月29日06:25輸入電流24.1 A;

工頻運行時，平均電流i1=24.86 A ，功率因數cos漬1 =0.85。

變頻運行時，輸入電壓6 kV，運行頻率和輸入電流數據為：

5月27日11:00頻率41.55 Hz，輸入電流13.0A;

5月27日12:00頻率41.55 Hz，輸入電流13.1A;

5月27日13:00頻率41.55 Hz，輸入電流13.0A;

5月27日14:00頻率41.55 Hz，輸入電流13.2A;

變頻運行時，平均電流i2=13.07 A , 功率因數cos漬2 =0.98。

每年節省用電=(i1cos漬1-i2cos漬2)×Ua×1.732×24×350=71.8萬kW·h。

每年節省電費=71.8萬kW·h×0.5元/kW·h=35.9萬元。

由41 Hz 運行計算知，每年可以節電約71 萬kW·h，節省電費約35.9 萬元，變頻運行時節電率達到40%。據統計設備運行頻率在35 Hz就可以達到工藝要求的出水壓力，而春冬秋三個季節設備完全可以在35 Hz運行，故節電率可達到50%左右。

2.3 通化鋼鐵集團高爐除塵風機的變頻應用

通化鋼鐵集團有限責任公司是吉林省省屬最大的國有工業企業和唯一的大型鋼鐵聯合企業集團。

隨著市場競爭的加劇，為提高產品市場占有率、競爭力，通化鋼鐵集團深化改革，加快一批項目建設，其中6#高爐(750 m3)為新建項目之一。6#高爐在建設中吸取了以前舊高爐經驗，采用了大量先進的生產工藝，高爐除塵風機的變頻控制就是先進工藝的典型應用。以前舊高爐除塵風機一般是工頻運行或液力耦合器控制，浪費了大量的能源。經過多方考察，比較性價比，通化鋼鐵集團決定選用山東新風光電子科技發展有限公司生產的JD-BP38-800F(800 kW/10 kV)型高壓變頻器，通過雙方技術人員的合作，共同制定了6#高爐除塵風機的變頻控制方案。

高爐生產為周期性間斷出鐵，高爐在出鐵時，產生大量棕紅色煙塵，此時要求風機高速運行;在不出鐵時，產生煙塵相對較少，只需要很低的轉速。利用變頻器根據高爐實際需要對除塵風機進行變頻調速控制，既保證和改善了工藝,又達到了節能降耗的目的。

出鐵時，變頻器高速運行，運行頻率定為45 Hz(可調);不出鐵時，變頻器低速運行，運行頻率定為20 Hz(可調)。用戶的風機型號為Y4-73，電機型號為

Y560-3-8 。高爐除塵風機工藝要求曲線如圖8 所示。

圖中：a～b 為風機升速時間，約1min(可調);

b～c 為高爐出鐵時間，約20 min;

c～d為風機減速時間，約2 min(可調);

d～e為風機低速運行階段。

該系統生產周期約為1 h，出鐵時間為20 min，間隔約40min，系統配置電機額定電流為59.5 A，根據其它生產線的實際運行情況電機運行電流在55 A左右。

高爐出鐵變頻高速運行45 Hz時，電流為45 A左右，在20 Hz低速運行時，電流為15A左右。(一天中風機高速運行時間占40%，無停機時間)

P 變=1.732×10×(45×0.98×40%+15×0.98×60%)=458 kW

P 工=1 . 732×10×55×0 . 86=819 kW

節電率=(P 工-P 變)/ P 工×100%=44%

與原來舊系統相比較，變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、過熱等多項保護功能，對電機的保護更加完善。改造后的調速系統隨著高爐生產除塵的需要，調節風機的轉速，進而調節風機的風量，滿足高爐生產工藝的需要，工作強度大大降低。

3 結語

我國基于IGBT 的功率單元串聯式多電平高壓變頻調速技術的研究是與世界同步進行的。隨著我國工業的快速發展，變頻器的使用越來越廣泛。風光高壓變頻調速器經過多年的現場運行證明，它用于驅動風機、泵類設備節電效果顯著，性能穩定、可靠性高。既節約了能源，又滿足了生產工藝要求，且大大減少了設備維護、維修費用，直接和間接經濟效益十分顯著。