王正　戴立明

摘 要：简要说明了高压变频器在高炉热风炉助燃风机的实际使用情况，针对钢铁企业高炉助燃风机的工艺要求，对变频改造原理及改造方案进行了细致的描述，对比分析了设备改良前后的能耗和产量等经济技术指标，结果表明改造之后设备的各项指标有显著的的提升，尤其在能耗和环保这两点上尤为显著。

关键词：冶炼；节能；环保；高压变频器

中图分类号：TF321 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）23-0011-02

1 风机工作特性

采用阀门对风机的流量进行控制时。相当一部分能量在挡板节流上被损耗，而且由于阀门开口的不断变小，这种损耗还在持续地上升。在控制方式变成对转速进行控制时，由此得出轴的功率和转速n成三次方的关系下降，假设放弃关闭小阀门的思路，而采用对电动机进行降速处理的方案，结果就是相同流量的情况下，消耗在小阀门处的能量，就可以被节省，直接并且有效的实现了节能，这就是变频调速技术在实际中的应用效果。

2 高炉热风炉助燃风机节能改造方案

炼铁高炉的主要辅助设备包括高炉热风炉，通过燃烧煤气的方式，高炉热风炉连续为高炉输送1000度以上的高温热风。在热风炉工作的过程中，助燃风机会调节送风量来助燃，以最科学、节能，高效的方式来使炉顶达到理想温度。

2.1 设备参数

高炉热风炉的相关风机以及电动机的参数统计表如表1所示。

2.2 改造方案及设备选型

设备在改造中，由于顾虑到改造费用与实际取得效益是否成正比的原因和可操作空间是否有足够预留的关系，采取“一对一”的方案，那就是采用增加一台高压变频器的方式来达到助燃风机可以调速的目的，并保证系统自身的管路不被改变，改装完成后打开所有阀门，高压变频器拖动了助燃风机电机，助燃风机系统想达到恒压送风的效果，必须通过高压变频器给出压力信号来实现，在变频器对电动机实现调速功能的一般工作情况下，在变频器出现了严重故障的情况下旁路装置就会自动切换到工频模式，使助燃风机能够连续运行。

控制变频器的电压信号两种操作方式，分别为远程控制和安装机旁操作箱两种能在变频设备附近的控制箱上安装实现由自动控制和手动控制间的相互转换，转至手动模式时，可以使用机旁操作箱来控制设备的启停，转至自动控制模式时，可使用远程DCS系统实现设备的启停。

助燃风机的两种工作模式分别为“两烧一送”、“一烧一送一闷炉”，根据这两种模式的参数状态，

分析这两种模式下的运行参数，来确保烧炉正常工作的前提下，冷风管道所需要的压力，当热风炉的工作压力提高或降低时，安装在冷风管道璧上的风压传感装置的输出信号也会随之进行相应的改变，作为反馈数据和给定数据进行比较，如果为负值，那么经由变频器中的PID单元进行自动处理之后，变频器的输出频率会有所增加，电动机的转速也会随之提升，这种提升会持续到压力和设定压力达到一定平衡值为止。反之比较平衡值是正值，则相反。闭环调速系统就是这样产生的，这个系统实现了助燃风机的自动送风，保证烧炉工作系统总是在最优工作环境下工作。

在改造的过程中选用结构为“单元串联多电平结构”的变频器。“单元串联多电平结构”型变频器的工作原理，范围为10千伏的高压变频器使用每相9个单元体的方式进行串联，进行输出的三组单元体一端连接到中性点，另一端连接到电动机。移相变压器的副边绕组向同一功率单元供电。“单元串联多电平结构”型变频器通过移相叠加能够有效消除高次谐波，输出波形更加接近正弦波。

高速单片机、PLC系统以及人机界面共同实现了高压变频器控制系统部分的功能，功率单元的保护和PWM控制由单片机实现。可以随着热风炉系统运行要求的变化以及变频器控制的具体要求来作出对应的控制方案。

2.3 变频改造的意义

2.3.1 节约电能

热风炉在常规运行的时候，有两种状态，分别是：“两烧一送”、“一烧一送一闷炉”。他们的分配周期是：一个小时的生产周期中，两个热风炉同时进行烧炉工作的时间为40分钟到45分钟，风机入口阀门的变化在百分之五十到百分之七十之间，冷风道的流量大约为9万到13万之间，电动机运行的电流大约为55到60A。单炉生产和闷炉时间为18到21分钟，风机入口阀门开度为35%。

由于生产过程中风门没有达到最大程度的敞开，导致了管道阻力的增大，从而降低了风机的工作效率，产生的很大一部分能量都浪费在了挡板的截流上面。变频经过改造之后，风门的开放程度达到了最大化，风机的转速开始受给定信号的控制，从而达到了节能的目的。

2.3.2 软启动

目前钢铁企业在日常生产中启动设备大多采用硬启动的方式，启动时设备电流峰值回答道额定电流五倍到六倍之间，如此强大的瞬时电流量不但会严重的减少电机的使用寿命，而且还会导致电能的损失，同时提高构造电网时的费用。

使用高压变频器后，由于采用设备软启动功能优化了设备电流量峰值过高的问题，设备电流由0向上增长，最高启动电流不超过额定电流，这样大大的而提升了设备的使用寿命，也减少了对电网的冲击，节约了设备维修和维护的费用。

3 节能效果

进行变频改造实现了企业环境与经济双赢的局面，有关研究表明经过变频改造后的大中型企业，每季度耗电量减少47.5万千瓦时，为企业节省了将近33万元的运营成本。降低二氧化碳排放量1662.15吨，降低二氧化硫排放量10.97吨。变频改造还减少了工人机械性的反复操作次数，实现了人工效益的提高，同时软启动减少了设备的损耗，电网维护的支出，间接的见底了运营成本。

除去以上列出的经济效益外，变频技术更重要的成就体现在了环境保护的方面，据有关专家统计采用变频技术，每季度可以降低二氧化碳排放量1662.15吨，降低二氧化硫排放量10.97吨。这就是变频技术对人类的重大影响。

4 结语

一是使电动机的输出力矩满足机械系统对起动力矩的要求，保证平滑加速，平滑过渡，避免破坏性力矩冲击；二是使起动电流满足电动机承受能力的要求，避免电动机起动发热造成绝缘破坏或烧毁；三是使起动电流满足电网电能质量相关标准要求，减少电压暂降幅度，减少高次谐波含量等。是目前调速技术的主流，建议钢铁企业普及此项技术，实现环保和经济效益的共同提升。

变频器改造技术的提出和实现是人类科技历史上极其重要的一个里程碑，是一个重大突破，因为变频技术的发明意味着人类开始重视能源的有限，能创新源也是需要节约的，这有利于可持续发展，是造福子子孙孙的重要成就，就当代社会而言，从科技上实现节能减排已经刻不容缓，是一次功在当代，利在千秋的重要发明。

参考文献

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