高压变频器在炼钢厂中的节能应用

潘立龙 黄国洋 王浩波 于艳丽

摘 要：近几年来，伴随着我国环境污染的逐渐加重，以及能源资源的不断匮乏，社会上关于节能减排的声音甚嚣尘上。越来越多的工业相关企业开始响应国家号召提出一系列节约能源的措施。其中钢铁企业为了减少相关能源的损耗，提高能源利用率，不断探索新的节能生产技术。高压变频器由于采用了创新的变频提速技术，有明显的节能效果，所以在炼钢厂应用高压变频器的技术对于节能环保有非常深远的意义。文章首先解释了高压变频器在工作时的特点，分析其工作原理，而后探究了变频器在炼钢厂中的具体节能运用，即主要应用于除尘风机。

关键词：高压变频器；炼钢厂；节能；除尘风机

随着我国社会经济的不断发展，解决环境污染问题已经逐渐提上了日程。而且由于近几年偏重于工业发展，导致能源损耗严重，各种能源已经日趋匮乏。这时候，社会各界人士开始为了保障生活质量，重视起节能技术的开发与应用[1]。从目前看来，如何应用节能技术，如何凭借低耗能取得高效率是有效解决当前能源危机的关键途径，将成为未来一个永久的话题。对于炼钢厂而言，节能提效是目前重视的工作目标之一，而高压变频器就是实现这一目标的关键设备。研究表明，钢铁企业负载的大多数风机以及水泵在工作时都需要变化速度，使用高压变频器可以很好地解决这个问题，能够恰好满足钢铁企业对这些高压大容量的电机提出的节能要求。

1 高压变频器的工作特点

1.1 具备完美的波形

通过对高压变频器的相关工作过程展开分析，发现高压变频器输入的谐波能够完美符合我国的相关规定。换句话说，36脉冲整流能够在理论上实现35次或者以下谐波的自动抵消功能。

1.2 输入功率的因数较高

在探究的过程中，发现大多数电机电源的性质不同，导致其产生的效果也会各不相同。例如，电压型变频器的储能元件为电容器，输出的电压波形为矩形，并且在负载短路时也可以使电动机正常运转；电流源型则与之不同，储能元件为电抗器，输出的电流波形虽同为矩形波，但是在负载短路的时候，需要反馈控制。高压变频器的中间环节采用的就是电压源型的电源，采用这种电源可以有效保证输入功率的因数较高[2]。

1.3 具备单元旁路功能

在对高压变频器工作流程进行探究的时候，发现如果某一单元的器件发生故障，那这一单元对应的相就不会继续输入电压，发生电机的缺相现象，但是这种缺相必然是高压变频器工作的过程中不允许存在的。这时其后来添加的单元旁路功能便能够发挥作用。该功能能够有效地解决这一问题，确保电机的正常工作。

1.4 中性点漂移

在高压变频器的某一单元发生故障后，即使单元旁路功能能够解决电机正常运行的问题，但是电容的容量仍然会下降。所以这时便需要针对电机的有效电压进行最大程度的控制，而且可以调节单元电压的相位角，以实现电压平衡。

2 高压变频器的工作原理

高压变频器的主要组成部分分为3个方面，即移相变压器、功率模块、控制器。其中功率模块是整个结构的核心，移相变压器主要是供电给功率模块[3]。

高压变频器采用的变频技术，简单概括为：操作电力半导体器件将电源有效转化为另一频率的电能，在现有的电压不变的基础上改变电频率，令设备的最大效能得到有效的发挥。它的工作原理就是将交流电转化为直流电，再转化为交流电，通过变频器的有效控制，对电变频进行改变，使应该满负荷的时候频率高，应该低负荷的时候频率低，从而达到所需要的节能效果。

3 高压变频器在炼钢厂中的具体节能应用

一直以来，炼钢厂这些钢铁企业便是高耗能的代名词，它们在大规模生产的过程中往往因为高耗能造成严重的环境污染。这两年国家已经针对环境污染这一问题，对各类高污染的企业进行严格调查，根据其污染的程度进行节能减排措施，甚至令其停止生产。利用电炉炼钢主要是对诸如废旧钢材、铁合金之类的原料进行一定的冶炼，这个过程中往往会产生大量有害的气体，尤其是氧化的过程会产生许多烟气。针对这种气体污染的问题，设计人员在设计除尘系统时要将其作为重点[4]。设计除尘风机的过程中可以把电炉炼钢的最大排烟量作为依据，尤其要重视的一点是：冶炼时，一般会在吹氧期高负荷使用除尘电机，但是吹氧期正常情况下只是占据整个冶炼时间中的一半，如果除尘风机在吹氧期就满负荷运转，在其他的环节便会低负荷运转，如此便容易导致除尘风机的资源浪费。

另外值得注意的一点，整个冶炼过程分为不同的环节和时期，在不同的时期需要使用的工艺手段各不相同，所以产生烟气的规模也就不同。比如说，在加料时期和环节，扬尘污染产生的原因主要是，在进行加料的过程中产生的粉尘四下扩散，所以只要令粉尘不扩散就可以有效避免扬尘污染的出现。因此，在加料的环节并不需要让除尘风机进行大规模高负荷运转。再比如，在送电环节提出的要求是及时将烟清除的基础上还不能将炼炉内部的热量吸走，所以说在这一环节也不需要进行大规模的除尘。那么根据不同冶炼环节提出的更高的除尘要求，在对炼钢厂中的除尘风机进行改造时，其节能技术和节能效果主要体现在它选用的除尘风机电机型号为YBS710-4、额定电压为10 000 V、额定电流为216 A，额定转速为1 480 r/min、额定功率为3 000 kW等方面[5]。除尘风机在具体的应用过程中可以根据不同冶炼时期使用的不同工艺设定好不同的功率、不同的电压、不同的电流、不同的转速，达到差别化的变频操作。如此一来，不仅可以有效提高除尘风机的工作效率，还可以保证除尘风机始终按照科学电压进行除尘工作，有利于提高相关机器设备的使用寿命，减少不必要的损伤。同时，由于良好的差别化变频操作，可以在除尘的基础上有效控制炼炉内要求的温度，可以改善与保障钢铁的质量。

此外，转炉的烟尘处理方式可分为一次除尘与二次除尘。上述大部分皆是相对于一次除尘设备而言的。实际上，由于一次除尘主要是针对转炉在冶炼过程中产生的炉气进行冷却或者净化的一个处理过程，其目的主要是节能以及保护设备。在对烟尘进行一次处理的过程中，目前可以选择的方法包括半干法与干法，一般情况下，一次除尘的设备在转炉的非吹炼时间处于低速运转的状态，起不到基本的除尘效果。既然转炉在非吹炼时间产生的烟尘与吹炼时间产生的烟尘相比较少，但是仍然存在烟尘。为了解决产生的烟尘，就出现了二次除尘的设备。二次除尘非常简单，仅包括重力除尘与布袋除尘。二次除尘进行的过程中，只需要根据烟气规模大小来调节除尘风机的位置，控制排烟管道上的阀门，让产生的烟气通过布袋式除尘器过滤出去，达到有机排放的目的。

4 结语

综上所述，根据本文对高压变频器的工作特点、工作原理以及其炼钢厂中的具体节能应用方面展开的研究，我们可以得到以下结论：高压变频器在炼钢厂中的广泛应用具有良好的节能效果，有利于实现炼钢厂提高能源利用率，节约能源投入，减少成本的最终目的。

[参考文献]

[1]王盖雄.浅谈高压变频器在炼钢厂的节能应用[J].低碳世界，2017（30）：60-61.

[2]丁江卫.钢铁厂变频除尘风机的节能效果分析及设计[D].沈阳：东北大学，2015.

[3]刘化军.高压变频器在炼钢厂中的节能应用[J].中小企业管理与科技，2014（4）：204-205.

[4]朱建峰.高压变频器在炼钢厂中的节能应用[J].科技与企业，2013（15）：306.

[5]彭敏.高压变频器在炼钢厂一次除尘风机进行節能改造的案例[J].产业与科技论坛，2017（21）：85-86.