莱钢高炉除尘系统高压变频器技术改造

于光学

(山东钢铁集团莱芜集团公司设备维修中心，山东 莱芜 271104）

1 背景

高炉冶炼程中污染主要源于出铁口主沟、铁水沟、渣沟、渣嘴、铁水罐和开堵出铁口操作以，及铁水入罐时的烟尘。因此除尘新技术的应用在降低炼铁设备环保压力方面具有举足轻重的作用。前期，受投资成本与技术水平的限制，1880高炉除尘系统采用高压液变电阻式软启动器。近几年随着电力电子技术的高速发展和稳定行的不断提高，高压变频技术也日趋成熟，而且价格也趋于合理，高压变频器的价格与液力调速装置的投资成本已相差不大。莱钢广大技术人员经过多方收集材料并结合莱钢实际，与部分变频器厂家技术人员进行论证分析，认为对莱钢主要泵类和大风机进行高压变频改造是可行的，具备节能、环保的潜力并能低吨钢产品的消耗。

2 解决方案

2.1 工艺概况

据统计出铁口散发的粉尘量约占整个出铁场烟尘量的85%，粉尘排除过程具有出尘点集中，可回收效率高的特点。高炉和矿槽除尘工艺如图1所示。

图1 高炉除尘工艺图

2.2 设备状况

根据工艺及设备要求，矿槽和高炉除尘系统按最恶劣环境设计。配套除尘器及电机规格如表1。

2.3 改造原则

本次改造着重从最小改动、最大可靠性、最优经济性几点考虑，要求实现以下功能。

（1）系统要具有明显的节能环保效果、降低用户运行成本，减少故障，改善工艺，提高生产效率。

（2）根据炼铁工艺具周期性的特点，新改造系统必须具备频繁启动功能，能最大限度减少对电网和电机等的电气和机械冲击。

（3）采用高压变频器直接对电网高压进行整流和逆变，具备较小的谐波电流和噪音。

（4）有较为完善的人机界面和故障显示功能，对设备运行状况做自动监视和远程控制。

（5）保证系统具有较高的运行可靠性，设计工频旁路方案以实现风机工频、变频之间的自由切换。

2.4 方案确定

经过对高压变频市场各种设备性价比的对比，结合莱钢设备概况及工艺要求，我们采用Honeywell公司的SolidDrive10/10-1800系列高压变频装置为此次改造最优设备。

3 具体做法

3.1 关键技术及特点

SolidDrive10/10-1800系列高压变频调速装置采用单元串联多电平拓扑结构（见图2），它主要由输入变压器、功率单元和控制单元三大部分组成。输入部分是一台移相变压器，原边Y形连接，副边采用沿边三角形连接。功率单元采用模块化设计，由24个功率单元组成，每8个功率单元串联组成一相，三相Y接，直接给10kV高压电机供电。每个功率单元采用高压场控大功率的IGBT功率模块，耐压值为690V，单元串联多电平技术由于采用功率单元相互串联的办法解决了高压的难题而得名。该项技术无需输出变压器，更不需要任何形式的滤波器。控制单元采用光纤通讯技术，提高了抗干扰能力和可靠性。该变频器还具备如下特点：

表1

图2 SolidDrive10/10-1800高压变频调速装置总体结构

（1）采用多重化PWM方式控制，输出电压波形接近正弦波。

（2）功率因数高，输入谐波小。

（3）模块化设计，结构紧凑，维护方便。

（4）直接高压输出，无需输出变压器。

（5）功率单元自动旁通电路，能够实现故障不停机功能（见图3）。

图3 功率单元自动旁路技术

3.2 高炉除尘工艺的优化

在高炉铁场除尘系统利用上位机操作系统和监控软件对除尘器进出口压差、入口流量和温度、电机运行状态进行检测。

4 实施效果

改造后，高炉除尘系统风机可根据出铁时间自行调节工作频率，从而实现节能的目标.在图6中，1到2、5到6为高炉出铁间断时间，平均为40min；2到3、6到7为升速时间，可以适当作一调节；3到4、7到8为高炉出铁时间、也就是除尘系统集中工作时间；4到5、8到9为降速时间，同样也可以调节。高炉出铁时间根据需要，需要加大吸尘量，变频器频率可以调整到45Hz左右，高炉出铁间断时间内，炉前环境相对较好，可适当降低变频器速率，频率可调整为10HZ左右。

图6 高炉出铁场除尘工艺周期图

高炉铁场在出铁时，正常运行时电机转速为670r/min，由于风机、泵类负载轴功率与转速的三次方成正比，理论上节能效率为69%。实际运行中由于系统自身各种损耗、在出铁间隔期间需降低功率低速旋转。因此不能达到这一理想状态。经过长期电量统计，改造前月均耗能85万度，改造后月均耗能为55万度，节能为30万度，节电率达到35.3%。电能按0.65元/度计算每年减少电费234万元。同时实现以下效果。

（1）每年减少CO2、SO2、各类金属颗粒排放量千万吨以上，极大降低了环境压力；

（2）减少了电机启动对电网的冲击，减少了设备故障，降低了设备维护量和工人劳动强度；

（3）采用功率单元自动旁路技术，减少了停机时间，降低高炉休风机率；

（4）根据钢铁工业污染指数规定，高炉排放标准执行GB9078－1996《工业炉窖大气污染物排放标准》的二级标准，其它污染源排放执行GB16297—1996《大气污染物综合排放标准》的二级标准。高炉新建环保设施粉尘排放浓度标准≤100mg/Nm3，其它污染源新建环保设施粉尘排放浓度标准≤120mg/Nm3。我们现在现场岗位粉尘浓度9.1mg/m3≤规定的10mg/Nm3，风机噪音在85db以下，改造达到了理想的目标。