摘要：本文著重介紹國產(chǎn)多電平高壓變頻器在邯鄲鋼鐵團體一煉鋼廠的應(yīng)用情況，對其節(jié)電情況進行對比。結(jié)果表明，冶金行業(yè)采用國產(chǎn)高壓變頻器對除塵風(fēng)機進行調(diào)速節(jié)能，具有投資省,水簾風(fēng)機，見效快等特點。
　　關(guān)鍵詞：多電平 高壓變頻器
　　Appilcation of High Voltage Large Power Inverters on
　　Remove-Dust Fans of Mix-Iron Boilers
　　Abstract: The application of multi-level high voltage inverter in Handan Steel Factory is showed in this paper, and the electricity power saving is presented too. The great Progress proved that the adoption of high voltage inverters to Remove-Dust Fans is effective and economical.
　　Key words: Multi-level High voltage inverters
　　邯鄲鋼鐵團體一煉鋼廠設(shè)置1#和2#兩個混鐵爐，每個混鐵爐設(shè)有一個兌鐵口和一個出鐵口，混鐵爐兌鐵或出鐵時，高溫的鐵水會同空氣發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量的煙氣。一方面對現(xiàn)場操縱的工人不利，另一方面也對環(huán)境造成了巨大的污染。為改善現(xiàn)場環(huán)境，降低污染，需要對混鐵爐的兌鐵、出鐵進行除塵改造。該除塵設(shè)施配置Y4-73№29.5F除塵風(fēng)機一臺（配套電機功率800kw），混鐵爐除塵風(fēng)機需要五種風(fēng)量來適應(yīng)混鐵爐兌出鐵工藝要求，為了進步風(fēng)機的運行效率，節(jié)能降耗，必須對風(fēng)機進行調(diào)速控制。東方產(chǎn)業(yè)環(huán)保有限公司負責(zé)該混鐵爐項目總承包，在以前的類似除塵項目中，多采用液力耦合器進行調(diào)速。近幾年隨著高壓變頻技術(shù)的進步，高壓變頻器的性價比有很大幅度的提升，液力耦合器逐漸失往上風(fēng)，終極無錫東方選購了北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的Harsvert-A系列高壓變頻器對風(fēng)機進行調(diào)速控制。混鐵爐除塵風(fēng)機高壓變頻器于2003年4月份調(diào)試完畢投進運行，至今已穩(wěn)定運行一年多。
一.除塵風(fēng)機工藝要求
　　邯鄲鋼鐵團體一煉鋼1#和2#兩個混鐵爐，當(dāng)混鐵爐既不兌鐵也不出鐵時不需要風(fēng)量；當(dāng)混鐵爐工作時，一個兌鐵口兌鐵需要風(fēng)量35萬m3/h；一個出鐵口出鐵需要風(fēng)量15萬m3/h；兩臺爐出鐵口同時出鐵需要風(fēng)量30萬m3/h；當(dāng)一臺混鐵爐的兌鐵口和出鐵口同時兌鐵出鐵時需要風(fēng)量50萬m3/h。兩個混鐵爐兌鐵口不能同時打開，只能有一個兌鐵口打開，兩個混鐵爐出鐵口可以同時打開。
　　兌鐵：由一臺125t天車完成，鐵水罐分為70t和100t兩種規(guī)格，每罐兌鐵時間為4-6min；
　　出鐵：按三臺煉鋼轉(zhuǎn)爐同時生產(chǎn)20爐/班計算，單臺混鐵爐出鐵30罐/班，天天三班，每班八小時，單罐出鐵時間1-2min，兩次出鐵周期最短為8min，每班出鐵累計時間30-60min。


A到B為既不兌鐵也不出鐵時間；
B到D為一個出鐵口出鐵時間，其中B到C為風(fēng)機升速時間；
D到F為兩個出鐵口出鐵時間，其中D到E為風(fēng)機升速時間；
F到H為一個兌鐵口兌鐵時間，其中F到G為風(fēng)機升速時間；
H到J為一個兌鐵口兌鐵、一個出鐵口出鐵時間，其中H到I為風(fēng)機升速時間；風(fēng)機升速時可以根據(jù)需要跨越任一升速點；
J點風(fēng)機開始減速。
J到L為一個兌鐵口兌鐵、一個出鐵口出鐵轉(zhuǎn)換為一個兌鐵口兌鐵時間，其中J到K為風(fēng)機減速時間；
L到N為一個兌鐵口兌鐵轉(zhuǎn)換為兩個出鐵口出鐵時間，其中L到M為風(fēng)機減速時間,降溫水簾；
N到P為兩個出鐵口出鐵轉(zhuǎn)換為一個出鐵口出鐵時間，其中N到O為風(fēng)機減速時間；
P到R為一個出鐵口出鐵轉(zhuǎn)換為既不出鐵也不兌鐵時間，其中P到Q為風(fēng)機減速時間；
Q到R為既不兌鐵也不出鐵時間。

二.調(diào)速要求
　　為簡化控制邏輯，現(xiàn)場直接根據(jù)出鐵口、兌鐵口的開關(guān)狀態(tài)來控制變頻器的轉(zhuǎn)速，變頻器預(yù)設(shè)5個速度點，根據(jù)現(xiàn)場所需風(fēng)量不同自動調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。


　　變頻器內(nèi)置PLC和中文的人機界面給現(xiàn)場調(diào)試工作帶來很大便利，調(diào)試周期大大縮短。各種參數(shù)設(shè)置十分方便，根據(jù)現(xiàn)場煙氣的多少，可以及時調(diào)整各速度段點的風(fēng)量，除塵改造后，現(xiàn)場條件大為改善。
三.節(jié)能計算
　　根據(jù)變頻器的運行記錄，統(tǒng)計風(fēng)機在一天中各速度段的運行時間，得到如下運行數(shù)據(jù)：
　　各速度段變頻器的輸進功率為：
　　P1＝1.732×6×5.8×0.8=48.2kW
　　P2＝1.732×6×25.1×0.8=208.7kW
　　P3＝1.732×6×37.9×0.8=315.1kW
　　P4＝1.732×6×23.89×0.8=198.6kW
　　P5＝1.732×6×62.50×0.8=519.6kW
　　則使用變頻器后一天風(fēng)機所消耗的電能為：
　　48.2×3+208.7×7+315.1×4+198.6×7+519.6×3＝4694.9 kW?h
　　電價按0.4元計算，整個系統(tǒng)按照一年運行300天計算，則一年的電費為：
　　4694.9×0.4×300＝56.3388萬元
　　假如不使用變頻器，電機始終工頻運行，則一年的電費為：
　　P＝1.732×6×76×0.8=631.8kW
　　631.8×24×300×0.4=182萬元
　　節(jié)約電費約為：125.7萬元
　　說明：以上計算僅為初步的理論計算，變頻器節(jié)能情況是根據(jù)試運行時的數(shù)據(jù)計算，與具體運行情況存在偏差。
四.應(yīng)用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的其他效果
　　改善了工藝。投進變頻器后除塵風(fēng)機可以非常平滑穩(wěn)定的調(diào)整風(fēng)量，運行職員可以自如的調(diào)控，除塵風(fēng)機運行參數(shù)得到了改善，進步了效率。
　　延長電機和風(fēng)機的使用壽命。一般除塵風(fēng)機均為離心式風(fēng)機，啟動時間長，啟動電流大（約6～8倍額定電流），對電機和風(fēng)機的機械沖擊力很大，嚴重影響其使用壽命。而采用變頻調(diào)速后，可以實現(xiàn)軟起動和軟制動，對電機幾乎不產(chǎn)生沖擊，可大大延長機械的使用壽命。
　　減少閥門機械和風(fēng)機葉輪的磨損。安裝變頻調(diào)速后，風(fēng)機經(jīng)常工作在比原來定速時低150轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下運行，因此，大大減少了風(fēng)機葉輪的磨損，減少了風(fēng)機振動。延長風(fēng)機的大修周期，節(jié)省檢驗用度和時間。
　　便于實現(xiàn)除塵控制系統(tǒng)自動化。除塵系統(tǒng)的的風(fēng)量經(jīng)常需要根據(jù)工藝的要求變化，在過往用擋板調(diào)節(jié)時，存在執(zhí)行機構(gòu)的開度與流量的關(guān)系曲線的線形題目。往往由于執(zhí)行機構(gòu)的磨損量過大，閥門特性發(fā)生變化，出現(xiàn)非線形題目，致使調(diào)節(jié)過程失誤，自動控制系統(tǒng)無法正常工作。而變頻調(diào)速始終保持在線形高精度0.1～0.01HZ的范圍內(nèi)工作，為實現(xiàn)除塵系統(tǒng)的自動化創(chuàng)造優(yōu)越條件。
五.調(diào)試經(jīng)驗總結(jié)：
　　1、 變頻器同現(xiàn)場設(shè)備的接口要主要抗干擾題目。變頻器受除塵系統(tǒng)的PLC控制，變頻器提供的4路模擬輸出2路進進控制柜上的儀表進行顯示，2路進進PLC中參與各項保護�，F(xiàn)場調(diào)試時發(fā)現(xiàn)，進進儀表的信號顯示無誤，而進進除塵系統(tǒng)PLC的信號卻時有時無�，F(xiàn)場丈量PLC的模擬輸出信號，一切正常。后來將除塵系統(tǒng)PLC可靠接地后題目解決。
　　2、 主要干式變壓器的合閘涌流。HARSVERT-A系列高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平技術(shù)，前端設(shè)有一臺干式變壓器。在邯鋼項目中使用的干式變壓器為F級盡緣的環(huán)氧澆注變壓器，按變壓器的使用說明書，合閘涌流應(yīng)在6倍以內(nèi)。變頻器上級的高壓開關(guān)的速斷保護按照7倍整定，但給變頻器送電時有時正常，有時高壓開關(guān)的速斷保護動作造成無法正常送電。后來將速斷保護的定值由7倍增加到11倍，題目才得到解決。
六、結(jié)束語：
　　利德華福從1999年開始進進高壓變頻器領(lǐng)域，至今已有5個年頭了，目前近200臺的應(yīng)用業(yè)績，也可算走出了國產(chǎn)高壓變頻器大規(guī)模應(yīng)用的一小步。在冶金行業(yè)的應(yīng)用達到30多臺，為冶金行業(yè)的節(jié)能環(huán)保做出了自己的貢獻。我們以為目前高壓變頻器正逐步取代液力耦合器的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，隨著高壓變頻器的大規(guī)模應(yīng)用，性價比不斷進步，終極變頻器將會取代液力耦合器而成為電機調(diào)速的最佳選擇。

參考文獻：
　1、《高壓變頻調(diào)速系統(tǒng) HARSVERT-A系列技術(shù)手冊》
　2、《HARSVERT-A高壓變頻器現(xiàn)場調(diào)試大綱》
　3、《HARSVERT-A高壓變頻器邯鋼調(diào)試報告》

        1 引風(fēng)機試轉(zhuǎn)時軸瓦出現(xiàn)的問題
 　　 徐塘發(fā)電有限公司2×300MW擴建工程6號機組引風(fēng)機是成都電力機械廠制造的型號為AN28e6靜葉可調(diào)式軸流風(fēng)機，風(fēng)量為268.74m3/s，風(fēng)壓為4711Pa；電機是沈陽電機股份有限公司提供的型號為YKK710-8電機，電機轉(zhuǎn)速為744r/min，功率為1800kW，電壓為6000V。電機兩端為滑動軸承結(jié)構(gòu)，瓦寬為220mm，甩油環(huán)外徑為363mm，厚度為11.5mm，寬度為30mm，質(zhì)量為3060g；軸頸外徑為200mm，橢圓度偏差為0.2mm。油室兩側(cè)各有一個油位計，軸承座與下軸瓦之間有一個電加熱器，下軸瓦下面有一個測溫元件。電機軸承的冷卻方式為自然冷卻。
 　　 第一次試轉(zhuǎn)時，甲側(cè)引風(fēng)機電機推力端軸瓦溫度升高，定值保護停機；乙側(cè)引風(fēng)機電機膨脹端軸瓦溫度升至報警值，為了防止設(shè)備嚴重損壞，手動停機。檢查發(fā)現(xiàn)甲側(cè)引風(fēng)機電機推力端軸瓦有燒瓦現(xiàn)象，乙側(cè)引風(fēng)機電機膨脹端軸瓦局部有磨痕。現(xiàn)場消缺，重新安裝后，電機試運轉(zhuǎn)4h無異常現(xiàn)象。鍋爐空氣動力場試驗時，2臺引風(fēng)機電機的軸瓦溫度穩(wěn)定在61.9℃（甲）、59.5℃（乙）后略微下降，轉(zhuǎn)動正常。
      2005年4月1日，電除塵氣流分布試驗過程中除電機軸瓦溫度稍高外，其他正常。但是在氣流分布試驗快結(jié)束后，16∶ 00，62號引風(fēng)機電機側(cè)軸瓦溫 度快速攀升至62.4℃時；16∶ 30，61號引風(fēng)機風(fēng)機側(cè)軸瓦溫度快速攀升至61.2℃，都有進一步上升的趨勢。為了保護設(shè)備，手動停機。2臺電機氣 流分布試驗時引風(fēng)機軸瓦溫升值見表1。

表1　氣流分布試驗時引風(fēng)機軸瓦溫升值

      4月2日～4月5日對電機軸瓦解體檢查，發(fā)現(xiàn)2臺電機端外側(cè)和風(fēng)機端外側(cè)軸瓦均有磨瓦現(xiàn)象，但內(nèi)側(cè)沒有磨瓦現(xiàn)象。同時發(fā)現(xiàn)油擋 附近軸頸處油潤滑明顯不足。對瓦面作刮瓦處理試轉(zhuǎn)，當(dāng)溫度達到56～60℃后，瓦溫快速攀升。前后試運轉(zhuǎn)達11次，每次情況都差不多。解瓦檢查發(fā)現(xiàn),瓦面 痕跡一致。加大冷卻油量后，不再燒瓦，但溫度仍然升至62℃，并且隨著氣溫的波動而波動。整個過程中，2臺風(fēng)機軸系振動很好，最大振動均為1絲左右。
      2 原因分析
      打開軸瓦對軸承進行了仔細檢查，如壓力角、間隙、橢圓度等，甲、乙側(cè)引風(fēng)機電機軸承檢查數(shù)據(jù)見表2。所有數(shù)據(jù)都符合規(guī)范和廠家技術(shù)要求，可以排除安裝不當(dāng)?shù)脑�因�?/P>

表2　甲、乙側(cè)引風(fēng)機電機軸承檢查數(shù)據(jù)

　　由于2臺引風(fēng)機軸系軸向、水平、垂直方向振動都很小，所以排除了軸系不對中、磁力線中心、電機基礎(chǔ)等問題。瓦面沒有被電擊的痕跡，所以也排除了 軸承座絕緣不夠和轉(zhuǎn)子磁通量軸向分布不均等原因。2臺風(fēng)機為同一批產(chǎn)品，且燒瓦發(fā)生的過程和癥狀非常相似，所以初步認定故障原因是一致的。

　　由這2臺引風(fēng)機電機軸瓦溫升高直至燒瓦整個過程，通過對原始記錄的數(shù)據(jù)資料進行分析，初步判斷故障是由于甩油環(huán)轉(zhuǎn)動帶上來的油量太少，在下瓦壓力角內(nèi) 無法形成和保持一定厚度的油膜，導(dǎo)致軸頸與軸瓦接觸摩擦。瓦溫、油溫升高后，潤滑油的黏度下降，加劇了油膜的破壞，直至軸瓦與軸頸摩擦,溫度急劇升高。當(dāng) 溫度達到某一臨界數(shù)值時，油膜承壓能力低于軸頸壓力，由此將引起惡性循環(huán)，導(dǎo)致軸瓦溫度快速攀升。
      加大潤滑冷卻油量后,潤滑油位高于軸瓦下瓦面，這雖然緩解了油膜的破壞,在一定程度上避免了軸與軸瓦的直接接觸,但是此時的平衡溫度達到62℃,是一種高位平衡,軸承運行風(fēng)險太大。
      3 改進措施
      （1） 更換潤滑油。用46號機械油代替46號透平油，目的是為了提高潤滑油的黏度，使得在甩油環(huán)轉(zhuǎn)動時可以帶上更多的油。但高溫時,機械油黏度的下降程度比透平油大。但是試驗證明，效果并不明顯。
      （2） 對軸瓦進口油囊作加深處理。在出油側(cè)增加出油油囊，在瓦面開網(wǎng)狀油槽，目的是為了加大軸潤滑冷卻油的循環(huán)速度。上述措施沒有起到?jīng)Q定性作用。
      （3） 對甩油環(huán)進行改進。在粗糙甩油面內(nèi)側(cè)開淺斜槽，在甩油環(huán)側(cè)面加開幾條淺油槽。該措施同時帶來了正、負兩方面的效應(yīng)。正面作用是有利于甩油環(huán)在轉(zhuǎn)動過程中儲油，使得帶油量增加。負面作用是油槽加深，出油量相對于帶油量的比重下降。
      （4） 加大潤滑油量。將油位實際高度達到下瓦面以下（圖紙要求下瓦的2/3高度），這樣雖然緩解了油膜破壞，但油位太高，以致局部換熱效果變差，平衡時溫度太高，風(fēng)險加大。
      （5） 在油室內(nèi)加設(shè)盤管式水冷卻裝置。該方法相對比較簡易方便。但是由于油室結(jié)構(gòu)特殊，且增加冷卻裝置將相對減少油室中的油量，如果發(fā)生冷卻水效率降低或者上層油溫升高現(xiàn)象（冷卻只能針對下層油），溫度就不能很好控制。
      現(xiàn)場實施效果表明，實施上述多種措施后的效果并不明顯，以上方法不能夠從根本上解決軸瓦溫度過高的問題。
      在這種情況下，只有改變潤滑冷卻方式，才能達到軸瓦降溫的目的。在對問題進行分析的基礎(chǔ)上，決定采用電機軸承外循環(huán)冷卻裝置。改進前、后軸瓦結(jié)構(gòu)圖，分 別見圖1、圖2。電機用外循環(huán)潤滑系統(tǒng)見圖3。盡管增加了投資，但有效地增加了散熱量和潤滑流量。在選擇油循環(huán)的路徑上，采用進油（冷油）噴淋，油室高位 油溢流回油的方案。在電機軸承外部加裝一套循環(huán)潤滑油系統(tǒng)，供2臺電機4個軸瓦用。甩油環(huán)仍然保留，在每個軸承上瓦靠進油側(cè)裝1根Dg15的進油管，安裝 1個Dg15的閥門，以便調(diào)節(jié)進油量的大小，0.2MPa壓力對軸頸直接噴淋。每個軸瓦約有4L/min的潤滑油流經(jīng)瓦面，充足的油量形成一定的油膜，確 保摩擦面處于液體摩擦狀態(tài)，并及時帶走軸承產(chǎn)生的熱量。用軸承座的預(yù)留接口做回油接口（管徑為Dg50），使油室仍然保持原有的油位高度。當(dāng)外循環(huán)裝置發(fā) 生故障或斷電，導(dǎo)致短時間意外事故發(fā)生時，甩油環(huán)仍然可以向軸瓦供油。值班人員發(fā)現(xiàn)瓦溫上升快，溫度高等異常情況后，可以及時處理，采取措施以避免燒瓦事 故的發(fā)生。

圖2　改進后的軸瓦結(jié)構(gòu)

  圖3　電機用外循環(huán)潤滑系統(tǒng)圖

　　 為確認電機軸承外循環(huán)冷卻裝置的可靠性，裝置裝好后，將6號鍋爐的一次風(fēng)機、送風(fēng)、密封風(fēng)機和引風(fēng)機全部啟動，按照設(shè)備的額定工況進行滿負荷運行，運行48h，整個過程中最高溫度始終保持在37℃左右，說明上述方案起到了很好效果。
　　 4 結(jié)論
　　 引起軸瓦溫度升高的原因很多。如果是由振動引起的，可以從轉(zhuǎn)子動平衡、軸系找中心、基 礎(chǔ)剛度、磁力線中心等方面處理。如果是由于傳熱等問題引起的溫度升高而導(dǎo)致燒瓦時，僅從機械和結(jié)構(gòu)上分析，往往不易尋找出根本原因，這時必須從潤滑原理上 分析，尋找原因，從根本上解決軸承溫度高的問題。
　　 我們通過加裝一套強制外循環(huán)冷卻裝置，改進了軸瓦冷卻和潤滑方式，有效地解決了軸瓦溫度高的缺陷。