在国内工业发展的强劲拉动下，我国粗钢的年产量接近于6亿t，高炉的数量达到900多座。钢铁工业是用电大户，高炉鼓风机是整个高炉最大的用电设备，其用电量占整个高炉用电量的50%左右。            

中国政府在“十五”到“十一五”的节能计划中，把“电机系统节能”列为重中之重，“发展电机调速节电和电力电子节电技术”，“逐步实现电动机、风机、泵类等设备和系统的经济运行”。另一方面，国家计委在“十五”计划纲要中明确提出了要“改变工业增长方式”，“鼓励采用高新技术和先进适用技术改造传统产业”。            

高炉的送风系统是将风机出来的风送至热风炉加热，通过热风炉加热后具有一定温度的热风直接送至高炉。高炉鼓风机是高炉极其关键的设备，它不但直接提供高炉冶炼所需的氧气，而且提供克服高炉料柱阻力所需的气体动力。一般按单位炉容2.1～2.5m3/min的风量配备。但实际上不少的高炉考虑到生产的发展，配备的风机能力都大于这一比例，因此一般采用入口风门、出口放风阀进行风量、风压控制，但这种节流方式电能损耗很大。           

高风温是现代高炉的主要技术特征，提高风温是增加喷煤量、降低焦比、降低生产成本的主要技术措施之一。通过对风量、风压、鼓风湿度、富氧率、喷吹燃料、风口面积和长度等参数的调节，来达到提高产量及高炉的利用系数目的，这就需要对送风制度进行更好的优化。对响应迅速的要求，显然通过传统的风门调节是无法实现的，利用高压变频器对上述参数进行调整已经是本行业的发展方向。            

高炉鼓风机作为高炉生产的关键设备，其功率大，且需保证连续运行，当在高炉生产过程中鼓风机发生故障，将造成灌渣事故，导致高炉堵炉、停产、焦比上升，造成巨大的经济损失。因此目前国内冶金行业生产厂家对高炉鼓风机进行高压变频改造的案例尚少，泰开自动化公司的tkhvert系列高压变频器的研发设计水平和制造技术的成熟，其产品的主要性能指标达到了国际先进水平，具有很高的可靠性，适用于对设备要求高的场合，能够满足高压变频器对优化高炉鼓风机的送风要求，在驱动高炉鼓风机的电机转速要满足调速范围宽度大要求下，具有极高的节能空间。            

2 高炉鼓风机运行工艺及设备介绍             

2.1高炉鼓风机应用场合             

高炉炼铁是将铁含量50~60%的铁矿石由矿粉经成球工艺制成的球团矿或把粉矿烧结成块，即烧结成最适于高炉冶炼的所谓烧结矿，以适当的比例配合起来，加入去除杂质用的熔剂，再与焦炭一起分层装入高炉。焦炭既是热源又是还原剂，而且还起着保持通气性的支撑物的作用。从高炉风口吹入的高温热风，使炉内焦炭燃烧，在风口附近一定区间内发生氧化反应产生co。从高炉顶部分层交替装入的焦炭层和矿石层，被从高炉底部上升的高温co气体加热还原,从而一点点变软，并逐渐下降。当下降到圆锥形的软化熔融带时，矿石被还原。软化熔融带在1200℃左右开始熔化，铁和渣随着温度的升高而熔化下滴。熔化了的铁水和炉渣流过这个熔化滴下带而集中到高炉底部，由于比重不同，炉渣在上，铁水在下，分层积存在炉缸里。        

铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出渣口排出。            

高炉鼓风机是高炉炼铁过程中最重要的动力设备，它不但直接提供高炉冶炼所需的氧气，而且提供克服高炉料柱阻力所需的气体动力。在高炉生产运行中，高炉鼓风机通过3座热风炉为高炉持续不断的提供1000℃以上的高温热风，并从高炉下部的风口吹进热风，通过入口阀门和放风阀对其控制，如图1所示。

2.2荣阳钢铁公司高炉鼓风机参数         

徐州荣阳钢铁有限公司，始建于1996年，现拥有450m3炼铁高炉1座，年产50万t生铁。产生的粉尘由安置的布袋除尘器收集。其配套的高炉鼓风机参数如下：

(1)电动机参数

(2)风机数据

2.3鼓风机运行参数            

高炉鼓风机采用定子串水阻启动，运行时通过入口阀门和出口放风阀进行调节，运行时参数如表1所示。

3 高炉鼓风机变频改造后的节能预测分析            

根据流体力学原理及公式，对高炉鼓风机的节能预测如表2所示。

4 高炉鼓风机变频改造方案          

4.1变频器选择           

采用tkhvert-4250kva/10kv型高压变频器，其技术参数如表3所示。

4.2高压变频器原理           

泰开自动化有限公司tkhvert系列高压变频器系统由移相变压器、功率单元、控制单元所组成。是高功率因数整流系统，多电平叠加系统，多重化pwm输出系统，高可靠自动控制系统结合的高科技产品，其输入功率因数高，输出谐波少，其原理图如图2所示。

4.3高压变频器改造一次回路原理            

高压变频器一次回路原理图如图3所示。          

在选择变频运行时，首先变频输入隔离刀qs1，变频输出隔离刀qs2，水阻切除断路器qf2闭合，变频输入断路器km1，变频输出断路器km2，旁路断路器km3处于断开状态，将用户断路器qf闭合，由机旁操作箱合闸发送合闸指令，高压变频器闭合km1和km2，再通过变频器本地或远程启动电机变频运行。

在选择工频定速运行时，首先将变频输入隔离刀qs1，变频输出隔离刀qs2断开，水阻切除断路器qf2，变频输入断路器km1，变频输出断路器km2，旁路断路器km3处于断开状态，将用户断路器qf闭合，由机旁操作箱合闸发送合闸指令，高压变频器闭合km3电动机，通过水阻柜启动后完成后工频运行。

在运行中，当高压变频器出现故障时，高压变频器将km1、km2和qf2同时断开，再合上km3，使高压电压从调速状态通过水阻切换到工频状态，在保证电机连续运行的同时，使切换电流较小。           

4.4高压变频器控制            

泰开的tkhvert-4250kva/10kv高压变频器本机上采用触摸屏控制，全中文界面，简单易懂，标明了高压变频器运行的各种状态,如图4所示。      

现场采用远程操作箱的监控运行，通过操作箱进行频率给定。高压变频器变频运行时，用户可根据实际炼铁过程中的压力需求，在控制室对鼓风机的变频系统进行调整设定频率以满足工况需求。远控操作箱与高炉风压状态监测在一起，方便操作人员的控制。

4.5泰开tkhvert高压变频器的先进性          

(1)泰开自动化有限公司具有深厚的微机自动化变电站保护技术水准，在高压变频器中大量采用的成熟的专业微机保护技术，使高压变频器的控制与保护功能的水平处于电网应用级水准。    (2)控制系统采用dsp加双fpga的结构，控制高压变频器的多重化pwm波叠加输出，实现了高同步实时性控制，且具有很高的运算空间备用，具有极高的可靠性和安全性。           

(3)功率单元与控制单元在设计中均采用三维立体工作实验室进行虚拟设计与分析，并引入先进的电磁兼容系统设计理论，使功率单元与控制单元具有极高的emc性能。            

(4)高压变频器散热系统均经过有限元热分析软件校核，并经过实际满载考验，具有高等级的热稳定性。            

(5)个别功率单元故障旁路后，应用三相平衡零点自稳定系统，通过对其它两相的功率单元输出相位微调，达到三相平衡，不必切掉其它二相中的功率单元来保证输出电压平衡，保证变频器内电流与电压的稳定。            

(6)变频器具备瞬时失电不停机功能，一般来说工业电源均具备2段母线，在2段母线相互切换时，有一个掉电的瞬间。另外，母线上大电机启动或成组电机启动时均会造成母线电压瞬降，在这种情况下，一般的变频器会在5个周波内停止输出，而tkhvert系列高压变频器采用先进的回转系统动能，与电容储能相互转换程序，利用大回转系统内储存能量较多的特点，在高压变频器没有输入电源的状态下，利用不同能量的转换，实现在高压短时失电时变频器的连续运行    (7)飞车启动功能，在风机处于自由转动的状态，通过先进的控制技术，利用电机与变频器的电磁互动特性，测出电动机运行的速度，直接无扰动加入，从而使变频器在风机处于自由运转的状态下也可投入运行。            

(8)完善的单元保护与系统保护功能，高压变频器运行状况可检测，故障定位准确，历史故障记录和运行记录完整。            

(9)现场安装简单，设定快速，调试时间短。            

5 项目改造总结及收益分析            

高压变频器在2008年10月投运后，高炉鼓风机运行频率在32～41hz之间，各典型负荷点工频运行和变频运行的电流对照如表4所示。

每天平均出铁8次，每次出铁20min，在相同的钢铁产量情况下，平均每天节电为：

出铁时间 (20×8)/60=2.67 h

化铁时间 24-2.67=21.33h

调速运行后每天出铁节电 (160-110)×10×1.732×2.67=2312kw.h

化铁时节电 (180-139)×10×1.732×21.33=15125kw.h

全天总节电 2312+15125=17437 kw.h

按平均年生产260天计算，年节电为 17437×260= 4533620 kw.h            

按每年平均电价0.5元/kw.h计算，每年节约电费 4533620kw.h×0.5元/kw.h =2266810元 =226.681万元           

高炉的鼓风机进行变频改造后年节约电费可达约226万元。            

由节能数据看出，tkhvert系列高压变频调速系统应用于高炉风机的节能及经济效益是显著的。 kthvert系列高压变频器在荣阳钢厂高炉鼓风机的调速节能运行表明，高炉鼓风机采用高压变频技术节能改造成功，设备投运以来运行稳定，完全保证高炉的正常生产，改善了高炉的经济运行指标和送风制度，达到了预期的节能效果，减小了电机、风机及风门的维护量。并取得了可观的节能经济效益与附加效益。

关键词:变频器 炼铁高炉 电量

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编辑：夏禅

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