汇川技术HD90高压变频器在烧结主抽脱硫风机的应用

• 关键词：汇川技术,HD90,高压变频器
• 作者：深圳市汇川技术股份有限公司
• 摘要：汇川技术HD90高压变频器以高速浮点DSP为控制核心，采用功率单元串联多电平技术，输入功率因数高，输出波形质量好，不必采用滤波器、功率因数补偿装置

一、 概述
    钢铁工业属于资源密集型产业，开发的主要对象是各种粉状、块状黑色金属和非金属矿物，生产规模大，工艺过程复杂，包括矿石的采选以及金属的冶炼、冶金产品的加工等。钢铁工业排放的废气大体可分为三类：第一类是生产工艺过程中排放的废气，如烧结、冶炼和钢材轧制过程中产生的烟尘、二氧化硫和其他有害气体;第二类是煤、煤气等燃料在炉窑中燃烧产生的含尘和二氧化硫的烟气;第三类是原料、燃料在运输、装卸和加工过程中产生的粉尘。
    此外，烧结脱硫方面存在的问题也值得关注。“十一五”期间，钢铁行业逐步开始实施烧结烟气脱硫改造。2008年金融危机以前，一套烧结烟气脱硫设施投资动辄七八千万元、甚至上亿元，承建烧结烟气脱硫工程利润极大。受高额利润的刺激，越来越多的脱硫公司开始抢占烧结脱硫市场，但其中有相当多的公司缺乏脱硫工程设计、施工经验，所采用的工艺也只是简单模仿火电脱硫甚至还只是理论阶段，导致脱硫设施建成后故障率较高。并且，国内一些环保意识淡薄的钢铁企业，往往通过减少环保投入、降低环保设施运行成本、牺牲环境质量来获取利润;加之我国环保法律法规和考核制度不够严格，企业环境违法成本过低等问题，都导致环保设施运行效果不理想。据记者了解，有些钢铁企业上马环保设备之后并不是“每天都用”，甚至有的企业将环保设备“束之高阁”。    用于拖动风机、收尘风机、排风机及引风机的高压类负载耗电量更高；所以从高压风机负载节约成本显得尤其重要。近几年，国家实行节能减排政策，针对冶金等耗能大户重点改造；通过几年的发展和总结，现国产高压变频器在风机水泵负载上的节能技术日趋成熟，运行稳定，并且在某些方面已超越国外产品。
二、脱硫原理及工艺
2.1石灰石-石膏湿法脱硫技术
石灰石-石膏湿法脱硫技术是目前世界上技术最为成熟、应用最多的脱硫工艺。
反应方程式
SO2   1/2O2   2H20   CaCO3 → CaSO4• 2H20   CO2
2HCl   CaCO3 → CaCl2   H20   CO2
2HF   CaCO3 → CaF2   H20   CO2

图一：生产工艺图

2.2工艺原理
    一级除尘利用除尘脱硫塔中8层喷嘴形成由上而下的16层水膜，与向上运动的含尘烟气通过相互碰撞、拦截和凝集等作用来对烟气进行洗涤；
    二级除尘采用文丘里管中的小喷嘴形成的水膜与含尘细小液滴碰撞通过绝热膨胀作用形成大液滴，从而去除微小尘粒；
• 经过文丘里管的烟气进入原有的捕滴器形成第三次除尘；
• 石灰（CaO）或熟石灰（Ca(OH)2）配制成石灰浆液加入循环水系统的溶液中，在除尘的同时脱除烟气中的二氧化硫，取得较高脱硫效率；
• 脱硫副产品与除尘的灰浆经浓缩后排入灰场。
2.3技术特点
除尘效率可达99.6％以上，烟尘排放浓度不大于200mg/m3(标准状态)；
塔内脱硫效率大于90%，系统脱硫效率大于80%；
烟气系统总阻力损失与原有除尘烟气系统阻力基本相当，不必增设脱硫风机；
脱硫剂适应性广泛，工业用CaO和Ca(OH)2均可。
2.4技术参数
钙硫比(Ca/S)：<1.05；
• 喷嘴层数：4-8；
系统阻力：<1200pa；
• 脱硫塔脱硫效率：>90%；
• 系统脱硫效率：>80%；
• 除尘效率：> 99.6%。
2.5脱硫工艺示意图

图二：风机示意图

三、HD90系列高压应用
3.1 现场状况
  负载类型：10kV 1250kW电机拖动烧结除脱硫除尘风机
  运行状况：全天24小时运行
  风量控制：入口挡板调节，正常工作时阀门开度为100% ；详细参数如下：

3.2 改造方案
3.2.1 前期考察
    通过对现场工艺及电控方式的考察，负载风机为常见的W8系列离心风机，而电控采用DCS控制方式。最后综合分析现场各因数，为其选配的高压变频器型号为：
HD90-J100/1600-DN
3.2.2 技术方案
 a）主回路：采用一拖一手动旁路方案，见图三。
基本原理：
    此方案是手动旁路的典型方案。原理是由3个高压隔离开关QS41、QS42和QS43和高压开关QF、电动机M组成。要求QS42和QS43之间存在机械互锁逻辑，不能同时闭合。变频运行时，QS43断开，QS41和QS42闭合；工频运行时，QS41和QS42断开，QS43闭合。高压开关QF、电动机M为现场原有设备。        b) 控制回路：利用原有的DCS控制平台，远程调速、远程监
控运行频率和输出电流等。具体I/O量如下：

变频器提供给用户的开关量

用户提供给变频器的开关量

变频器提供给用户的模拟量

用户提供给变频器的模拟量

3.2.3 冷却方案
由于现场环境污染大，粉尘较多，综合考虑，采用空调内循环冷却方式。
  1） 变频器散热量（满载）：
  2） 对应空调大小：
3.2.4 现场调试
a）现场状况：由于客户设备检修和土建改修，产线已停产13天。此时急需投产运行，客户要求以最快速度完成调试。
 b）调试步骤：电气接线及检查、控制电测试、上高压无载测试、空载测试和带载测试。
 c）调试时间：1天
 d）调试结果：变频器顺利投产，并运行稳定；用户和代理商对汇川高压变频器非常满意。
3.2.5 后续情况
    变频器自5月投产以来，现已4月有余，在这期间，变频器每天24小时连续工作，运行状况良好，未发生任何故障运行稳定。
四、汇川技术HD90高压变频器改造优势
4.1  变频改造
经汇川技术HD90高压变频改造后，各项性能指标均达到了设计要求。
1）节省人力：改造前，需要专门人员调节风门；变频改造后，只需在DCS控
制台进行远程调速即可。
2）将运行风机改用变频控制后，可彻底避免大功率电动机启动时的冲击力矩
对电机的损坏。延长了电机和管道的检修周期，减轻了检修人员的维护工作量；提高了机组自动装置的稳定性，为机组的经济优化运行提供了可靠保证；风机的运行参数得到了改善，提高了运行效率。
3）采用变频调速，电动机转速降低使环境噪音影响得到大大改善。
4）软启动功能：变频器启动，属于无扰启动，不会对其他负载产生电流冲击。
5）节能效果显著：较以往工频运行相比，由于减少了电能的浪费，并且效率提高，节电率达到25%以上；
4.2  HD90高压变频器技术特点
    汇川技术HD90高压变频器以高速浮点DSP为控制核心，采用功率单元串联多电平技术，输入功率因数高，输出波形质量好，不必采用滤波器、功率因数补偿装置；不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，可以使用普通的异步电机。
1)矢量控制技术
    HD90系列高压变频器具备通用矢量控制技术，基于电机d-q轴数学方程式解析，对电机定子电流解耦成励磁分量电流和转矩分量电流，并分别加以控制，以达到模拟自然解耦的直流电动机的控制效果。
2)非对称旁路技术
    HD90系列高压变频器采用单元级联方式，当其中某个单元出现故障后，在单元配备旁路功能（可选）的情况下，通过非对称旁路技术可以使系统不停机运行。HD90的非对称技术可以实现比传统旁路方案更高的电压输出幅值。
3)飞车启动功能
    HD90系列高压变频器具备飞车启动功能，能够在未知电机旋转速度的状况下启动变频器，变频器自动进行频率搜索，直至搜索到与电机实时旋转频率相符的频率，此时变频器输出相应频率，并控制电机旋转至指定频率，此技术能有效减少瞬间停电对生产的影响以及对电网的冲击。
4)双路控制电源 
    HD90控制系统采用双电源供电，控制电源失电后可正常工作；一路由用户提供，一路由高压变压器绕组降到380v。两路电源切换电路采用储能电容，保证切换时平滑无扰动。
5)来电自启动功能
    电网瞬间跌落或波动时，系统可保证瞬间失电不跳闸，且在失电后5个周期内变频器运行不受影响，超过5个周期变频器自动降额运行，失电超过9s后变频器停机，连续生产提高系统生产效率。
7）高可靠性器件
    核心器件IGBT、整流二极管、高品质电容、主控制芯片ARM、DSP、FPGA等均选用高品质器件，保证了运行的高可靠性，生命周期长。
8）远程监控方案
    在无线通讯模式中，通过3G技术的支持，数据中心可以24小时对工艺运行过程中变频调速系统相关数据进行实时采集、监控。具有以下优势：故障报警及时，安全系数高；减少了现场维护数据采集、监控的工作量：数据记录准确：网络无线监控，降低了客户在OSI网络架构物理层建设的投入。
五、结束语
    HD90系列高压变频器为苏州汇川技术有限公司的成熟产品，此次烧结除脱硫除尘风机良好运行，也有力证明了我公司的磁链闭环矢量控制技术较同类厂家的控制方式更先进。近年来，HD90系列高压变频器广泛用于冶金、电力、石化、矿山、建材和市政等领域；拖动的负载有风机、水泵、提升机、皮带机、空压机、密炼机和搅拌机等。其良好的性能，已经赢得了用户的口碑。
    高压变频器经历了残酷的价格战洗礼，现在市场已趋于平稳；而性能和质量已成为当今用户追求的重点。汇川HD90系列高压变频器从问世之初，就以高性能和好质量定位；之前的事实已经说明，HD90系列高压变频器已经从诸强中脱颖而出。国外变频器独大的时代已经一去不返了，现在国产高压变频器无论是性能，还是稳定性都可以与国外品牌媲美。