李曄（中冶南方工程技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430223）

1 概述

據(jù)工藝要求，轉(zhuǎn)爐的傾動(dòng)角度為±360，轉(zhuǎn)爐爐口和爐底方向軸線與地平面垂直時(shí)為零位狀態(tài)，爐子傾動(dòng)負(fù)載力矩屬于反陰性的位能負(fù)載。當(dāng)爐體從0向加料側(cè)或者出鋼側(cè)傾動(dòng)過程中，爐體處于正力矩狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)爐體從加料側(cè)或者出鋼側(cè)搖回0或者轉(zhuǎn)爐減速的過程中，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)。這部分能量將會(huì)對(duì)變頻調(diào)速裝置直流回路的電容充電導(dǎo)致直流母線電壓升高，傳統(tǒng)傾動(dòng)能耗制動(dòng)控制方案通過配置制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻的方法將電機(jī)發(fā)電能量轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，以保證直流電容不會(huì)產(chǎn)生過電壓，這種方式會(huì)造成能量浪費(fèi)，而且制動(dòng)電阻工作時(shí)產(chǎn)生熱量還可能影響周圍其它設(shè)備，制動(dòng)電阻的放電過程也會(huì)產(chǎn)生很大噪音。如果將傳統(tǒng)方案中的整流單元用整流/回饋單元替代，就能將電機(jī)在發(fā)電狀態(tài)下產(chǎn)生的能量回饋至電網(wǎng)，從而達(dá)到節(jié)能增效的目的，但是采用整流/回饋方案比傳統(tǒng)的能耗制動(dòng)方案初期投資大。這里以漣鋼210t轉(zhuǎn)爐的傾動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)為列，計(jì)算了擬用整流/回饋控制方案替代能耗制動(dòng)方案需要增加的投資，同時(shí)對(duì)比整流/回饋控制方案下實(shí)現(xiàn)節(jié)電所帶來的回報(bào)。

漣鋼210t轉(zhuǎn)爐與2009年9月投產(chǎn)，轉(zhuǎn)爐由4臺(tái)傾動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，每臺(tái)電機(jī)功率300kW，正常情況下4臺(tái)電機(jī)同時(shí)工作。調(diào)速方式采用變頻調(diào)速，原設(shè)計(jì)方案采用整流單元外加制動(dòng)電阻方式吸收電機(jī)發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生的能量，電機(jī)控制回路采用整流-直流中間回路-逆變的結(jié)構(gòu)，整流器、逆變器均為功率500kW。

圖1 能耗制動(dòng)方案電路圖

圖2 整流/回饋控制方案整流/回饋環(huán)節(jié)電路圖

2 兩種方案比較

2.1 原能耗制動(dòng)方案

由于兩種方案的主要區(qū)別在于整流回路以及中間直流環(huán)節(jié)，所以這里只針對(duì)該部分設(shè)計(jì)進(jìn)行討論，能耗制動(dòng)方案電路圖如圖1所示。

能耗制動(dòng)方案整流部分主要設(shè)備清單及價(jià)格如表1所示（這里只列出兩種方案有區(qū)別部分），該方案此部分總價(jià)為：184183.6 元。

表1

2.2 整流/回饋控制方案

整流/回饋控制方案整流/回饋環(huán)節(jié)電路圖如圖2所示，整流/回饋控制方案用整流/回饋單元替代了能耗制動(dòng)方案中的整流單元，并增加了1臺(tái)自耦變壓器，同時(shí)省去了制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻。

整流/回饋方案整流部分所需主要設(shè)備及價(jià)格如表2所示。

表2 主要設(shè)備及價(jià)格表

上述設(shè)備總價(jià)為234430.6元。

考慮傾動(dòng)裝置需要4套設(shè)備，整流/回饋方案相比能耗制動(dòng)方案需要增加投資：184183元。

2.3 能量回饋收益比較

由于漣鋼轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)并未采用整流/回饋方案，所以無法直接測(cè)量一段時(shí)間內(nèi)回饋至電網(wǎng)的電量。這里利用傾動(dòng)電機(jī)的逆變器采樣一個(gè)爐次時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)爐功率隨時(shí)間的變化情況，來間接計(jì)算一個(gè)爐次時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)爐的發(fā)電情況。一個(gè)爐次操作周期內(nèi)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)的動(dòng)作時(shí)間主要集中在兌鐵和出鋼-出渣階段，其余的時(shí)間轉(zhuǎn)爐位于吹煉階段。轉(zhuǎn)爐位于0位，傾動(dòng)系統(tǒng)不工作。

2.4 出鋼-出渣階段轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的電能比較

圖2為轉(zhuǎn)爐出鋼-0-倒渣-0過程期間。通過逆變器采樣的電機(jī)功率變化波形，采樣周期249ms其中正值表示電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)，從電網(wǎng)吸收能量；負(fù)值表示電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。

圖3 轉(zhuǎn)爐出鋼-0°-倒渣-0°過程期間，通過逆變器采樣的電機(jī)功率變化波形圖

這部分能量最終以發(fā)熱的形式消耗在制動(dòng)電阻上，如果采用整流/回饋方案這部分能量將全部回饋至電網(wǎng)，由此就可以估計(jì)采用整流/回饋控制方案向電網(wǎng)回饋的電量；功率數(shù)值為0部分表示轉(zhuǎn)爐處于停止?fàn)顟B(tài)，電機(jī)不工作。但此時(shí)整流器、逆變器等仍會(huì)有較小功率損耗。將圖3數(shù)據(jù)導(dǎo)出并處理、分析得到以下數(shù)據(jù)：整個(gè)出鋼-出渣工程用時(shí)約16分鐘，其中約2.3分鐘工作在電動(dòng)狀態(tài)，約1.8分鐘工作在發(fā)電狀態(tài)，約12分鐘處于停止?fàn)顟B(tài)，如圖4所示。整個(gè)出鋼-出渣過程電機(jī)發(fā)出的電量為2.03kWh。

圖4 出剛-出渣工程用時(shí)分析圖

2.5 兌鐵水階段轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的電能比較

圖5為轉(zhuǎn)爐0°-兌鐵-0°過程期間，通過逆變器采樣的電機(jī)功率變化波形，采樣時(shí)間240ms。

將圖5數(shù)據(jù)導(dǎo)出并處理并分析得到以下數(shù)據(jù)：整個(gè)兌鐵過程用時(shí)約4分鐘，其中約16%時(shí)間工作在電動(dòng)狀態(tài)，約23%時(shí)間工作在發(fā)電狀態(tài)，約61%時(shí)間處于停止?fàn)顟B(tài)，如圖6所示。整個(gè)兌鐵過程電機(jī)發(fā)出的電量為0.75kWh。

3 結(jié)語

圖5 轉(zhuǎn)爐0°-兌鐵-0°過程期間，通過逆變器采樣的電機(jī)功率變化波形圖

圖6 轉(zhuǎn)爐-兌鐵過程用時(shí)分析圖

綜合考慮上述兩種情況，由此估算出轉(zhuǎn)爐一個(gè)爐次內(nèi)能向電網(wǎng)回饋電能約2.8度，考慮到不同地區(qū)，不同時(shí)段電價(jià)差異不同，取平均電價(jià)0.7元/度來估算電能回收效益。按一座轉(zhuǎn)爐每天產(chǎn)量30爐，一年350個(gè)正常工作日估算一年可節(jié)約電費(fèi)20580元?？紤]到初期投資，10年內(nèi)可以收回升本實(shí)現(xiàn)盈利。另外，上述價(jià)格為面價(jià)，一般廠家可以提供40%的讓利，也需要6年的時(shí)間收回成本。

[1]黃其明.轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)的計(jì)算機(jī)分析及動(dòng)態(tài)模擬[J].重型機(jī)械,2003,3.

[2]劉海宇.220t轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)力矩偏大的原因分析[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化,2009,3.

[3]李葉軍.轉(zhuǎn)爐全懸掛傾動(dòng)裝置設(shè)計(jì)優(yōu)化及傾動(dòng)力矩分析[C].江西理工大學(xué),2010.3.

[4]潘紫微.95 t氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)性能測(cè)試與分析[J].重型機(jī)械;2002,6.