1 引言
目前，我国仍是高能耗、高污染、低能效的粗放型经济发展方式。2009年中国消耗了世界钢铁、水泥总产量的50%左右，能源总产量的18%，但国内生产总值仅为世界总量的8.7%，高能耗比已成为制约我国经济发展的瓶颈，为达到可持续发展，必须坚持科学发展观，大力发展高技术产品，其中利用变频调速技术节电已广泛应用在各行各业，并被许多用户认可。
钢铁工业是节能减排潜力最大的行业，在节能减排工作中占有举足轻重的地位。加强节能减排和结构调整，是转变钢铁工业发展方式、提高产业发展质量和效益、实现可持续发展的重大举措，是走低消耗、低排放、高效益、高产出的新型工业化道路的必然要求。
我国电机整体运行状况同国外相比差距很大，系统运行效率30~40%，比国外先进水平低20~30%。在钢铁行业大量的设备中，在电机选型设计工作中，大部分电机功率选型均有适当的裕量，另外在生产过程中的设备许多时间都是负荷不满或运行有峰谷时间，如果仍采用交流电动机恒速传动的方案运行，例如风机最主要的调节手段靠调节风门、挡板开度的大小来调整控制对象，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，不能随工矿的变化进行相应的调节；泵类设备采用调整阀、回流阀、截止阀等各种阀门进行流量、压力、水位等信号的控制，造成大量的能源浪费。
表1 化产循环水泵基本参数
2 变频调速技术的作用和节能原理
变频调速运行是根据负载转速的变化要求，通过改变电动机输入电源频率达到改变电机转速的目的，以获得合理的电机运行工况。在不同的转速情况下，均保持较高的运行效率，不仅降低了电能消耗，同时能改善设备启动性能，延长其工作寿命，还提高电动机和负载设备的工作精确度，实践证明，变频技术用于风机、泵类设备驱动控制场合，取得了显著的节电效果，普遍节电达到30%~50%。
根据流体力学的基本定律可知：风机(或水泵)类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量q、压力(扬程)h以及轴功率p具有如下关系：
q1/q2=n1/n2 (1)
h1/h2=(n1/n2)2 (2)
p1/p2=( n1/n2)3 (3)
q1、h1、p1——风机(或水泵)在n1转速时的流量、压力(或扬程)、轴功率；
q2、h2 、p2——风机(或水泵)在n2转速时的相似工矿条件下的流量、压力(或扬程)、轴功率。
因此理论上采用转速控制，当风量、流量减小时，所需功率近似按流量的3次方大幅度下降。
表2 焦化厂化产循环水泵高压变频基本情况
表3 南循环风机基本参数
3 钢铁厂应用高压变频调速技术实例
山东泰山钢铁集团有限公司大力推进内部节能减排。淘汰落后、加强技术改造。大力推广循环经济和节能减排新技术新工艺，提高“三废”的综合治理和利用水平。在公司2010年节能减排技术改造中，对焦化厂、球团厂、不锈钢厂的风机、水泵设备进行变频改造，改造取得了成功。
3.1焦化厂化产循环水泵高压变频改造
化产循环水泵原工频工作情况：
化产区循环水泵用于厂区设备制冷，主要是用于化产区工作设备的冷却循环水循环。配备3台相同的型号水泵，夏季开2备1台，冬季开1台备2台。
工作流程：循环水泵的水流经发热的设备，设备被冷却后加热的循环水，进入热水池，回到冷却水塔，把热水冷却以后，再重新注入到设备里，加热后的热水再重新回到冷却塔。依次循环。而且这里的供水要求恒定，即恒压供水调节。原工频系统采用水泵打回流控制循环水量，当生产过程中需要水量小时，回流开度加大，造成能源浪费。化产循环水泵基本参数如表1所示, 焦化厂化产循环水泵高压变频基本情况如表2所示。
化产区循环水泵采用国产山东新风光公司560kw/10kv的高压变频器做变流量调节。在负荷变频调节时，电流可从32a降到19～20a，节电率为31%左右，这台变频器每天可节约3500 kw·h，按照电价0.36/kw·h元计算，一年按300天计每年可节约37多万元电费。
3.2 泰威冶金厂南、北循环风机高压变频改造
南北循环风机工艺情况：
南北循环风机的功能主要是把窑尾的热空气抽走去前级缓慢加热呈球状的物料，加热完物料以后的冷风再回到回转窑加热，再回去加热物料，依次循环。
循环风机的热风近链管机的干燥段加热物料。物料缓慢加热，把里面的水分慢慢蒸发掉，不然的话，含水物料突然进入回转窑容易炸裂，影响产品质量。循环风机在抽热风的同时，把热风中的粉尘也携带走，依靠粉尘的自重沉淀下来，达到一定的除尘效果。南、北循环风机参数相同，表3是南循环风机基本参数, 表4是泰威冶金厂南、北循环风机高压变频基本情况。
表4 泰威冶金厂南、北循环风机高压变频基本情况
原系统生产工艺：风机转速由液力耦合器调整，原来风机转速1040r/min，工频电流大约在18a左右，现在投用变频以后，将液力耦合器拆除，电机向前水平挪移。变频器工作在36hz左右，变频输入电流在8.2a左右，即可满足生产要求，节电率在50%左右。这台变频器每天可节约3700 kw·h，按照电价0.36/kw·h元计算，一年按300天计每年可节约39多万元电费。
表5 连铸机结晶器水泵基本参数
3.3不锈钢公司连铸机结晶器水泵高压变频改造
结晶器水泵工艺流程：
结晶器水泵供出的水，首先进入过滤器，经过滤器过滤以后，进入结晶器，去冷却结晶器。结晶器在工作过程中会产生热量，流经结晶器的冷却水带走结晶器生产的热量，后经板式换热器降温后，重新进入结晶器泵，进入新一轮循环。由于气候以及昼夜温差的影响，用户的水使用量变化较大，而受无法调速的制约，水泵运行方式调整范围相对较小。比如在季节交替时，为保证供应压力平稳，水泵采取泄压，造成无谓的浪费。在保证供应 压力的同时减少水泵浪费、节约电耗即改造的要求。连铸机结晶器水泵基本参数如下表5所示, 不锈钢公司连铸机结晶器水泵高压变频基本情况如表6所示。
表6 不锈钢公司连铸机结晶器水泵高压变频基本情况
原系统工频工作状态下，工频电流：20a左右；工频耗电量：290～300kw·h；工作水压：1.46mpa；流量：420m3/h。
变频改造后，变频器运行参数：
给定频率：45hz，输入电流：14.5a，输入电压：10300v，运行频率：45hz，输出电流：20.6a，输出电压：9270v。水泵压力达到1.2 mpa；流量380m3/h。即可满足生产需要。节电率19%左右。每天可节约用电1300kw·h，按照电价0.36元/kw·h计算，一年按300天计每年可节约14多万元电费。
3.4不锈钢公司切割修磨风机高压变频改造
不锈钢公司切割修磨风机的基本参数如表7所示，其改造用的高压变频器参数如表8所示。
表7 切割修磨风机基本参数
表8不锈钢公司切割修磨风机高压变频基本参数
原系统风机配备余量比较大，挡板开度60%左右，工频电流：26a，工频耗电量：384 kw·h，变频投用32hz左右，即可满足生产需求。输入电流：15a左右，节电率大约35%。每天可节约用电3200 kw·h，按照电价0.36元/kw·h计算，一年按260天计每年可节约29多万元电费。
4 结束语
经过国内变频器厂家的不断努力，国内变频器产品水平已达到国际同类产品先进技术水平，国内变频器产品以其性能良好，良好的本地化服务，性价比高，广泛应用于各行各业，并且节能效果显著，能短期内为用户收回投资。随着国家目前对节能减排工作力度空前加大，变频调速技术发展前景十分广阔，已迎来历史黄金发展时期。建议在新建项目、技术改造项目中全面推广应用变频技术，淘汰挡板、阀门等落后低效调节方式；使我们最大限度地减少能源消耗和污染物排放，提高能源利用率，为我国节能减排做出贡献。
作者简介
胡令芝 男，技术支持工程师，供职于山东新风光电子科技发展有限公司。
参考文献
[1] 山东新风光电子使用手册[z]. 山东新风光电子科技发展有限公司.
[2] 山东新风光电子jd-bp38高压变频调速系统泰钢调试大纲.
[3] 山东新风光电子jd-bp38高压变频调速系统泰钢验收报告.
作 者：山东新风光电子科技发展有限公司， 胡令芝
