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摘 要：文章主要介绍了120T转炉炼钢二次除尘系统除尘风机使用高压变频调速和液力耦合器调速两种方式，在投资费用、运行维护量、使用寿命、节电效果和社会效益等方面优劣分析比较，最终得出120T转炉炼钢除尘系统采用高压变频调速技术的结论。
关键词：除尘系统；高压变频；液力耦合器；调速；优劣比较；节能
1.前 言
转炉炼钢配套二次除尘系统一套，主要参数如下：除尘风量：132万m3/h；配套高压电机参数：3550KW、10KV。
2.高压变频调速和液力耦合器调速的方式优劣比较
高压交流电机变频调速是当今节约电能，改善生产工艺流程，提高产品质量，以及改善运行环境的一种主要手段。变频调速以其高效率，高功率因数，以及优异的调速和启制动性能等诸多优点而被公认为最有发展前途的调速方式。
2.1.高压变频与液力耦合器前期采购成本比较
采购价格的高低是用户关心的重要指标之一。高压变频器的比较高，液力耦合器价格便宜。
价格是液力耦合器与高压变频器相比的主要优势。但经济指标不仅仅是采购价格，还需要考虑到今后长期运行费用、改造费用、备件替换费用，设备故障影响生产时间等。
2.2.高压变频与液力耦合器中后期维护成本分析
2.2.1.维护成本比较
高压变频器由于可靠性高，故障率低而使其维修量少。根据高压变频器和液力耦实际使用情况比较：变频器一年点检、维修、更换备件工作量非常少，运行前3年可基本实现零部件零更换，使用寿命约10年。
而液力耦在每年需要停机检修的次数至少2次，解体检修1次，每次需要1～2天的时间，维修工作量非常大。日常点检、维护难度比较大，尤其是液力耦振动控制非常复杂，并且液力耦振动直接影响电机和风机的振动，直接影响风机的运行安全性。使用寿命约3年。
2.2.2.故障停机时间影响
高压变频调速系统有过流、过压、欠压、缺相、短路、过载、过热、接地、电动机过载、外部报警、主器件自保护等完备的过保护功能。即使高压变频器发生故障，可立即切出，并切换到工频电源上，使除尘风机能保持连续运行。
液力耦合器由于连接在电机和风机之间，一旦液力耦合器出了故障，风机必定不能运行，不能保证生产的连续性。
除尘设备故障停机引起的生产停滞将对企业造成金钱上的损失，更重要的是由此造成的污染事故和社会负面影响是难以估量的。
2.3.高压变频与液力耦合器电能消耗分析
根据流体力学，风机和泵类负载特性如下：
流量Q与转速n一次方成正比，即Q∝n；
功率P与转速n三次方成正比，即P∝n3。
功率P与流量Q三次方成正比，即P∝Q3。
除尘风机的额定转速Nn为750rpm，假设加变频后不需要除尘风机全速运转的低速N1为370rpm，即为额定转速的370/750=49.3%，根据Q∝n，P∝n3，可推出：
n1=Q1/Qn×nn
P1=（n1/nn）3×Pn =（49.3%）3 Pn =12% Pn
式中nn为额定转速，Qn为额定流量，Q1为实际需流量，P1为变频调节后的实际功率，Pn为额定功率，n1为变频后电机需要的低转速。
变频调节节电率理论值为（Pn-P1）/Pn=88%
由此可见，变频调节的节电效果还是比较显著的。
2.3.2.节能效益计算
以转炉二次除尘实际工况为例，节能效果计算。转炉在一个生产周期里分：炉前兑铁加废钢、氧枪吹炼、其它操作和炉后出钢四个阶段，以一炉钢的冶炼时间为37分钟为例，转炉二次除尘风机对应各个阶段的时间和转速如下：
转炉二次除尘风机P=3550kW，以运行工况为一天24小时中 22小时连续运行计算，则每天有10.69小时运行在90%负荷（频率按45Hz计算），8.34小时运行在50%负荷（频率按25Hz计算）；根据风机、泵类平方转矩负载关系式： P/P0=（n/n0）3
式中：P0额定转速n0时的功率
P为转速n时的功率
全年运行时间按照320天计算，则高压变频调速时每年节电量为高速运行时节电量：
Wb1 =3550×10.69×[1-（45/50）3]×320= 3290980 kW·h
低速运行时节电量：
Wb2 =3550×8.34×[1-（25/50）3] ×320= 8289960 kW·h
所以高压变频器调速总的节电量为：
Wb=Wb1+Wb2 = 3290980 + 8289960 = 11580940 kW·h
若按0.5元/ kW·h进行计算，电机负载按80%计算，评估节电率理论计算为88%。根据系统配置余量和运行参数，评估节电率在25～35%左右。考虑变频器损耗和其它因素，综合节电率大于20%，按节电率20%，则转炉除尘风机采用高压变频调速后每年节约电费：
（11580940×0.8×0.2×0.5）/10000= 92.64 万元。
三年即可节约277.92万元，十年的经济效益可达到900万元以上，具有非常明显的经济效益。
而采用液力耦合器技术，风机电机一直处于工频（50Hz）状态，无节能效果。风机转速越低，其电机负载越小，无功功率越大。
液力耦合器由于是柔性连接，存在着固定的转差率，即液力耦合器的转差率≥3%，所以，负载的转速不可能达到电机的转速，最高只能达到电机转速的97%，因此负载就不能达到额定输出，其压力最高只能达到额定压力的94%，而风量最高只能到额定值的91%左右。 2.4.高压变频与液力耦合器在设备运行过程中的性能比较
2.4.1.高压变频技术提高风机运行效率
高压变频器效率高，无转差损耗，其效率达0.95以上，并且不随调速的范围而变化。液力耦合器效率低，其效率与调速比成正比，负载的转速越低，其效率越低。
液力耦合器属转差损耗型调速，在调速的过程中，转差功率以热能的形式损耗在油中。这不仅消耗了能量，而且使液力耦合器油温升高，为此必须采取妥善的冷却方式，特别是在环境温度较高的场合应用，对冷却的要求更高。即使如此，有时仍会因温度过高，威胁到液力耦合器安全时，不得不停机，以使温度降下来。
2.4.2.高压变频技术减少风机启动冲击
高压变频器具有真正意义上的软起动功能，启动的电流为额定电流的1-2倍，实现了软启动软停车功能，明显降低系统的机械冲击，也消除对电网的冲击，减少了机械磨损，延长了设备的寿命，减少了维修量，降低了维修费用。
液力耦合器属于直接起动类型，电动机的起动电流约为额定电流的4～7倍，对电网造成冲击，特别是在电网容量受限而电机容量较大时，这种直接起动对电网所造成的冲击有时是不允许的。
2.4.3.高压变频器和液力耦合器自保护功能比较
高压变频器有完备的过保护功能。即使高压变频器发生故障，可立即切出，并切换到工频电源上，使除尘风机能保持连续运行。
液力耦合器无自保护功能，由于液力耦合器连接在电机和风机之间，一旦液力耦合器出了故障，风机不能运行，无法保证生产的连续性。只有整体更换后才能继续组织生产。
2.4.4.高压变频技术延长机械设备的使用寿命
调速设备的可靠性是工厂最关心的、最基本的、也是最主要的指标之一。高压变频器的可靠性高，液力耦合器则可靠性较差，这在许多实际应用中得到了证实。
2.5.综合以上成本分析，得出高压变频与液力耦合器成本对照分析表
2.6.采用高压变频技术产生的社会综合效益
采用高压变频技术，一方面可以响应党中央号召，以实际行动落实节约资源，节能降耗，促进能源高效利用，促进人与自然的可持续发展；另一方面，先进高压变频调速技术的采用也可向社会表明：企业对于环境治理的决心。
3.结 论
综上以上采购费用、运行成本、节电效果、设备维护工作量和社会综合效益比较，我们得出结论：从公司的长远利益考虑，炼钢二次除尘系统应采用高压变频技术，淘汰已经落后的液力耦合器调速。
关键词：除尘系统；高压变频；液力耦合器；调速；优劣比较；节能
1.前 言
转炉炼钢配套二次除尘系统一套，主要参数如下：除尘风量：132万m3/h；配套高压电机参数：3550KW、10KV。
2.高压变频调速和液力耦合器调速的方式优劣比较
高压交流电机变频调速是当今节约电能，改善生产工艺流程，提高产品质量，以及改善运行环境的一种主要手段。变频调速以其高效率，高功率因数，以及优异的调速和启制动性能等诸多优点而被公认为最有发展前途的调速方式。
2.1.高压变频与液力耦合器前期采购成本比较
采购价格的高低是用户关心的重要指标之一。高压变频器的比较高，液力耦合器价格便宜。
价格是液力耦合器与高压变频器相比的主要优势。但经济指标不仅仅是采购价格，还需要考虑到今后长期运行费用、改造费用、备件替换费用，设备故障影响生产时间等。
2.2.高压变频与液力耦合器中后期维护成本分析
2.2.1.维护成本比较
高压变频器由于可靠性高，故障率低而使其维修量少。根据高压变频器和液力耦实际使用情况比较：变频器一年点检、维修、更换备件工作量非常少，运行前3年可基本实现零部件零更换，使用寿命约10年。
而液力耦在每年需要停机检修的次数至少2次，解体检修1次，每次需要1～2天的时间，维修工作量非常大。日常点检、维护难度比较大，尤其是液力耦振动控制非常复杂，并且液力耦振动直接影响电机和风机的振动，直接影响风机的运行安全性。使用寿命约3年。
2.2.2.故障停机时间影响
高压变频调速系统有过流、过压、欠压、缺相、短路、过载、过热、接地、电动机过载、外部报警、主器件自保护等完备的过保护功能。即使高压变频器发生故障，可立即切出，并切换到工频电源上，使除尘风机能保持连续运行。
液力耦合器由于连接在电机和风机之间，一旦液力耦合器出了故障，风机必定不能运行，不能保证生产的连续性。
除尘设备故障停机引起的生产停滞将对企业造成金钱上的损失，更重要的是由此造成的污染事故和社会负面影响是难以估量的。
2.3.高压变频与液力耦合器电能消耗分析
根据流体力学，风机和泵类负载特性如下：
流量Q与转速n一次方成正比，即Q∝n；
功率P与转速n三次方成正比，即P∝n3。
功率P与流量Q三次方成正比，即P∝Q3。
除尘风机的额定转速Nn为750rpm，假设加变频后不需要除尘风机全速运转的低速N1为370rpm，即为额定转速的370/750=49.3%，根据Q∝n，P∝n3，可推出：
n1=Q1/Qn×nn
P1=（n1/nn）3×Pn =（49.3%）3 Pn =12% Pn
式中nn为额定转速，Qn为额定流量，Q1为实际需流量，P1为变频调节后的实际功率，Pn为额定功率，n1为变频后电机需要的低转速。
变频调节节电率理论值为（Pn-P1）/Pn=88%
由此可见，变频调节的节电效果还是比较显著的。
2.3.2.节能效益计算
以转炉二次除尘实际工况为例，节能效果计算。转炉在一个生产周期里分：炉前兑铁加废钢、氧枪吹炼、其它操作和炉后出钢四个阶段，以一炉钢的冶炼时间为37分钟为例，转炉二次除尘风机对应各个阶段的时间和转速如下：
转炉二次除尘风机P=3550kW，以运行工况为一天24小时中 22小时连续运行计算，则每天有10.69小时运行在90%负荷（频率按45Hz计算），8.34小时运行在50%负荷（频率按25Hz计算）；根据风机、泵类平方转矩负载关系式： P/P0=（n/n0）3
式中：P0额定转速n0时的功率
P为转速n时的功率
全年运行时间按照320天计算，则高压变频调速时每年节电量为高速运行时节电量：
Wb1 =3550×10.69×[1-（45/50）3]×320= 3290980 kW·h
低速运行时节电量：
Wb2 =3550×8.34×[1-（25/50）3] ×320= 8289960 kW·h
所以高压变频器调速总的节电量为：
Wb=Wb1+Wb2 = 3290980 + 8289960 = 11580940 kW·h
若按0.5元/ kW·h进行计算，电机负载按80%计算，评估节电率理论计算为88%。根据系统配置余量和运行参数，评估节电率在25～35%左右。考虑变频器损耗和其它因素，综合节电率大于20%，按节电率20%，则转炉除尘风机采用高压变频调速后每年节约电费：
（11580940×0.8×0.2×0.5）/10000= 92.64 万元。
三年即可节约277.92万元，十年的经济效益可达到900万元以上，具有非常明显的经济效益。
而采用液力耦合器技术，风机电机一直处于工频（50Hz）状态，无节能效果。风机转速越低，其电机负载越小，无功功率越大。
液力耦合器由于是柔性连接，存在着固定的转差率，即液力耦合器的转差率≥3%，所以，负载的转速不可能达到电机的转速，最高只能达到电机转速的97%，因此负载就不能达到额定输出，其压力最高只能达到额定压力的94%，而风量最高只能到额定值的91%左右。 2.4.高压变频与液力耦合器在设备运行过程中的性能比较
2.4.1.高压变频技术提高风机运行效率
高压变频器效率高，无转差损耗，其效率达0.95以上，并且不随调速的范围而变化。液力耦合器效率低，其效率与调速比成正比，负载的转速越低，其效率越低。
液力耦合器属转差损耗型调速，在调速的过程中，转差功率以热能的形式损耗在油中。这不仅消耗了能量，而且使液力耦合器油温升高，为此必须采取妥善的冷却方式，特别是在环境温度较高的场合应用，对冷却的要求更高。即使如此，有时仍会因温度过高，威胁到液力耦合器安全时，不得不停机，以使温度降下来。
2.4.2.高压变频技术减少风机启动冲击
高压变频器具有真正意义上的软起动功能，启动的电流为额定电流的1-2倍，实现了软启动软停车功能，明显降低系统的机械冲击，也消除对电网的冲击，减少了机械磨损，延长了设备的寿命，减少了维修量，降低了维修费用。
液力耦合器属于直接起动类型，电动机的起动电流约为额定电流的4～7倍，对电网造成冲击，特别是在电网容量受限而电机容量较大时，这种直接起动对电网所造成的冲击有时是不允许的。
2.4.3.高压变频器和液力耦合器自保护功能比较
高压变频器有完备的过保护功能。即使高压变频器发生故障，可立即切出，并切换到工频电源上，使除尘风机能保持连续运行。
液力耦合器无自保护功能，由于液力耦合器连接在电机和风机之间，一旦液力耦合器出了故障，风机不能运行，无法保证生产的连续性。只有整体更换后才能继续组织生产。
2.4.4.高压变频技术延长机械设备的使用寿命
调速设备的可靠性是工厂最关心的、最基本的、也是最主要的指标之一。高压变频器的可靠性高，液力耦合器则可靠性较差，这在许多实际应用中得到了证实。
2.5.综合以上成本分析，得出高压变频与液力耦合器成本对照分析表
2.6.采用高压变频技术产生的社会综合效益
采用高压变频技术，一方面可以响应党中央号召，以实际行动落实节约资源，节能降耗，促进能源高效利用，促进人与自然的可持续发展；另一方面，先进高压变频调速技术的采用也可向社会表明：企业对于环境治理的决心。
3.结 论
综上以上采购费用、运行成本、节电效果、设备维护工作量和社会综合效益比较，我们得出结论：从公司的长远利益考虑，炼钢二次除尘系统应采用高压变频技术，淘汰已经落后的液力耦合器调速。