中频电炉节能减排中的考虑因素

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      中频电炉节能减排中的考虑因素

      文字:[大][中][小] 2016-8-25    浏览次数:850    


      一、整流变压器

      确保变压器供应商了解变压器的负载类型,知道中频电源的变压器负载是一个整流型负载,应该维持在变压器铭牌所标主的效率。通常我们通过K系数来衡量变压器的谐波引起的损耗,通常6脉冲的整流变压器的K系数为K-9,而12脉冲的整流变压器的K系数是K-4,通常情况下整流变压器的效率达到99%是完全有可能的,通常情况下我们最低取98.5%

      二、变压器进线

      变压器二次和中频电源的连接线的能量损耗是非常小的,考虑正常的电流密度来考虑母排及电缆,每米的能量损耗为6/V%。这里的V是就是中频电源的进线电压,我们比方说,变压器的一次电压为10KV,二次电压为575V,最好的就是变压器离电源尽可能的近。在任何情况下,最大限度的缩短变压器和电源之间的距离是有利于降低电源侧的能量损耗的。

      比如说:变压器的二次575V20米的距离就有0.2%的损耗。

      三、中频电源

      中频电源的损耗主要取决于逆变器的类型(电压型/电流型,IGBT/SCR)及频率。

      下面是<700Hz时,主要元件损耗的一个比较:  


      SCR

      IGBT


      Series

      Parallel

      Series

      Parallel

      DC Choke

      1.1%

      1.9%

      1.1%

      1.9%

      didt chokes

      0.9%

      0.45%

      0%

      0%

      Devices

      0.8%

      0.58%

      1.6%

      1.2%

      (Rel#)

      (2)

      (1)

      (4)

      (2)

      Total

      2.8%

      2.9%

      2.7%

      3.1%

        通过上面的比较,有些相对比较小的差别,在低频的工作时,IGBT的损耗相对于SCR要高,应为在同样的电流情况下,IGBT的数量要多。但是随着频率的增加,SCR的额定容量下降,通常来说在2KHz以上,IGBT变得更有优势。

      四、谐振电容

      谐振电容损耗通常我们考虑为大约~0.15W/100kVAr。不管是串联谐振还是并联谐振,对于谐振电容来说都是用于补偿线圈滞后的功率因数,所以损耗来说也没有太大的区别。

      然而,在实践中用大容量的电容更有能耗优势,因为大容量的电容的使用,能够减小电容柜的尺寸,减少电容器的数量,当然也好减少连接电容器母排的数量,所以能耗相对于更低。

      五、输出母排

      我们用正常的电流密度来考虑,典型的损耗可以用下面的数据来估算:           

      对于水冷母排来说每米的损耗为0.1%         

      对于风冷母排来书每米的损耗为0.065%

      所以,单从能量损耗的角度来考虑,尽可能减少逆变输出和电炉之间的距离及水冷电缆的长度是尤为重要的。虽然风冷的母排有更高的效率,但是风冷母排运行时也需要更多的母排及更大的冷却空间。翻倍数量的母排并不能够降低一般的损耗。下面很明显的能够说明:

      铜母排在40摄氏度时的电阻率为1.86u-ohm cm(这里假设冷却水温度低于摄氏40度)

      铜母排在85摄氏度时的电阻率为2.16u-ohm cm(这里假设环境温度为35摄氏度)

      用一块水冷母排时,对应的能量损耗为1.86 x 1^2 = 1.86

      用两块风冷母排时,对应的能量损耗为2.16*((1/3)^2 + (2/3)^2) = 1.20因为用两块母排载流量并不是50/50,而是33/67

      六、水冷电缆

      通常情况下:水冷电缆的损耗为: 0.23%/m

      水冷电缆的能量损耗要比输出母排高很多,所以设计时,尽可能的减小水冷电缆的长度尤为重要, 增加水冷电缆的数量对减小能耗也是有帮助的,但是通常情况下,倾炉时过多的水冷电缆是不太实际的。

      七、电炉部分

      电路部分就是能量损耗最大的部分,但是可以通过下列手段能够做到节能:

      --- 使用好的,干净的炉料

      --- 组织好的炉料及造型,提高炉子的使用率

      --- 养成良好的盖炉盖的习惯

      --- 维护好炉衬,避免搭桥,不要在炉衬太薄是继续使用

      7.1 电气损耗

      感应线圈的电气效率主要取决于线圈形状、金属的电阻率和频率,在有效线圈的直径和高度比为1,熔池的内径为线圈内径的0.75-0.8,运行频率在200300Hz时,线圈部分的电气损耗为:

      线圈的电气损耗:约18%

      磁轭及短路环的损耗:约为1.5%

      总的损耗为:19.5%

      以上的计算都是基于线圈铜管的截面积是矩形管,线圈的占空比大于0.8的设计,矩形管的线圈的要圆管的线圈高出3%左右。

      7.2 热损耗

      热损耗主要取决于炉衬材料的导热系数,但是对于铸铁应用案例,通常都是用石英砂炉衬,

      带炉盖,功率密度在500KW每吨的熔化炉,热损耗在10.6% - 2.3%1-25吨)

      带炉盖,功率密度在750KW每吨的熔化炉,热损耗在7.1% - 1.5%

      不带炉盖,功率密度在500KW每吨的熔化炉,热损耗在24.2% - 6.9%1-25吨)

      不带炉盖,功率密度在750KW每吨的熔化炉,热损耗在16.1% - 4.6%

      通过上面的比较,我们能够很明显的看出高功率密度带炉盖的设计能够提高效率,在满路铁水保温或升温时有明显的优势。

      7.3 电气损耗及热损耗的综合考虑

      通过下列表格的对比,我们看出中频熔化电炉的热损耗和电气损耗对总体损耗的影响是非常有趣的。

      下面的曲线表明,有关炉衬的捣筑,当我们增加炉衬的厚度来提高炉衬的寿命的同时减低电炉的效率。当减薄炉衬的厚度来提高电电炉的效率时,导致的后果就是炉衬的寿命缩短。过去的经验告诉我们,当炉衬的厚度被烧损到设计厚度的2/3时就应该更换新的炉衬了,小炉子的炉膛内径和线圈内径的比为0.75-0.83,大炉子在0.8-0.87为电炉运行的最佳效率范围。    

      其它辅助系统的损耗

      在中频感应电炉安装时有几套配套的辅助系统,他们包括下面几个系统

      ---冷却系统

      ---液压系统

      ---除尘系统

      当电炉运行时水冷系统就会一直连续工作,在电炉停止运行后,冷却系统会一直运行好几个小时后直到电炉完全冷却。

      通常冷却系统的形式有所不同(开路冷却系统,闭路冷却系 统,蒸发式冷却塔,干式冷却塔、节水型的)但是闭式冷却塔系统在使用中最为常见。通常有水泵,冷却塔的喷淋泵,冷却塔的风机组成,因为循环水的流量和中频 电炉的功率成正比,水泵的功率也和流量成正比,所以我们可以认为水泵的功率和中频电炉的功率也是一个正比的关系。

      冷却系统的散热能力和电炉的功率也是成比例关系,所以冷却塔运行所需功率也是和电炉的功率成正比关系;下面是水泵功率冷却塔运行功率和电炉功率的一个关系:

      所以在一电一炉的系统中,冷却系统设备的能耗占整个中频电炉熔化系统的1.2%

      下面是一些减少能耗的方法:

      l  确保冷却塔风机控制的温度开关正常工作,并且设定温度值不会过低;

      l  确保外循环补水的水质干净

      l  确保冷却塔喷淋管通畅,冷却塔的盘管干净,维持较高的冷却效率

      l  确保冷却塔的喷淋泵比冷却塔的风机先开后关,避免冷却塔的盘管结垢。    

      液压系统

      液压系统中液压泵的大小和中频电炉的大小有着直接的关系,保证两分钟的倾炉时间,液压泵的大小大约为电炉吨位数的3倍,比如说,10吨的电炉,液压系统中液压泵的功率为30KW

      所以如果一个小时中液压泵的运行时间为10分钟,电炉的功率密度为500KW/吨,液压系统的能耗占整个系统的0.1%,占系统功耗是非常小,但是在不需要使用液压系统时应该及时关闭液压系统。

      电炉的吸尘装置

      由于吸尘装置对于风量的需求,吸尘装置风机的功率取决于电炉吨位的大小及什么类型炉盖的使用,还有熔化什么样的炉料的,(比方说,吸尘罩的风机功率比吸尘环需要大一倍。)通常来说,风机的功率大小和炉子吨位大小的立方根成比例。

      基于吸尘环的计算,吸尘系统能耗是这样一个范围:1吨的炉子吸尘系统的能耗为系统的0.4%。而25吨炉子吸尘系统占整个熔化系统的0.14%。对于一对一的电炉的熔化系统,我们没有太多节能工作可做,但是对于多电炉熔化系统,但炉子不需要吸尘装置时应有相应的切换装置。



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