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中频电炉节能减排中的考虑因素

发布时间:2024-03-18  浏览量:276
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注的效率。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,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575V,20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
谐振电容的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以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200到300Hz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吨-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吨-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。