高壓變頻調速在焙燒煙氣凈化系統中的應用

0 引言

引風(fēng)機是焙燒煙氣凈化系統中的關(guān)鍵設備，其主要作用是將凈化后的煙氣送入高50 m的煙囪排出。中鋁青海分公司炭素廠(chǎng)一、二焙燒車(chē)間煙氣凈化系統共安裝引風(fēng)機7 臺，每臺功率為260 kW。多年的生產(chǎn)過(guò)程中，由于負荷不穩定，風(fēng)機起停頻繁;多數情況下系統電機處于低負荷運行狀態(tài)，致使生產(chǎn)成本高，經(jīng)濟效益不好，特別是低負荷狀態(tài)下，電能浪費嚴重。為此，公司采用高壓變頻調速裝置，對焙燒煙氣凈化系統中的引風(fēng)系統進(jìn)行了技術(shù)改造，更換低壓電機為高壓電機，取得了良好的節能效果，提高了該系統的裝備水平。

1 工藝現狀

在焙燒煙氣凈化風(fēng)量的調節過(guò)程中，要求在不同的負荷條件下，保持風(fēng)壓恒定，為此，需要通過(guò)調節風(fēng)門(mén)開(kāi)度來(lái)實(shí)現。傳統的空氣量、空氣壓力調節由電動(dòng)執行器調節風(fēng)門(mén)開(kāi)度，這一方式具有如下缺點(diǎn)：

1)負荷較大時(shí)，須將風(fēng)門(mén)開(kāi)大，以提高單位時(shí)間內排氣量;負荷較小時(shí)，須將風(fēng)門(mén)開(kāi)小。在這兩種情況下，引風(fēng)機一直保持額定轉速運行，在負荷較小時(shí)，引風(fēng)機生產(chǎn)的巨大風(fēng)量，都被風(fēng)門(mén)遮擋，僅有一小部分進(jìn)入風(fēng)道，從而增加了壓差損耗，浪費了電能，增加了生產(chǎn)成本。

2)引風(fēng)機功率大，在工頻供電情況下，還需要龐大的降壓起動(dòng)設備，為此主電路安裝的接觸器容量大，還要增加電抗器等降壓?jiǎn)?dòng)裝置，致使主電路電氣設備增多;在頻繁起停的情況下，設備故障率增高，檢修工人勞動(dòng)強度增大，備件費居高不下，不僅造成巨大的經(jīng)濟損失，而且嚴重影響焙燒車(chē)間的工作環(huán)境。

3)在起、停頻繁情況下，產(chǎn)生的起動(dòng)浪涌電流，將會(huì )對電網(wǎng)和風(fēng)機系統造成一定的沖擊，直接影響到電網(wǎng)的供電質(zhì)量和風(fēng)機系統的安全運行。

4)風(fēng)門(mén)調節需要電動(dòng)執行器、伺服放大器、操作器等復雜的操作機構，附屬設備多，增加了設備的故障率。

2 高壓變頻器工作原理及選擇

變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為電壓頻率可變的裝置?，F在使用的變頻器主要采用交-直-交的工作方式，工頻交流電源通過(guò)整流器轉換成直流電源，再把直流電源轉移成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機。變頻器的電路一般由整流器、逆變和控制3個(gè)部分組成，如圖1 所示。

目前，10 kV 高壓變頻調速系統技術(shù)已經(jīng)成熟，其基本原理均為“交-直-交”變頻方式，通過(guò)改變電機定子的電壓頻率改變電機的轉速。IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)直接串聯(lián)型變頻器采用3 300 V高壓IGBT 器件，具有電力電子器件數量少，變頻器占地空間小等優(yōu)點(diǎn)。公司通過(guò)充分調研國內外各種10 kV變頻調速系統的應用情況，對各種變頻調速系統的技術(shù)經(jīng)濟性進(jìn)行論證后，最終選用北京利德華福公司生產(chǎn)的HARSVERT-A10/080 型高壓變頻調速系統，應用于焙燒煙氣凈化系統中的引風(fēng)機組上。該變頻調速系統的主要技術(shù)參數為：

額定容量1 000 kV·A;

額定輸出電流108 A;

額定輸出電壓1 0 kV;

輸出頻率范圍0.1 ~50 Hz;

輸入端功率因數20%，額定負載時(shí)0.95;

變頻系統效率97%;

過(guò)載保護120%1 min，150%3 s，200%

立即保護;

加減速時(shí)間0.1~3 000 s可調;

諧波控制輸入電流4%，輸出電壓

4%，輸出電流2%;

模擬量輸入/輸出信號

0~4 V / 4~20 mA任意設定;

外部通訊接口RS485;

冷卻方式風(fēng)冷。

3 應用效果

變頻器控制器與功率單元之間采用光纖通訊技術(shù)，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統具有極高的安全性，同時(shí)具有很好的抗電磁干擾性能。

從2007 年6 月份安裝變頻器使用，運行至今，取得了以下顯著(zhù)效果：

1)節能效果明顯。在變頻改造前，由于負壓不夠，兩個(gè)系統必須同時(shí)運行，每月用電量約66 萬(wàn)kW·h 時(shí);高壓變頻改造后，焙燒車(chē)間在生產(chǎn)相同產(chǎn)能的情況下，只運行一個(gè)系統，每月用電量約38 萬(wàn)kW·h 時(shí)，綜合節電率為42.42%。若電價(jià)按0.5元/kW·h計，年生產(chǎn)節電效益約168萬(wàn)元。另外，改造前故障率高，每年消耗備件費用大約在20 萬(wàn)元以上，而現在基本上是免維護，僅此兩項年節約188萬(wàn)元以上。

2)由于變頻器起動(dòng)是軟起動(dòng)，因而減少了起動(dòng)過(guò)程對電網(wǎng)和風(fēng)機的沖擊，延長(cháng)了系統的保養維護周期。由表1變頻前后各項數據對比可知，與原來(lái)相比變頻后在較低轉速下運行，風(fēng)機軸承的磨損程度減小，軸承溫度降低，振動(dòng)減小，這將延長(cháng)風(fēng)機軸承、機械密封等易損件的壽命。同時(shí)，運行時(shí)噪音降低，泄漏減少，生產(chǎn)環(huán)境大為改善，大大降低了檢修人員的勞動(dòng)強度。因此，除取得顯著(zhù)直接經(jīng)濟效益外，還具有較好的間接經(jīng)濟效益。

3)優(yōu)化了生產(chǎn)組織。焙燒一期或二期滿(mǎn)負荷生產(chǎn)時(shí)，對應的凈化期或二期主排風(fēng)機容量偏小，負壓不夠，只好兩個(gè)系統同時(shí)生產(chǎn);高壓變頻改造后，風(fēng)機容量增加，負壓滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，焙燒車(chē)間在生產(chǎn)產(chǎn)能相同的情況下，只運行一個(gè)系統，就能滿(mǎn)足生產(chǎn)任務(wù)。這樣，不但提高了設備利用率和生產(chǎn)工人的勞動(dòng)效率，而且將檢修工人的檢修工作量降低一半，生產(chǎn)工人的工作維護量也大為降低。

4 結語(yǔ)

實(shí)踐證明，對焙燒煙氣凈化系統中的引風(fēng)機裝置采用高壓變頻調速技術(shù)，是實(shí)現凈化系統節能的有效技術(shù)途徑。