對鍋爐引風(fēng)機進(jìn)行高壓變頻技術(shù)改造的設計

1 概述

中國鋁業(yè)青海分公司第三電解廠(chǎng)工程建設分兩期，現有200 kA預焙陽(yáng)極電解槽268臺,年產(chǎn)重熔用鋁錠15萬(wàn)t。電解生產(chǎn)中電解煙氣的處理采用國內外大型鋁廠(chǎng)普遍采用的干法煙氣凈化法。電解槽電解反應后產(chǎn)生含有大量HF、SO2、CO2等煙氣的粉塵，在離心鍋爐引風(fēng)機(以下簡(jiǎn)稱(chēng)排煙機)的負壓作用下，該煙氣經(jīng)過(guò)袋濾室下的VRI 反應室進(jìn)行吸附反應，利用布袋實(shí)現煙氣的氣固分離，利用引風(fēng)機將煙氣排入大煙囪，完成煙氣凈化的工藝。

目前，我分公司第三電解廠(chǎng)電解生產(chǎn)中電解煙氣的處理系統，分別為東、中、西三套電解煙氣凈化系統，共10臺排煙機，每套系統分別處理80、80、108臺電解槽的煙氣，分別設置于電解車(chē)間過(guò)道的兩側。

其中配用900 kW 異步電動(dòng)機的2 臺(西部?jì)艋到y)，630 kW 異步電動(dòng)機的8 臺(中、東部各4 臺)，均為6.0 kV高壓異步電動(dòng)機。凈化排煙機是電解車(chē)間煙氣凈化系統的關(guān)鍵設備，是煙氣能否有效凈化和氟鹽能否有效回收的保障。

現有排煙機系統在運行過(guò)程中主要存在以下幾方面的問(wèn)題。

1)設計流量余量過(guò)大就西部?jì)艋到y來(lái)說(shuō)，正常運行時(shí)系統需要的理論引風(fēng)量為1 041 004m3/h，實(shí)際設計的引風(fēng)量為1 418 012 m3/h，有377 008 m3/h的風(fēng)量余量，而現有的控制方式則是不論生產(chǎn)的需求大小，風(fēng)機都在額定功率(轉速)下運轉，風(fēng)量調節采用入口多葉式調節閥，從而造成大量電能的浪費。

2)啟動(dòng)電流過(guò)大我公司凈化系統排煙機配用的異步電動(dòng)機均采用繼電保護的直接啟動(dòng)方式，啟動(dòng)電流較大，不僅對電網(wǎng)造成巨大沖擊，而且對電機本體結構和風(fēng)機軸承箱造成一定損壞，同時(shí)使電動(dòng)機電源側開(kāi)關(guān)損壞時(shí)有發(fā)生，有時(shí)甚至導致配電回路跳閘，造成整個(gè)凈化系統失電，停止運行，嚴重影響了生產(chǎn)的正常運行。

3)保護系統簡(jiǎn)單只有過(guò)流保護器對設備進(jìn)行過(guò)流保護，設備運行的安全性和可靠性較低。

4)系統無(wú)法保證恒壓系統運行當中，由于排煙機轉速無(wú)法調整，系統的壓力將無(wú)法調節，相關(guān)參數無(wú)法進(jìn)行有效控制，對凈化系統的凈化效率有很大影響。

2 技術(shù)改造方案設計

2.1 變頻器拖動(dòng)方式的選擇

根據我廠(chǎng)實(shí)際工況，經(jīng)研究、討論確定變頻器拖動(dòng)方式如下：西部?jì)艋到y配用電動(dòng)機900 kW 排煙機，變頻器控制方式采用“一拖一”的控制模式，共需2臺變頻器;東、中部?jì)艋到y配用電動(dòng)機630 kW排煙機，變頻器控制方式采用“一拖二”的控制模式，2 臺排煙機用1 臺變頻器實(shí)現運行的調節和控制，2臺排煙機均可以由變頻運行自由切換至工頻運行，共需4臺變頻器。如果在進(jìn)行排煙機變頻器切換時(shí)，先停后啟，用高壓開(kāi)關(guān)進(jìn)行變頻器轉換，即可實(shí)現在一套系統中的2臺排煙機由1臺變頻器來(lái)控制。

2.2 控制及監控方式設計

東、中、西部排煙機各用一臺PLC 實(shí)現集中控制。風(fēng)機的控制設現場(chǎng)、主控制室兩地控制，原有排煙機的就地啟?？刂评^續保留。東、中、西部煙氣凈化系統控制柜、PLC 安裝在現場(chǎng)。10臺排煙機的控制變頻器及相關(guān)部件就近安裝于單獨的控制室內。工控機(3臺)安裝在煙氣凈化系統主控室，利用組態(tài)軟件和Profibus-DP 通訊網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)監控各風(fēng)機工作狀況，顯示分現場(chǎng)和控制室兩地顯示。監控功能實(shí)現風(fēng)機的出口風(fēng)壓、風(fēng)機和電機軸承溫度及振動(dòng)、電機電流的檢測?？刂葡到y可根據生產(chǎn)工藝實(shí)際需要調節排煙機的運行狀態(tài)，并且控制系統能對排煙機的所有運行參數進(jìn)行遠程監控，當排煙機出現異常時(shí)，能立即停止排煙機的運行，并進(jìn)行報警?？刂葡到y能實(shí)現兩地控制(遠程控制和現場(chǎng)控制)?？刂平缑婵梢赃M(jìn)行變頻器的功能設定、運行和監控參數設定及顯示、實(shí)時(shí)波形顯示、運行記錄打印、故障查詢(xún);通過(guò)控制界面可以對變頻器直接進(jìn)行軟啟動(dòng)、設定運行頻率、停機、急停和復位等操作。變頻器運行方式可設定開(kāi)環(huán)或閉環(huán)運轉方式?？刂葡到y框圖如圖1所示。

2.3 對變頻器的技術(shù)要求

1)高- 高電壓源型變頻器，直接6 kV 輸入，直接6 kV 輸出，無(wú)需任何輸出變壓器或濾波器，適配于普通高壓電動(dòng)機，對電機、電纜絕緣無(wú)損害。

2)功率單元需經(jīng)24 h高溫老化、150%負載試驗，要求可靠性高。

3)中文Windows 操作界面，彩色液晶觸摸屏操作。用戶(hù)操作監控系統界面要友好和完善，系統包括上位機(商用PC機)、下位機(工控機)、單片機。其中單片機給用戶(hù)提供一個(gè)4 位LED 數碼顯示屏和一個(gè)12鍵的小鍵盤(pán)操作平臺，可對變頻器進(jìn)行全部操作，包括參數設置和各種運行指令。工控機用觸摸屏和通用鍵盤(pán)給用戶(hù)提供操作平臺，包括參數設定、功能設定、運行操作、運行數據打印、故障查詢(xún)等。上位機(商用PC 機)放在主控室，可對多臺變頻器進(jìn)行遙測、遙控。

4)可打印輸出運行報表。

3 收益估算

該方案即將實(shí)施，我廠(chǎng)對其進(jìn)行了初步的理論效益估算。

3.1 改造后電機節省的功率

改造后電機節省的功率P按式(1)計算。

3.2 投資回報

西部?jì)艋到y排煙機變頻器改造預計總投資為430 萬(wàn)元，430÷84.9632≈5.06 年，預計5 年后可收回投資。

3.3 其他效益分析

技術(shù)改造實(shí)施后，亦可帶來(lái)下述間接經(jīng)濟效益。

1)改善了工藝，提高了效率?？蓪?shí)現電解煙氣凈化控制系統自動(dòng)化，排煙機可以非常平滑穩定地調整風(fēng)量，運行人員可以自如地調控，排煙機運行參數得到改善，使效率得到提高。

2)延長(cháng)了電動(dòng)機和風(fēng)機的使用壽命。采用變頻器控制后，排煙機可以實(shí)現軟啟動(dòng)和軟制動(dòng)，對排煙機幾乎不產(chǎn)生沖擊，可大大延長(cháng)機械的使用壽命。

3)減少了閥門(mén)機械和風(fēng)機葉輪的磨損。實(shí)現變頻器控制后，閥門(mén)機械不需要進(jìn)行頻繁的調整，風(fēng)機轉速降低，磨損減少。

4)減少了維護費用和檢修工作量。

4 結語(yǔ)

工業(yè)用排煙機功率大，能耗高，現有控制方式簡(jiǎn)單，無(wú)法根據生產(chǎn)變化對排煙機的運行情況進(jìn)行相應的調節，風(fēng)機始終在額定轉速下運轉，風(fēng)量過(guò)剩，能源浪費巨大。而變頻控制異步高壓電機技術(shù)比較成熟，性能穩定，節能效果顯著(zhù)，因此，對工業(yè)排煙機進(jìn)行變頻技術(shù)改造意義重大。