高壓變頻調(diào)速在焙燒煙氣凈化系統(tǒng)中的應(yīng)用

0 引言

引風(fēng)機(jī)是焙燒煙氣凈化系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)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一、二焙燒車間煙氣凈化系統(tǒng)共安裝引風(fēng)機(jī)7 臺，每臺功率為260 kW。多年的生產(chǎn)過程中，由于負(fù)荷不穩(wěn)定，風(fēng)機(jī)起停頻繁;多數(shù)情況下系統(tǒng)電機(jī)處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，致使生產(chǎn)成本高，經(jīng)濟(jì)效益不好，特別是低負(fù)荷狀態(tài)下，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。為此，公司采用高壓變頻調(diào)速裝置，對焙燒煙氣凈化系統(tǒng)中的引風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造，更換低壓電機(jī)為高壓電機(jī)，取得了良好的節(jié)能效果，提高了該系統(tǒng)的裝備水平。

1 工藝現(xiàn)狀

在焙燒煙氣凈化風(fēng)量的調(diào)節(jié)過程中，要求在不同的負(fù)荷條件下，保持風(fēng)壓恒定，為此，需要通過調(diào)節(jié)風(fēng)門開度來實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的空氣量、空氣壓力調(diào)節(jié)由電動執(zhí)行器調(diào)節(jié)風(fēng)門開度，這一方式具有如下缺點(diǎn)：

1)負(fù)荷較大時，須將風(fēng)門開大，以提高單位時間內(nèi)排氣量;負(fù)荷較小時，須將風(fēng)門開小。在這兩種情況下，引風(fēng)機(jī)一直保持額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，在負(fù)荷較小時，引風(fēng)機(jī)生產(chǎn)的巨大風(fēng)量，都被風(fēng)門遮擋，僅有一小部分進(jìn)入風(fēng)道，從而增加了壓差損耗，浪費(fèi)了電能，增加了生產(chǎn)成本。

2)引風(fēng)機(jī)功率大，在工頻供電情況下，還需要龐大的降壓起動設(shè)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啟動裝置，致使主電路電氣設(shè)備增多;在頻繁起停的情況下，設(shè)備故障率增高，檢修工人勞動強(qiáng)度增大，備件費(fèi)居高不下，不僅造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且嚴(yán)重影響焙燒車間的工作環(huán)境。

3)在起、停頻繁情況下，產(chǎn)生的起動浪涌電流，將會對電網(wǎng)和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)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(jī)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

4)風(fēng)門調(diào)節(jié)需要電動執(zhí)行器、伺服放大器、操作器等復(fù)雜的操作機(jī)構(gòu)，附屬設(shè)備多，增加了設(shè)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(dǎo)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(xiàn)在使用的變頻器主要采用交-直-交的工作方式，工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，再把直流電源轉(zhuǎn)移成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機(jī)。變頻器的電路一般由整流器、逆變和控制3個部分組成，如圖1 所示。

目前，10 kV 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)成熟，其基本原理均為“交-直-交”變頻方式，通過改變電機(jī)定子的電壓頻率改變電機(jī)的轉(zhuǎn)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(shù)量少，變頻器占地空間小等優(yōu)點(diǎn)。公司通過充分調(diào)研國內(nèi)外各種10 kV變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用情況，對各種變頻調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(diào)速系統(tǒng)，應(yīng)用于焙燒煙氣凈化系統(tǒng)中的引風(fēng)機(jī)組上。該變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)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(shù)20%，額定負(fù)載時0.95;

變頻系統(tǒng)效率97%;

過載保護(hù)120%1 min，150%3 s，200%

立即保護(hù);

加減速時間0.1~3 000 s可調(diào);

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(shè)定;

外部通訊接口RS485;

冷卻方式風(fēng)冷。

3 應(yīng)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(tǒng)具有極高的安全性，同時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(yùn)行至今，取得了以下顯著效果：

1)節(jié)能效果明顯。在變頻改造前，由于負(fù)壓不夠，兩個系統(tǒng)必須同時運(yùn)行，每月用電量約66 萬kW·h 時;高壓變頻改造后，焙燒車間在生產(chǎn)相同產(chǎn)能的情況下，只運(yùn)行一個系統(tǒng)，每月用電量約38 萬kW·h 時，綜合節(jié)電率為42.42%。若電價按0.5元/kW·h計(jì)，年生產(chǎn)節(jié)電效益約168萬元。另外，改造前故障率高，每年消耗備件費(fèi)用大約在20 萬元以上，而現(xiàn)在基本上是免維護(hù)，僅此兩項(xiàng)年節(jié)約188萬元以上。

2)由于變頻器起動是軟起動，因而減少了起動過程對電網(wǎng)和風(fēng)機(jī)的沖擊，延長了系統(tǒng)的保養(yǎng)維護(hù)周期。由表1變頻前后各項(xiàng)數(shù)據(jù)對比可知，與原來相比變頻后在較低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，風(fēng)機(jī)軸承的磨損程度減小，軸承溫度降低，振動減小，這將延長風(fēng)機(jī)軸承、機(jī)械密封等易損件的壽命。同時，運(yùn)行時噪音降低，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強(qiáng)度。因此，除取得顯著直接經(jīng)濟(jì)效益外，還具有較好的間接經(jīng)濟(jì)效益。

3)優(yōu)化了生產(chǎn)組織。焙燒一期或二期滿負(fù)荷生產(chǎn)時，對應(yīng)的凈化期或二期主排風(fēng)機(jī)容量偏小，負(fù)壓不夠，只好兩個系統(tǒng)同時生產(chǎn);高壓變頻改造后，風(fēng)機(jī)容量增加，負(fù)壓滿足生產(chǎn)要求，焙燒車間在生產(chǎn)產(chǎn)能相同的情況下，只運(yùn)行一個系統(tǒng)，就能滿足生產(chǎn)任務(wù)。這樣，不但提高了設(shè)備利用率和生產(chǎn)工人的勞動效率，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(hù)量也大為降低。

4 結(jié)語

實(shí)踐證明，對焙燒煙氣凈化系統(tǒng)中的引風(fēng)機(jī)裝置采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)凈化系統(tǒng)節(jié)能的有效技術(shù)途徑。