高壓變頻器在氧化鋁焙燒爐除塵風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用.doc

高壓變頻器在氧化鋁焙燒爐除塵風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用摘要：本文介紹了高壓變頻器在廣西信發(fā)鋁電有限公司氧化鋁2#、4#焙燒爐除塵風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用情況，并對(duì)改造進(jìn)行了節(jié)能計(jì)算。結(jié)果表明，采用高壓變頻器對(duì)氧化鋁焙燒爐除塵風(fēng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行調(diào)速節(jié)能改造，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。關(guān)鍵詞：高壓變頻器 焙燒爐 除塵風(fēng)機(jī) 節(jié)能1前言廣西信發(fā)鋁電有限公司一期工程建有4條40萬噸的氧化鋁生產(chǎn)線，當(dāng)焙燒爐進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，高溫的AL(OH)3會(huì)同空氣發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量的煙氣。一方面對(duì)現(xiàn)場操作的工人不利，另一方面也對(duì)環(huán)境造成了巨大的污染。根據(jù)國家環(huán)保法需對(duì)煙氣進(jìn)行處理，每條生產(chǎn)線都配有一套煙氣凈化除塵系統(tǒng)。焙燒爐根據(jù)氧化鋁產(chǎn)量的大小，煙氣凈化風(fēng)量隨時(shí)變化，因此該除塵風(fēng)機(jī)需要多種速度來適應(yīng)，以達(dá)到最佳除塵效果。在以前的運(yùn)行過程中，液力耦合器不能適應(yīng)頻繁的調(diào)速，需要風(fēng)量大小靠風(fēng)門調(diào)節(jié)，大量能量消耗在風(fēng)門上。1#4#焙燒爐除塵電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)之間都配有液力耦合器調(diào)速，液力耦合器每年花費(fèi)潤滑油5萬元，每年需維護(hù)費(fèi)用近10萬元，且其運(yùn)行效率低，故障率較高，一旦發(fā)生故障時(shí)，需停產(chǎn)進(jìn)行維護(hù)。為了提高焙燒爐除塵風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率，保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，很有必要對(duì)除塵風(fēng)機(jī)調(diào)速控制進(jìn)行改進(jìn)。 近幾年隨著國內(nèi)高壓變頻技術(shù)的進(jìn)步，變頻器的性價(jià)比和穩(wěn)定性有很大幅度的提升，經(jīng)過考察，我廠最終選擇了山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38系列高壓變頻器2套（1120kW/10kW）對(duì)2#、4#焙燒爐除塵ID風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。整體項(xiàng)目為交鑰匙工程，于2011年6月份安裝調(diào)試完畢投入運(yùn)行，至今已穩(wěn)定運(yùn)行，給我廠帶來了巨大的效益。2 焙燒爐除塵工藝及設(shè)備參數(shù)介紹2.1 除塵工藝流程氧化鋁焙燒爐將燃燒完AL(OH)3以后，絕大部分AL2O3下沉到氧化鋁冷卻倉，但是燃燒后的煙氣中含有部分有用的AL2O3、其他煙氣和粉塵，這部分煙氣經(jīng)除塵ID風(fēng)機(jī)引導(dǎo)進(jìn)入電收塵中，電收塵將有用的AL2O3吸附住，經(jīng)處理后的煙氣隨之排到大氣中。生產(chǎn)量大時(shí)，除塵ID風(fēng)機(jī)抽風(fēng)量大，除塵風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速高。生產(chǎn)量小時(shí)，用氣量小，除塵風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速低。未用變頻前風(fēng)量大小靠液力耦合器和風(fēng)門配合調(diào)節(jié)。除塵ID風(fēng)機(jī)生產(chǎn)流程示意圖如圖1所示。圖1 除塵ID風(fēng)機(jī)生產(chǎn)流程示意圖2.2除塵風(fēng)機(jī)設(shè)備參數(shù) 現(xiàn)場2#、4#焙燒爐除塵ID風(fēng)機(jī)型號(hào)相同，以4#焙燒爐除塵ID風(fēng)機(jī)為例介紹其參數(shù)。表1 4#焙燒爐除塵電機(jī)參數(shù)負(fù)載名稱除塵ID風(fēng)機(jī)所帶負(fù)載類型離心通風(fēng)機(jī)型號(hào)YKK560-4額定電壓（V）10000額定電流(A)80額定功率(kW)1120額定頻率（Hz）50功率因數(shù)0.84額定轉(zhuǎn)速(rpm)1470絕緣等級(jí)F生產(chǎn)廠商賽力盟電機(jī)有限責(zé)任公司表2 4#焙燒爐除塵風(fēng)機(jī)參數(shù)型號(hào)6YS-51B額定風(fēng)壓（Pa）12000額定風(fēng)量（m3/h）260000額定轉(zhuǎn)速(rpm)1450額定功率(kW)1120介質(zhì)溫度（）170生產(chǎn)廠商中國濟(jì)南風(fēng)機(jī)廠有限責(zé)任公司表3 液力耦合器型號(hào)Y0CCD750額定轉(zhuǎn)速(rpm)1500功率范圍(kW)5101480重量（kg）1100生產(chǎn)廠商大連液力機(jī)械有限公司2.3工藝要求焙燒爐現(xiàn)場生產(chǎn)要求根據(jù)下料量大小情況除塵風(fēng)機(jī)給出相應(yīng)配合，才能保證除塵效果：（1）下料量每小時(shí)60t69t，電收塵內(nèi)維持風(fēng)壓為-6700Pa-7000Pa。（2）下料量每小時(shí)70t79t，電收塵內(nèi)維持風(fēng)壓為-7000Pa-7400Pa。（3）下料量每小時(shí)80t90t，電收塵內(nèi)維持風(fēng)壓為-7400Pa-7700Pa。（4）下料量每小時(shí)90t以上，電收塵內(nèi)維持風(fēng)壓為-7700Pa-8600Pa。3 風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)2007年9月，風(fēng)光牌JD-BP38系列高壓變頻器榮獲“中國名牌”稱號(hào)，山東新風(fēng)光是國家高新技術(shù)企業(yè)，生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標(biāo)遠(yuǎn)小于IEE519-1992的諧波國家標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補(bǔ)償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機(jī)。3.1JD-BP38-1120F高壓變頻器技術(shù)指標(biāo)JD-BP38-1120F高壓變頻器技術(shù)指標(biāo)如表4所示。 表4 JD-BP38-1120F 高壓變頻器主要技術(shù)指標(biāo)變頻器容量（kW）1120模擬量輸入05V/420mA，任意設(shè)定適配電機(jī)功率（kW）1120模擬量輸出兩路05V/420mA可選額定輸出電流（A）81加減速時(shí)間132000s輸入頻率（Hz）4555開關(guān)量輸入輸出可按用戶要求擴(kuò)展額定輸入電壓（V）10000V（20%+15%）運(yùn)行環(huán)境溫度040輸入功率因數(shù)0.95（20%負(fù)載）貯存/運(yùn)輸溫度-2070變頻器效率額定負(fù)載下0.98冷卻方式強(qiáng)迫風(fēng)冷輸出頻率范圍（Hz）0120環(huán)境濕度90%，無凝結(jié)輸出變頻分辨率（Hz）0.01安裝海拔高度1000m，高海拔降額使用過載能力105%連續(xù)，150%允許1min。防護(hù)等級(jí)IP203.2 JD-BP38-1120F高壓變頻器技術(shù)性能具體來說，風(fēng)光高壓變頻器除具有一般普通高壓變頻器的性能外，還具有以下突出特點(diǎn)： (1)采用高速DSP作為中央處理器，運(yùn)算速度更快，控制更精準(zhǔn)。(2)飛車啟動(dòng)功能。能夠識(shí)別電機(jī)的速度并在電機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動(dòng)。(3)完整的工頻/變頻自動(dòng)互切技術(shù)?，F(xiàn)在的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般設(shè)置工頻旁路切換柜，變頻器發(fā)生故障時(shí)能使高壓電機(jī)轉(zhuǎn)至工頻運(yùn)行，旁路切換有手動(dòng)旁路和自動(dòng)旁路切換兩種型式，手動(dòng)旁路需人工操作，適應(yīng)于無備用裝置或不重要的運(yùn)行工況，自動(dòng)旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動(dòng)轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行。新風(fēng)光公司提供的自動(dòng)旁路切換柜，不僅可實(shí)現(xiàn)變頻故障情況下自動(dòng)由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行狀態(tài)，還可實(shí)現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻運(yùn)行的功能，整個(gè)轉(zhuǎn)換過程不會(huì)對(duì)用戶設(shè)備的運(yùn)行造成任何影響。(4)旋轉(zhuǎn)中再啟動(dòng)功能。運(yùn)行過程中高壓瞬時(shí)掉電3s內(nèi)恢復(fù)，高壓變頻器不停機(jī)，高壓恢復(fù)后變頻自動(dòng)運(yùn)行到掉電前的頻率。(5)線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)（星點(diǎn)漂移技術(shù)）。變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)通過調(diào)整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出。(6)單元直流電壓檢測：實(shí)時(shí)顯示檢測系統(tǒng)的直流電壓，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的優(yōu)化控制，降低諧波含量，保證輸出電壓的精度，提升系統(tǒng)控制性能，并可使保證運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)現(xiàn)對(duì)功率單元運(yùn)行狀況的全面把握。(7)單元內(nèi)電解電容因采取了公司專利技術(shù)，可以將其使用壽命提高1倍。(8) 具備突發(fā)相間短路保護(hù)功能。如果由于設(shè)備原因及其他原因造成輸出短路，此時(shí)如果變頻器不具備相間短路保護(hù)功能，將會(huì)導(dǎo)致重大事故。變頻器在發(fā)生類似問題時(shí)能夠立即封鎖變頻器輸出，保護(hù)設(shè)備不受損害，避免事故的發(fā)生。(9) 限流功能：當(dāng)變頻器輸出電流超過設(shè)定值，變頻器將自動(dòng)限制電流輸出，避免變頻器在加減速過程中或因負(fù)載突然變化而引起的過流保護(hù)，最大限度減少停機(jī)次數(shù)。(10) 故障自復(fù)位功能：當(dāng)變頻器由于負(fù)載突變?cè)斐蓡卧蚴钦麢C(jī)過電流保護(hù)時(shí)，可自動(dòng)復(fù)位，繼續(xù)運(yùn)行。4改造系統(tǒng)方案介紹由于目前設(shè)備使用液力耦合器，考慮到風(fēng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，因此拆除液力耦合器，將電機(jī)向前移位采用直接連接方式，重新制作鋼底座作為電機(jī)基礎(chǔ)。高壓變頻器設(shè)備安裝在風(fēng)機(jī)值班室內(nèi)，原高壓柜至電機(jī)的高壓電纜用做改造時(shí)高壓柜至變頻器進(jìn)線電纜，變頻器至電機(jī)高壓電纜重新敷設(shè)，同時(shí)敷設(shè)現(xiàn)場PLC柜至變頻器控制柜的控制電纜用于變頻器的遠(yuǎn)程控制，采集現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)調(diào)節(jié)及信號(hào)反饋。此外還需敷設(shè)一根高壓柜至變頻器的控制電纜，用于高壓柜合閘允許和高壓柜緊急分閘控制。由于高壓變頻器對(duì)環(huán)境溫度要求比較高，為了防止因溫高而引起變頻器的保護(hù)停機(jī)，我廠采用以下措施來防止室溫過高：2#焙燒爐除塵ID風(fēng)機(jī)高壓變頻器采用2臺(tái)10匹空調(diào)用于制冷降溫，4#焙燒爐除塵ID風(fēng)機(jī)高壓變頻器采用4臺(tái)5匹空調(diào)用于制冷降溫。2#、4#除塵ID風(fēng)機(jī)改造系統(tǒng)采用一拖一自動(dòng)旁路轉(zhuǎn)工頻控制，系統(tǒng)由一次回路進(jìn)線柜（旁路柜）、變壓器柜、變頻單元柜和操作控制柜組成。旁路柜在變頻器維護(hù)過程中或變頻器出現(xiàn)故障，而不能排除故障時(shí)，將電機(jī)自動(dòng)投入到工頻運(yùn)行，確保生產(chǎn)不受影響。變頻運(yùn)行時(shí)，變頻器為電機(jī)提供全面的保護(hù)。自動(dòng)旁路柜接線如圖2所示：圖2 自動(dòng)旁路柜圖2旁路柜在變頻器進(jìn)、出線端增加了兩個(gè)隔離刀閘，以便在變頻器退出后而電機(jī)運(yùn)行于旁路時(shí)，能安全地進(jìn)行變頻器的故障處理或維護(hù)工作。旁路柜主要配置：三個(gè)真空接觸器（KM1、KM2、KM3）和兩個(gè)刀閘隔離開關(guān)K1、K2。KM2與KM3實(shí)現(xiàn)電氣互鎖，當(dāng)KM1、KM2閉合，KM3斷開時(shí)，電機(jī)變頻運(yùn)行；當(dāng)KM1、KM2斷開，KM3閉合時(shí)，電機(jī)工頻運(yùn)行。另外，KM1閉合時(shí)，K1操作手柄被鎖死，不能操作；KM2閉合時(shí)，K2操作手柄被鎖死，不能操作。電機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)，若需對(duì)變頻器進(jìn)行故障處理或維護(hù)，切記在KM1、KM2分閘狀態(tài)下，將隔離刀閘K1和K2斷開。l 合閘閉鎖：將變頻器“合閘允許”信號(hào)串聯(lián)于KM1、KM2合閘回路。在變頻器故障或不就緒時(shí)，真空接觸器KM1、KM2合閘不允許；在KM1、KM2合閘狀態(tài)下，若變頻器出現(xiàn)故障，則“合閘允許”斷開，KM1、KM2跳閘，分?jǐn)嘧冾l器輸入電源。l 旁路投入：將變頻器“旁路投入”信號(hào)并聯(lián)于KM3合閘回路。變頻運(yùn)行狀態(tài)下，若變頻器出現(xiàn)故障且自動(dòng)投入允許，或者需要將電機(jī)從變頻投入到工頻狀態(tài)運(yùn)行（按下“工頻投切”按鈕），系統(tǒng)將首先分?jǐn)嘧冾l器高壓輸入、輸出開關(guān)、真空接觸器KM1和KM2，經(jīng)過一定延時(shí)后，“旁路投入”閉合，即工頻旁路開關(guān)KM3合閘，電機(jī)投入電網(wǎng)工頻運(yùn)行。l 保護(hù)：保持原有對(duì)電機(jī)的保護(hù)及其整定值不變。5 焙燒爐變頻節(jié)能情況5.1變頻節(jié)能分析2#、4#焙燒爐除塵ID風(fēng)機(jī)高壓變頻器一次正式投入運(yùn)行，至今運(yùn)行正常。變頻運(yùn)行后，風(fēng)門全部打開，根據(jù)氧化鋁生產(chǎn)下料量的大小，隨時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量大小，滿足生產(chǎn)電收塵的負(fù)壓要求，而且現(xiàn)場人員操作非常方便。2011年6月廠節(jié)能服務(wù)中心隨機(jī)對(duì)2#焙燒爐不同下料量的情況下，對(duì)除塵ID風(fēng)機(jī)高壓變頻器進(jìn)行了測試，記錄數(shù)據(jù)如表5所示。表5 2#焙燒爐除塵ID風(fēng)機(jī)高壓變頻器運(yùn)行數(shù)據(jù)下料量63t/h運(yùn)行頻率41Hz輸出電流50A輸出電壓8.9kV電收塵風(fēng)壓-6900Pa給定頻率41Hz輸入電流39A輸入電壓10.5kV下料量82t/h運(yùn)行頻率44.8Hz輸出電流55A輸出電壓9.2kV電收塵風(fēng)壓-7500Pa給定頻率44.8Hz輸入電流48A輸入電壓10.4kV下料量90t/h運(yùn)行頻率45.13Hz輸出電流59A輸出電壓9.6kV電收塵風(fēng)壓-7800Pa給定頻率45.13Hz輸入電流51A輸入電壓10.5kV 通過以上變頻運(yùn)行數(shù)據(jù)，與原氧化鋁下料量基本相同的工頻運(yùn)行數(shù)據(jù)相比，電機(jī)電流、消耗功率大大減小，節(jié)能效果是非常明顯的。為了進(jìn)一步測試節(jié)能效果，分別統(tǒng)計(jì)2#、4#焙燒爐在不同下料量的情況下，除塵ID風(fēng)機(jī)的耗電量，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表6、表7、表8所示。表6 2#下料量67.8t/h、4#下料量72.2t/h統(tǒng)計(jì)時(shí)間24h機(jī)臺(tái)起碼止碼下料量（t）用電量（kWh）產(chǎn)量（t）單耗（kWh/t）噸節(jié)電（kWh/t）2#5964.385969.681627159001016.87515.636146.5895414#3721.13726.271732155101082.0314.3347.8912#下料量67.8t/h，耗電662.5 kWh /h；4#下料量72.2t/h，耗電646.25 kWh /h。表7 2#下料量77t/h、4#下料量76.7t/h統(tǒng)計(jì)時(shí)間14h機(jī)臺(tái)起碼止碼下料量（t）用電量（kWh）產(chǎn)量（t）單耗（kWh/t）噸節(jié)電（kWh/t）2#5969.685973.2418481068011559.2467531.3330514#3730.623734.171842106501151.259.25081.3292#下料量77t/h，耗電762.86 kWh /h；4#下料量76.7t/h，耗電760.71 kWh /h。表8 2#下料量86.875t/h、4#下料量86.5t/h統(tǒng)計(jì)時(shí)間24h機(jī)臺(tái)起碼止碼下料量（t）用電量（kWh）產(chǎn)量（t）單耗（kWh/t）噸節(jié)電（kWh/t）2#6004.076010.652085197401303.12515.14822.8257744#3776.033782.662075198901296.8815.3372.6369742#下料量86.875t/h，耗電822.5 kWh /h；4#下料量86.5t/h，耗電828.75 kWh /h。綜合統(tǒng)計(jì)分析，氧化鋁焙燒爐除塵風(fēng)機(jī)上安裝高壓變頻器后較以前工頻液力耦合器調(diào)速，平均生產(chǎn)1噸氧化鋁除塵系統(tǒng)可節(jié)約電量約為3.77kWh/t，按生產(chǎn)線年產(chǎn)量40萬噸計(jì)算，每臺(tái)高壓變頻器年節(jié)電150.7萬kWh。5.2改造其他效益(1)運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠。原來使用液力耦合