高壓變頻器在煤化工行業(yè)的應用1

1、高壓變頻器在煤化工行業(yè)的應用（1）-旭陽公司焦爐尾氣除塵風機變頻節(jié)能改造 1引言旭陽煤化工集團是全球領先的煤化工產(chǎn)品供應商，集團總部位于北京，核心業(yè)務為 生產(chǎn)、銷售焦炭、焦化產(chǎn)品及深加工煤化工產(chǎn)品。河北旭陽焦化有限公司是旭陽煤 化工集團下屬子公司，年生產(chǎn)能力200萬噸焦化及配套粗苯、焦油、硫銨等。企業(yè) 2009年全年實現(xiàn)銷售收入43億元，實現(xiàn)利稅5.06億元。河北省旭陽焦化集團焦爐是焦化廠的主要生產(chǎn)設備，也是焦化廠生產(chǎn)過程中最大的 污染源之一。焦化廠在生產(chǎn)過程、推焦過程中排放大量溫度高、濃度大的有害氣體 及易擴散的煙塵，對人體危害極大。尤其在焦爐爐頂大氣中苯可溶物嚴重超標，焦 爐工作區(qū)粉塵濃度

2、也超標，嚴重危及職工的身體健康.按照我國1996年頒布的大氣污染物綜合排放標準（GB16297 1996），對 煙氣必須冷卻、凈化，由引風機將其排至煙囪放散或輸送到煤氣回收系統(tǒng)中備用。 因此，每座焦爐需配有一套除塵系統(tǒng)。一期工程的地面除塵站使用的是一臺 630kW/10kV的高壓電機拖動風機，抽取前級焦爐出焦時產(chǎn)生的焦爐煙氣和灰塵， 吸收的煙塵和氣體進入除塵站的布袋除塵器濾除粉塵和有害物質(zhì)以后，高溫氣體經(jīng) 高爐排放到空氣中。除塵系統(tǒng)風機型號AI850O由于焦爐周期性間斷推焦，為滿足 節(jié)能和環(huán)保要求，要求風機在整個煉焦工作周期內(nèi)變速運行，推焦時高速運行，不推 焦時低速運行。原系統(tǒng)采用液力偶合器調(diào)

3、速，高速800rpm，低速600rpm。經(jīng)過一 段時間的運行，發(fā)現(xiàn)液力偶合器技術存在著局限性，主要表現(xiàn)在：1）調(diào)速范圍在40%95%之間，轉速不穩(wěn)定；造成能源浪費。2）液力偶合器本身包含油路，水路等多套系統(tǒng)，故障率高，液力偶合器一旦故障， 只能停機維修，無法切換至工頻旁路運行，造成焦爐停產(chǎn)，不能滿足連續(xù)生產(chǎn)的需 要。3）液力偶合器在調(diào)速越低時效率越低，調(diào)速的節(jié)能效果大打折扣。4）調(diào)節(jié)精度低、線性度差，響應慢。5）電機仍然為直接啟動，需要啟動裝置，啟動沖擊也大，并且不能頻繁啟動。 隨著高壓變頻器應用的越來越普遍，高壓變頻器的性價比越來越高，相比液力偶合 器變頻器具有以下優(yōu)點：1）高壓變頻器調(diào)速范

4、圍大，精度高，調(diào)速范圍為0-100%。2）高壓變頻器是高科技產(chǎn)品，可靠性高，基本免維護，萬一變頻器故障，電機還可 以直接掛電網(wǎng)工頻運行，不會造成生產(chǎn)損失。3）高壓變頻器在整個調(diào)速范圍內(nèi)都具有較高的效率（大于96%）。4）高壓變頻器對電機及負載機械實現(xiàn)真正的軟啟動，如果工藝需要，電機可以在短 時間內(nèi)多次重復啟動。5）高壓變頻器不會因為電機速度的高低而增加成本，而低速大容量的電機用液力偶 合器調(diào)速，成本將大大增加，有些時候甚至無法實現(xiàn)。鑒于此，在2009年節(jié)能改造工作中，焦化廠領導決定對地面除塵站除塵風機（一 期工程）進行改造，經(jīng)多方考察，采用高壓變頻器對除塵風機進行調(diào)速。2高壓變頻器技術改造方案

5、除塵風機是除塵凈化系統(tǒng)的動力中樞，一旦除塵風機不能正常運行，不但影響生產(chǎn)， 還有可能威脅到現(xiàn)場生產(chǎn)人員的人身安全；另外，調(diào)速系統(tǒng)工作的環(huán)境比較惡劣； 同時焦爐又周期性間斷推焦；所以，和除塵風機配套的高壓調(diào)速系統(tǒng)方案應周密細 致，經(jīng)過雙方技術人員的合作，制定了一期工程除塵風機的技術改造方案。改造方 案如下：2.1設備配置風光高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)由一次回路進線柜（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過程中或變頻器出現(xiàn)故障時，將電機投入到工 頻電網(wǎng)運行，保證生產(chǎn)不受影響。變頻運行時，變頻器為電機提供全面的保護。高 壓變頻器旁路柜一次回路如圖所示。圖2旁路柜一彼巨路匿扣DL

6、：用戶高壓真空斷路器K1、K2、K3：高壓變頻器內(nèi)置高壓隔離開關BPQ： JD-BP38-630F 高壓變頻器D： 630kW/10kV異步電動機。手動旁路柜中，共有3個高壓隔離開關，為了確保不向變頻器輸出端反送電，K2 與K3采用電磁互鎖操動機構，實現(xiàn)電磁互鎖。當K1、K3閉合，K2斷開時，電機 變頻運行；當K1、K3斷開，K2閉合時，電機工頻運行，此時變頻器從高壓中隔離 出來，便于檢修、維護和調(diào)試。旁路柜必須與上級高壓斷路器DL連鎖，DL合閘時，絕對不允許操作旁路隔離開 關與變頻輸出隔離開關，以防止出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，確保操作人員和設備的安全?，F(xiàn)場控制要求可以遠程和本機控制。風機高速運行時，如果

7、變頻器出現(xiàn)嚴重故障， 變頻器自動停機。遠程控制時，通過操作臺工頻變頻旋鈕把電機切換到工頻電網(wǎng)運 行，當推焦周期結束后，檢修變頻器。變頻器檢修完畢后，通過把操作臺工頻變頻 旋鈕打到變頻位置，返回變頻調(diào)速狀態(tài)。本機控制時，通過變頻器控制柜工頻變頻 旋鈕把電機切換到工頻電網(wǎng)運行，當推焦周期結束后，檢修變頻器。變頻器檢修完 畢后，通過把變頻器工頻/變頻旋鈕打到變頻位置，返回變頻調(diào)速狀態(tài)。2.2電機及風機參數(shù)電機參數(shù)負載名稱除塵風機口所帶負載類型離心風機4型號YKK56O4-P額定電壓（V） 額定電流（A）45額定功率山W）的睥額定頻率（Hz）5眼功率因數(shù)0.85頷定轉速（rpm990P絕緣等級F級Q風

8、機參數(shù)型號AI85OP額定功率住*，500額定風重（寥蟲）5100QP額定轉速irpm.9902.3除塵風機工藝要求除塵風機用于焦炭出焦時除塵使用，該焦爐有3臺推焦車，1、2號不能同時推焦， 1、2號與3號可能有同時推焦的可能，單爐推焦瞬間風量達到800rpm，兩臺同時 推焦870rpm，并且需要持續(xù)80S，不推焦時600rpm就可以。采用變頻器改造后，為了節(jié)省電能，除塵風機設計為高低速兩檔運行，不出焦時， 風機轉速約600rpm；出焦時，風機升速至800rpm （或者870rpm）。具體操作如下：推焦除塵風機平時不出焦時在低速運行（30Hz ）。推焦機開始推焦時， 推焦桿離開限位推出后給變頻

9、器發(fā)出高速信號（40Hz ），風機啟動到高速，待推焦桿 退回時經(jīng)一定延遲時間（40S）給變頻器發(fā)出降速信號，降為低速（30Hz）。2.4監(jiān)控和操作除塵風機在不推焦時，只需要很低的轉速，根本不需要滿負荷運轉。利用高壓變頻 器根據(jù)實際需要對除塵風機進行變速運行，既改善了工藝，又達到節(jié)能降耗的目的 和效果。對除塵風機高壓變頻監(jiān)控具體實現(xiàn)過程如下：變頻器操作可以在本機控制，也可以 遠程操作。變頻器包括一臺內(nèi)置的PLC，用于柜體內(nèi)開關信號的邏輯處理，以及與 現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號（如RS485）的協(xié)調(diào)，并且可以根據(jù)用戶的需要擴展控 制開關量，增強了系統(tǒng)的靈活性。變頻器也可由控制室的上位機或操作臺進行

10、操作?，F(xiàn)場操作人員可以通過上位機或操作臺對變頻器進行遠程操作并監(jiān)控變頻器運行狀 態(tài)，可以根據(jù)工況需要自由設定，完全可以滿足工藝要求。上位機：可以通過上位機進行遠程監(jiān)控，一方面便于用戶隨時了解設備運行情況， 另一方面，也利于設備的遠程診斷和維護，故障問題可以及時得到解決。操作臺：可以通過操作臺對變頻器進行簡單的遠程操作，包括：工頻/變頻切換。泊現(xiàn)場所需開關量節(jié)點舊表2現(xiàn)場所需開關童節(jié)點序號:名稱Vw狀態(tài)-謖帽要求a接口類型備往控制電源.輸入低壓配電室給變頻器口W:外部高壓就緒4輸入4常開點4元源接點、原系統(tǒng)高壓配電室給變頻器（斷路器常開點）p37聯(lián)跳高壓信號4輸出4常開點。無源接點變頻器提供富原

11、系統(tǒng)高壓配電室（斷路器分閘線圈）+4尸高壓合閘允許4輸出4常開點4元源接點，變頻器提供始原系統(tǒng)-高壓配電室（斷路器合閘線圈）外控開機常開點4無源接點，:CS提供給變頻器小倒外控停機4輸人4常開點4無源接點DCS提供給變頻器中*七卜盛急商輸入口常閉點4無源接點#DCS提供給頻器口,低速9,輸入口常開點4無源接點，DCS提供給變頻器7高速9輸入P常開點4無源接點DCS提供給變頻器中1g-24TiC公共端通訊裁9姐DCS與變頻器通訊3高壓變頻器技術參數(shù)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、功率單元串聯(lián)多電 平技術，其諧波指標遠小于IEE519-1992的諧波國家標準，輸入功率因數(shù)

12、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)補償裝置和輸出濾波器；不存在 諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使 用普通的異步電機。高壓變頻器為高-高電壓源型模式，由移相變壓器，功率單元和控制器組成。高壓 變頻器采用48脈沖整流，功率單元每相采用7個功率單元串接組成，三相共21個 單元；輸出相電壓為15電平，輸出線電壓29電平，功率單元旁路單元采用可控硅 作為旁路器件?？刂破鞑糠忠愿咚傥⑻幚砥鲗崿F(xiàn)控制以及與子微處理器間進行通信。 風光高壓變頻器采用模塊化設計，互換性好、維修簡單。JD-BP38-630F高壓變頻 器主要技術參數(shù)如下表3所示。表3

13、 JIXBP38Y3或商壓變頻器王要技術參數(shù)變頻器容星（瞧）8W模擬星輸入20mA,任意設定傳笙電機功率EWFP630模擬量輸出妃兩路2&mA可選額定輸出電施（48加減速時間1320005輸盡頻率電矣升關量輸入輸出，可按用戶要求擴展尸禎定輸點電壓10000VC - 20%+。%) 4運行環(huán)境溫度4度 口崎入功率因數(shù)7.96（刃0%負載）世存運輸溫度-2070度變頻器效率點甑定員載下7.免冷卻方式強迫風備輸出頻率范圍gSOP環(huán)境濕度頸,無凝結*J輸出變頻分辨率ootp開關頻率*Hz*2k4過載能力1D5以在蜂，1.50%分許1公鐘硝防鏟等蜩IP30P設備運行情況 從2009年10月31日正式投入

14、運行以來，一直正常運轉，沒有出現(xiàn)故障?？偟膩?說，投入變頻器后有以下優(yōu)點：1）運行穩(wěn)定，安全可靠。原來使用液力偶合器大概60天左右就必須更換軸承，每 次需停爐半天左右，帶來的巨大的經(jīng)濟損失。JD-BP38系列高壓變頻器具有免維護 的特點，只需定期除塵，不用停機，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性?，F(xiàn)場變頻器運行照片如 圖3所示。圖3現(xiàn)場變頻器運行照片2 ）電動機實現(xiàn)了真正的軟啟動、軟停止。避免了啟動時對設備的電氣和機械沖擊， 使風機啟動平穩(wěn)。3）運行工況改善，工人勞動強度降低。隨著焦爐生產(chǎn)除塵的需要，調(diào)節(jié)風機的轉速，進而調(diào)節(jié)風機風量，滿足焦爐生產(chǎn)工藝 的需要，現(xiàn)場工作環(huán)境大為改善，工作強度大大降低。4）延長了

15、電機、風機的使用壽命，提高了風機的利用效率。原舊焦爐除塵風機在運 行過程中，經(jīng)常造成風機和電機的損壞，維護工作量大，檢修費用高，采用變頻技術調(diào) 速后，減少了機械磨損，保證了風機的正常運行。除塵風機的風量經(jīng)常需要根據(jù)工 藝的需要變化，在過去液力偶合器調(diào)節(jié)時，出現(xiàn)執(zhí)行機構的開度與流量的非線形問 題，致使調(diào)節(jié)失誤，采用變頻拖動風機可以在050Hz范圍內(nèi)任意調(diào)速，調(diào)速精度 高，可保持在0.10.01Hz范圍內(nèi)工作，便于實現(xiàn)除塵系統(tǒng)自動化控制。5）變頻器具有多項保護功能，十分完善。與原來舊系統(tǒng)相比較，變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升保護等多 項保護功能，更精確地保護了電機。6）節(jié)能效果顯著，

16、大大降低了電耗。5節(jié)能分析焦爐除塵風機高壓變頻器投入使用以來，運行情況良好，基本達到預期的改造目的。 除塵風機只有在推焦車推焦的時候需要高速，帶動風機高速運行使風機的吸力達到 1.5KPa即可滿足工藝要求，達到除塵的效果，滿足環(huán)保要求。根據(jù)現(xiàn)場的實際考察， 旭陽焦化公司一期的焦爐生產(chǎn)情況是：推焦車每天生產(chǎn)焦炭110爐，每一次往外推 焦時都需要除塵風機高速運行，而且每一次推焦持續(xù)的時間是80S。焦爐每爐周期 10min，80S要求除塵風機轉速800rpm（40Hz）或870 rpm（43.5Hz），其余時 間要求風機轉速600rpm（30Hz）。除塵風機高壓變頻器改造前后，今年和去年同期相比，以

17、噸焦炭電耗來分析節(jié)能數(shù) 據(jù)（單位：度/噸焦炭），如表4所示：表4崖化廠噸隹炭電耗（單位：度噸焦炭1月點2月點3月s4月點5月點6月4平均42009 年口4 一泌4.27484.274.264 g4.272010 年口3一5皿3 5W3一餉3一4%3.483一4如3一4卯從上表4統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，2009年16月同2010年16月相比較，噸焦炭電耗有較 大幅度下降，下降達：18.17%，其中主要的節(jié)電是由高壓變頻器完成的。以焦炭除塵風機消耗電量來分析節(jié)能效果，根據(jù)旭陽公司生產(chǎn)統(tǒng)計報表，2009年1 6月同2010年16月相比，焦化廠2009年上半年焦炭產(chǎn)量為438020噸，2010 年上半年焦炭產(chǎn)量為439334噸，產(chǎn)量基本相同，從上表4統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，2009年1