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        應(yīng)用變頻器技術(shù)實現(xiàn)SO2風(fēng)機節(jié)能改造

        2020-09-22 15:04:46路曉杰
        銅業(yè)工程 2020年4期
        關(guān)鍵詞:制酸硫酸變頻

        路曉杰

        (江西銅業(yè)集團有限公司 貴溪冶煉廠,江西 貴溪 335424)

        1 引言

        硫酸車間制酸一系列共有三臺SO2風(fēng)機,其中1#、2#主風(fēng)機為日立品牌,1980年制造,兩臺風(fēng)機互為備用。3#風(fēng)機為1993年工廠“1542”改造時新增設(shè)備,作為1#、2#主風(fēng)機的接力風(fēng)機,在正常生產(chǎn)時采用兩臺風(fēng)機接力的方式(1#/2#+3#)來提供動力。其中1#、2#主風(fēng)機功率為4400kW,3#風(fēng)機功率為1680kW,均為硫酸車間主要耗能設(shè)備。

        據(jù)了解,日本同時期的SO2風(fēng)機均已進行了改造,以提高綜合能耗指標和可靠性。

        據(jù)市場調(diào)查顯示,國內(nèi)外同行在配備大風(fēng)機的生產(chǎn)工藝中均采用了變頻器調(diào)速運行的方式來解決能耗問題,而且取得了顯著的成果[1]。

        2 變頻器應(yīng)用的優(yōu)勢

        變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù),通過改變電機工作電源頻率的方式來控制交流電動機的電力控制設(shè)備[2]。變頻器通過采集負載工作時的實際功率信息,改變內(nèi)部IGBT的通斷狀態(tài)來調(diào)節(jié)輸出電源的電壓高低和頻率大小,進而達到節(jié)能的目的。隨著工業(yè)自動化進程的推進,變頻器在各大領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用[3]。

        變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風(fēng)機、水泵類能耗設(shè)備的應(yīng)用上。風(fēng)機、泵類負載采用變頻調(diào)速后,節(jié)電率甚至能達到60%,這主要是因為風(fēng)機、泵類負載的實際消耗功率與轉(zhuǎn)速的三次方基本成正比。當生產(chǎn)所需要的平均流量較小時,風(fēng)機、泵類采用變頻調(diào)速使其轉(zhuǎn)速降低,節(jié)能效果非常明顯。而傳統(tǒng)的風(fēng)機、泵類采用擋板、導(dǎo)葉或者閥門進行流量調(diào)節(jié),電動機轉(zhuǎn)速基本不變,耗能基本不變,電能就這樣被白白浪費掉了。據(jù)不完全統(tǒng)計,風(fēng)機、泵類電動機用電量已經(jīng)占全國用電量的31%,占工業(yè)用電量的50%。在此類負載上使用變頻調(diào)速裝置將具有非常重大的意義[4]。

        目前,硫酸一系列SO2風(fēng)機依然采用液力耦合器的方式控制煙氣的流量。當煙氣流量達到一定量時,電機額定運行,這時電機的工作處于最佳狀態(tài),電能利用率較高;當煙氣不足,流量減少,需要通過減小導(dǎo)葉開度來減少煙氣流量輸出,此時電機仍然在額定狀態(tài)下運行,這就大大降低了電機的利用率,浪費了電能,與國家節(jié)能環(huán)保的要求不相符合[5]。

        綜合考慮,現(xiàn)對硫酸一系列SO2風(fēng)機進行改造,新裝一臺西門子3K風(fēng)機并可以變頻調(diào)節(jié),既能達到節(jié)能增效要求,又可一并解決設(shè)備老化問題。

        3 變頻器選型原則

        我們在選用變頻器時,應(yīng)當充分考慮負載所處工況的最惡劣情況,留下充分的裕度和必須的保護措施。在選型時,要綜合考慮其技術(shù)性能和經(jīng)濟指標等。如果選型不當,會極大的影響變頻器的工作效率甚至正常的運行。所以,選型可以根據(jù)以下幾個方面進行選擇。

        (1)根據(jù)使用變頻器的目的進行選擇。

        (2)根據(jù)負載的類型及其性能曲線進行選擇。

        (3)根據(jù)負載的電壓、電流以及轉(zhuǎn)矩進行選擇。

        (4)根據(jù)負載的工況進行選擇。

        總的原則就是變頻器性能一定要跟負載相匹配[6]。

        4 風(fēng)機變頻改造的目的

        此項目的具體內(nèi)容是拆除原有的1#SO2主風(fēng)機,新裝一臺西門子3K風(fēng)機并加裝變頻器,實現(xiàn)變頻調(diào)節(jié)。一是可以一次性的解決1#SO2風(fēng)機設(shè)備老化,效率降低問題,而且可通過變頻器的應(yīng)用提高對電能的利用率,實現(xiàn)節(jié)省電能,降本增效的目的。

        5 風(fēng)機變頻改造方案

        在風(fēng)機房外空地新裝一臺西門子3K風(fēng)機,加裝變頻器,實現(xiàn)變頻調(diào)節(jié)。將硫酸1#高壓配電室1樓空置庫房改建為高壓變頻器室,用于安裝高壓變頻器。風(fēng)機具體型號可以與硫酸三系列主風(fēng)機保持一致,變頻器采用ABB產(chǎn)品中的ASC5000系列(在此選擇這個型號的變頻器,考慮滿足工藝要求外,主要因為可以和已有的三系列風(fēng)機所使用的變頻器互為備用,三系列也使用的此型號變頻器,并且效果很好),經(jīng)過多方考察和研究,此變頻器在大風(fēng)機變頻運行中,使用相當廣泛,性價比較高,得到大部分用戶的認可。在正常生產(chǎn)時運行3K風(fēng)機即可滿足生產(chǎn)需要,2#、3#風(fēng)機處于備用狀態(tài);當制酸三系列風(fēng)機出現(xiàn)異常時,也可將新安裝的3K風(fēng)機移至三系列使用,即增加一臺風(fēng)機可以保證兩套系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。

        表1 工藝數(shù)據(jù)對比表

        從上表可以看出,原有三臺風(fēng)機在正常生產(chǎn)過程中,功率是1#風(fēng)機(或2#風(fēng)機)與3#風(fēng)機的功率總和,為6080kW,不會隨著生產(chǎn)工藝的變化而變化。但應(yīng)用了變頻器的3K風(fēng)機在風(fēng)量滿足生產(chǎn)工藝要求的同時,能夠靈活自主的調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速,改變其功率大小。

        在制酸過程中,原工藝為煙氣經(jīng)干燥塔后通過1#/2#SO2風(fēng)機提供動力,經(jīng)過一次轉(zhuǎn)化、吸收后,再通過3#風(fēng)機提供動力,進入后續(xù)設(shè)備;改造之后煙氣經(jīng)干燥塔后通過新增的3K風(fēng)機提供動力,進入后續(xù)所有設(shè)備,2#、3#風(fēng)機保留備用。新安裝3K風(fēng)機因有變頻功能,可以無極調(diào)速,單獨運行即可滿足硫酸制酸一系列正常生產(chǎn)運行。如圖1。

        圖1 改造前后工藝流程對比圖

        6 具體實施過程

        第一步:首先,在老風(fēng)機房外空地安裝新3K風(fēng)機。按照設(shè)計圖紙施工,做好風(fēng)機以及新電機的基礎(chǔ),再根據(jù)設(shè)備要求按照安裝步驟把新的風(fēng)機以及新電機安裝到位。其次,在1#高配1樓空置庫房按照土建圖紙新建電纜溝,安裝照明以及通風(fēng)冷卻系統(tǒng),將其改造成高壓配電室,再根據(jù)變頻器廠家設(shè)備的具體要求將變頻器安裝到位。將1#高壓配電室中原有1#SO2風(fēng)機高壓柜的控制回路以及一次回路進行改線,使其滿足對新變頻器及新風(fēng)機的控制及供電需求。最后,制作新煙管,將新風(fēng)機與老煙管進行對接。

        第二步:敷設(shè)電纜。根據(jù)圖紙管線表,將風(fēng)機運行所需控制電纜和動力電纜全部按照規(guī)范敷設(shè)到位,并進行對接;完成后,對所有控制線進行校對,確保接線的準確無誤;對所有動力電纜校對相序以及標號,避免出錯。

        第三步:脫開高壓出線柜出線端,對變頻器進行上電試機,配合廠家調(diào)試人員對變頻器進行參數(shù)設(shè)定,功能測試,連鎖測試等。

        第四步:把電機聯(lián)軸器與變速箱脫開,不帶負荷通電試機調(diào)試。

        第五步:利用定修機會對接帶負荷試機,并穩(wěn)定運行一段時間,確定達到滿足生產(chǎn)需要的要求。

        7 預(yù)期達到的效益

        新增的3K風(fēng)機可保證制酸一系列生產(chǎn),2#、3#風(fēng)機處于備用狀態(tài),在生產(chǎn)過程中,3K風(fēng)機通過變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)量,可以實現(xiàn)無極調(diào)速,可以取得以下兩個效果。

        (1)通過變頻器調(diào)速,取代了以往高耗能的液力耦合器調(diào)速方式,在系統(tǒng)風(fēng)量較小時可以實現(xiàn)低速運轉(zhuǎn),并且功率因數(shù)還能夠保持在0.95以上,功率因數(shù)的提高有利于能耗的進一步降低。預(yù)計每年可在現(xiàn)有基礎(chǔ)上節(jié)約1/3的電能,可節(jié)電近1000萬kW·h,符合工廠的節(jié)能方針。

        (2)改造后的硫酸系統(tǒng)具有更高的可靠性,即可作為一系列使用,也可作為三系列備用,為銅酸系統(tǒng)的順行生產(chǎn)提供了技術(shù)支持。

        通過對1#SO2的變頻改造,一次性解決了風(fēng)機嚴重老化,效率降低的問題,還大大降低了用電量,符合工廠降本增效的方針政策,每年將為工廠節(jié)約大筆的成本費用,真真正正的實現(xiàn)了高效生產(chǎn)。

        8 結(jié)束語

        綜上所述,在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中,大部分行業(yè)都面臨著設(shè)備老化,效率低下的困境,而變頻器的廣泛應(yīng)用給我們提供了一個很好的解決方案。超強的性能和環(huán)境適應(yīng)力,使得它能夠應(yīng)用于各行各業(yè)的生產(chǎn)當中,它能夠從根本上解決能耗問題,極大提高能源利用率,這與我們國家綠色循環(huán)經(jīng)濟的理念是相符的。并且現(xiàn)在已經(jīng)有很多成功案例可以借鑒和參考,技術(shù)已經(jīng)非常成熟。所以此方案值得大力推廣應(yīng)用。

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