對鍋爐引風(fēng)機(jī)進(jìn)行高壓變頻技術(shù)改造的設(shè)計(jì)

1 概述

中國鋁業(yè)青海分公司第三電解廠工程建設(shè)分兩期，現(xiàn)有200 kA預(yù)焙陽極電解槽268臺,年產(chǎn)重熔用鋁錠15萬t。電解生產(chǎn)中電解煙氣的處理采用國內(nèi)外大型鋁廠普遍采用的干法煙氣凈化法。電解槽電解反應(yīng)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(jī)(以下簡稱排煙機(jī))的負(fù)壓作用下，該煙氣經(jīng)過袋濾室下的VRI 反應(yīng)室進(jìn)行吸附反應(yīng)，利用布袋實(shí)現(xiàn)煙氣的氣固分離，利用引風(fēng)機(jī)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電解生產(chǎn)中電解煙氣的處理系統(tǒng)，分別為東、中、西三套電解煙氣凈化系統(tǒng)，共10臺排煙機(jī)，每套系統(tǒng)分別處理80、80、108臺電解槽的煙氣，分別設(shè)置于電解車間過道的兩側(cè)。

其中配用900 kW 異步電動(dòng)機(jī)的2 臺(西部凈化系統(tǒng))，630 kW 異步電動(dòng)機(jī)的8 臺(中、東部各4 臺)，均為6.0 kV高壓異步電動(dòng)機(jī)。凈化排煙機(jī)是電解車間煙氣凈化系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，是煙氣能否有效凈化和氟鹽能否有效回收的保障。

現(xiàn)有排煙機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中主要存在以下幾方面的問題。

1)設(shè)計(jì)流量余量過大就西部凈化系統(tǒng)來說，正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)需要的理論引風(fēng)量為1 041 004m3/h，實(shí)際設(shè)計(jì)的引風(fēng)量為1 418 012 m3/h，有377 008 m3/h的風(fēng)量余量，而現(xiàn)有的控制方式則是不論生產(chǎn)的需求大小，風(fēng)機(jī)都在額定功率(轉(zhuǎn)速)下運(yùn)轉(zhuǎn)，風(fēng)量調(diào)節(jié)采用入口多葉式調(diào)節(jié)閥，從而造成大量電能的浪費(fèi)。

2)啟動(dòng)電流過大我公司凈化系統(tǒng)排煙機(jī)配用的異步電動(dòng)機(jī)均采用繼電保護(hù)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(jī)本體結(jié)構(gòu)和風(fēng)機(jī)軸承箱造成一定損壞，同時(shí)使電動(dòng)機(jī)電源側(cè)開關(guān)損壞時(shí)有發(fā)生，有時(shí)甚至導(dǎo)致配電回路跳閘，造成整個(gè)凈化系統(tǒng)失電，停止運(yùn)行，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

3)保護(hù)系統(tǒng)簡單只有過流保護(hù)器對設(shè)備進(jìn)行過流保護(hù)，設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性較低。

4)系統(tǒng)無法保證恒壓系統(tǒng)運(yùn)行當(dāng)中，由于排煙機(jī)轉(zhuǎn)速無法調(diào)整，系統(tǒng)的壓力將無法調(diào)節(jié)，相關(guān)參數(shù)無法進(jìn)行有效控制，對凈化系統(tǒng)的凈化效率有很大影響。

2 技術(shù)改造方案設(shè)計(jì)

2.1 變頻器拖動(dòng)方式的選擇

根據(jù)我廠實(shí)際工況，經(jīng)研究、討論確定變頻器拖動(dòng)方式如下：西部凈化系統(tǒng)配用電動(dòng)機(jī)900 kW 排煙機(jī)，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、中部凈化系統(tǒng)配用電動(dòng)機(jī)630 kW排煙機(jī)，變頻器控制方式采用“一拖二”的控制模式，2 臺排煙機(jī)用1 臺變頻器實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的調(diào)節(jié)和控制，2臺排煙機(jī)均可以由變頻運(yùn)行自由切換至工頻運(yùn)行，共需4臺變頻器。如果在進(jìn)行排煙機(jī)變頻器切換時(shí)，先停后啟，用高壓開關(guān)進(jìn)行變頻器轉(zhuǎn)換，即可實(shí)現(xiàn)在一套系統(tǒng)中的2臺排煙機(jī)由1臺變頻器來控制。

2.2 控制及監(jiān)控方式設(shè)計(jì)

東、中、西部排煙機(jī)各用一臺PLC 實(shí)現(xiàn)集中控制。風(fēng)機(jī)的控制設(shè)現(xiàn)場、主控制室兩地控制，原有排煙機(jī)的就地啟停控制繼續(xù)保留。東、中、西部煙氣凈化系統(tǒng)控制柜、PLC 安裝在現(xiàn)場。10臺排煙機(jī)的控制變頻器及相關(guān)部件就近安裝于單獨(dú)的控制室內(nèi)。工控機(jī)(3臺)安裝在煙氣凈化系統(tǒng)主控室，利用組態(tài)軟件和Profibus-DP 通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控各風(fēng)機(jī)工作狀況，顯示分現(xiàn)場和控制室兩地顯示。監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的出口風(fēng)壓、風(fēng)機(jī)和電機(jī)軸承溫度及振動(dòng)、電機(jī)電流的檢測?？刂葡到y(tǒng)可根據(jù)生產(chǎn)工藝實(shí)際需要調(diào)節(jié)排煙機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并且控制系統(tǒng)能對排煙機(jī)的所有運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，當(dāng)排煙機(jī)出現(xiàn)異常時(shí)，能立即停止排煙機(jī)的運(yùn)行，并進(jìn)行報(bào)警?？刂葡到y(tǒng)能實(shí)現(xiàn)兩地控制(遠(yuǎn)程控制和現(xiàn)場控制)?？刂平缑婵梢赃M(jìn)行變頻器的功能設(shè)定、運(yùn)行和監(jiān)控參數(shù)設(shè)定及顯示、實(shí)時(shí)波形顯示、運(yùn)行記錄打印、故障查詢;通過控制界面可以對變頻器直接進(jìn)行軟啟動(dòng)、設(shè)定運(yùn)行頻率、停機(jī)、急停和復(fù)位等操作。變頻器運(yùn)行方式可設(shè)定開環(huán)或閉環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)方式?？刂葡到y(tǒng)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，無需任何輸出變壓器或?yàn)V波器，適配于普通高壓電動(dòng)機(jī)，對電機(jī)、電纜絕緣無損害。

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

3)中文Windows 操作界面，彩色液晶觸摸屏操作。用戶操作監(jiān)控系統(tǒng)界面要友好和完善，系統(tǒng)包括上位機(jī)(商用PC機(jī))、下位機(jī)(工控機(jī))、單片機(jī)。其中單片機(jī)給用戶提供一個(gè)4 位LED 數(shù)碼顯示屏和一個(gè)12鍵的小鍵盤操作平臺，可對變頻器進(jìn)行全部操作，包括參數(shù)設(shè)置和各種運(yùn)行指令。工控機(jī)用觸摸屏和通用鍵盤給用戶提供操作平臺，包括參數(shù)設(shè)定、功能設(shè)定、運(yùn)行操作、運(yùn)行數(shù)據(jù)打印、故障查詢等。上位機(jī)(商用PC 機(jī))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(yùn)行報(bào)表。

3 收益估算

該方案即將實(shí)施，我廠對其進(jìn)行了初步的理論效益估算。

3.1 改造后電機(jī)節(jié)省的功率

改造后電機(jī)節(jié)省的功率P按式(1)計(jì)算。

3.2 投資回報(bào)

西部凈化系統(tǒng)排煙機(jī)變頻器改造預(yù)計(jì)總投資為430 萬元，430÷84.9632≈5.06 年，預(yù)計(jì)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，亦可帶來下述間接經(jīng)濟(jì)效益。

1)改善了工藝，提高了效率?？蓪?shí)現(xiàn)電解煙氣凈化控制系統(tǒng)自動(dòng)化，排煙機(jī)可以非常平滑穩(wěn)定地調(diào)整風(fēng)量，運(yùn)行人員可以自如地調(diào)控，排煙機(jī)運(yùn)行參數(shù)得到改善，使效率得到提高。

2)延長了電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命。采用變頻器控制后，排煙機(jī)可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和軟制動(dòng)，對排煙機(jī)幾乎不產(chǎn)生沖擊，可大大延長機(jī)械的使用壽命。

3)減少了閥門機(jī)械和風(fēng)機(jī)葉輪的磨損。實(shí)現(xiàn)變頻器控制后，閥門機(jī)械不需要進(jìn)行頻繁的調(diào)整，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，磨損減少。

4)減少了維護(hù)費(fèi)用和檢修工作量。

4 結(jié)語

工業(yè)用排煙機(jī)功率大，能耗高，現(xiàn)有控制方式簡單，無法根據(jù)生產(chǎn)變化對排煙機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，風(fēng)機(jī)始終在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，風(fēng)量過剩，能源浪費(fèi)巨大。而變頻控制異步高壓電機(jī)技術(shù)比較成熟，性能穩(wěn)定，節(jié)能效果顯著，因此，對工業(yè)排煙機(jī)進(jìn)行變頻技術(shù)改造意義重大。