產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
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解決方案
高壓變頻器在氧化鋁焙燒爐除塵風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用
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，高溫的AL(OH)3會同空氣發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量的煙氣。一方面對現(xiàn)場操作的工人不利，另一方面也對環(huán)境造成了巨大的污染。根據(jù)國家環(huán)保法需對煙氣進(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)到較佳除塵效果。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，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，變頻器的性價比和穩(wěn)定性有很大幅度的提升，經(jīng)過考察，我廠選擇了山東新風(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，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，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)型號相同，以4#焙燒爐除塵ID風(fēng)機(jī)為例介紹其參數(shù)。
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：
?。?）下料量每小時60t～69t，電收塵內(nèi)維持風(fēng)壓為-6700Pa～-7000Pa。
?。?）下料量每小時70t～79t，電收塵內(nèi)維持風(fēng)壓為-7000Pa～-7400Pa。
?。?）下料量每小時80t～90t，電收塵內(nèi)維持風(fēng)壓為-7400Pa～-7700Pa。
?。?）下料量每小時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)
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)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、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。
3.2 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)飛車啟動功能。能夠識別電機(jī)的速度并在電機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動。
(3)完整的工頻/變頻自動互切技術(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)生故障時能使高壓電機(jī)轉(zhuǎn)至工頻運(yùn)行，旁路切換有手動旁路和自動旁路切換兩種型式，手動旁路需人工操作，適應(yīng)于無備用裝置或不重要的運(yùn)行工況，自動旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行。新風(fēng)光公司提供的自動旁路切換柜，不僅可實(shí)現(xiàn)變頻故障情況下自動由變頻轉(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，整個轉(zhuǎn)換過程不會對用戶設(shè)備的運(yùn)行造成任何影響。
(4)旋轉(zhuǎn)中再啟動功能。運(yùn)行過程中高壓瞬時掉電3s內(nèi)恢復(fù)，高壓變頻器不停機(jī)，高壓恢復(fù)后變頻自動運(yùn)行到掉電前的頻率。
(5)線電壓自動均衡技術(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，此時如果變頻器不具備相間短路保護(hù)功能，將會導(dǎo)致重大事故。變頻器在發(fā)生類似問題時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)載突變造成單元或是整機(jī)過電流保護(hù)時，可自動復(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，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動調(diào)節(jié)及信號反饋。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，將電機(jī)自動投入到工頻運(yùn)行，確保生產(chǎn)不受影響。
變頻運(yùn)行時，變頻器為電機(jī)提供全面的保護(hù)。自動旁路柜接線如圖2所示：
圖2 自動旁路柜
圖2旁路柜在變頻器進(jìn)、出線端增加了兩個隔離刀閘，以便在變頻器退出后而電機(jī)運(yùn)行于旁路時，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：三個真空接觸器（KM1、KM2、KM3）和兩個刀閘隔離開關(guān)K1、K2。KM2與KM3實(shí)現(xiàn)電氣互鎖，當(dāng)KM1、KM2閉合，KM3斷開時，電機(jī)變頻運(yùn)行；當(dāng)KM1、KM2斷開，KM3閉合時，電機(jī)工頻運(yùn)行。另外，KM1閉合時，K1操作手柄被鎖死，不能操作；KM2閉合時，K2操作手柄被鎖死，不能操作。
電機(jī)工頻運(yùn)行時，若需對變頻器進(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。
合閘閉鎖：將變頻器“合閘允許”信號串聯(lián)于KM1、KM2合閘回路。在變頻器故障或不就緒時，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。
旁路投入：將變頻器“旁路投入”信號并聯(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。
保護(hù)：保持原有對電機(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2#焙燒爐不同下料量的情況下，對除塵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。
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)計數(shù)據(jù)如表6、表7、表8所示。
綜合統(tǒng)計分析，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3.77kW·h/t，按生產(chǎn)線年產(chǎn)量40萬噸計算，每臺高壓變頻器年節(jié)電150.7萬kW·h。
5.2改造其他效益
(1)運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠。原來使用液力耦合器大概2～3個月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(jì)損失。JD-BP38系列高壓變頻器具有免維護(hù)的特點(diǎn)，只需定期除塵，不用停機(jī)，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。
(2) 電動機(jī)實(shí)現(xiàn)了真正的軟啟動、軟停止。避免了啟動時對設(shè)備的電氣和機(jī)械沖擊，使風(fēng)機(jī)啟動平穩(wěn)。
(3) 運(yùn)行工況改善，工人勞動強(qiáng)度降低。
隨著氧化鋁焙燒爐生產(chǎn)除塵的需要，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量，滿足除塵生產(chǎn)工藝的需要，現(xiàn)場工作環(huán)境大為改善，工作強(qiáng)度大大降低。
(4)延長了電機(jī)、風(fēng)機(jī)的使用壽命，提高了風(fēng)機(jī)的利用效率。原除塵風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中，維護(hù)工作量大，檢修費(fèi)用高，采用變頻技術(shù)調(diào)速后，減少了機(jī)械磨損，保證了風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。
(5)調(diào)速范圍寬，調(diào)速精度高。
除塵風(fēng)機(jī)的風(fēng)量經(jīng)常需要根據(jù)工藝的需要變化，在過去液力耦合器調(diào)節(jié)時，出現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(fēng)機(jī)可以在0～50Hz范圍內(nèi)任意調(diào)速，調(diào)速精度高，可保持在0.1～0.01Hz范圍內(nèi)工作，便于實(shí)現(xiàn)除塵系統(tǒng)自動化控制。
(6)變頻器具有多項(xiàng)保護(hù)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(hù)等多項(xiàng)保護(hù)功能，更精確地保護(hù)了電機(jī)。
6 結(jié)束語
綜合看來，2#、4#氧化鋁焙燒爐除塵風(fēng)機(jī)采用高壓變頻器進(jìn)行改造，大大提高廣西信發(fā)鋁電有限公司氧化鋁焙燒爐除塵風(fēng)機(jī)的使用效率，降低氧化鋁的生產(chǎn)成本，保證焙燒爐除塵風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行起著重要的作用。
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