高壓變頻技術(shù)應(yīng)用

1、高壓變頻技術(shù)在制酸SO2風(fēng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)改造中的應(yīng)用史成剛中國(guó)有色集團(tuán)撫順紅透山礦業(yè)有限公司【摘要】指出硫酸生產(chǎn)SO2風(fēng)機(jī)在利用液力耦合器調(diào)速運(yùn)行下存在的問題， 簡(jiǎn)述so2風(fēng)機(jī)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理，介紹改造使用高壓變頻器結(jié)構(gòu)和特 點(diǎn)，改造方案、節(jié)能分析及使用效果。【關(guān)鍵詞】so2風(fēng)機(jī)液力耦合器高壓變頻閉環(huán)控制冶煉制酸1引言節(jié)能減排的大力投資改造成為各個(gè)行業(yè)提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力新的亮點(diǎn)，各行業(yè)中 尤其是高壓電機(jī)電能消耗非常巨大，對(duì)于電機(jī)節(jié)能高壓電機(jī)的節(jié)能尤為突出，目 前電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程被定為國(guó)家發(fā)改委啟動(dòng)的十大重點(diǎn)工程之一，對(duì)于電機(jī)節(jié)能 系統(tǒng)，不管從調(diào)速、啟動(dòng)和制動(dòng)性能上來說，采用變頻調(diào)速技術(shù)是最為

2、理想的節(jié) 能途徑。在基礎(chǔ)化工硫酸生產(chǎn)中，SO2風(fēng)機(jī)使用功率一般都比較大，大多為高壓 電機(jī)，一般系統(tǒng)設(shè)計(jì)余量大，生產(chǎn)風(fēng)量控制一般以閥門為主，或采用液力耦合器 調(diào)速控制，電耗占生產(chǎn)成本的一大部分，同時(shí)由于高壓開關(guān)柜頻繁啟動(dòng)，對(duì)高壓 開關(guān)、電機(jī)、風(fēng)機(jī)都有影響。我廠制酸系統(tǒng)SO2風(fēng)機(jī)采用液力耦合器調(diào)速，就存 在以上問題。經(jīng)考察論證，通過利用國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的高壓變頻技術(shù)取代液力耦合器調(diào) 速，對(duì)現(xiàn)有的電機(jī)拖動(dòng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)了大幅節(jié)能、降低維修費(fèi)用、精確控制和 軟啟動(dòng)功能，并提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。原有系統(tǒng)存在的問題我廠兩臺(tái)SO2風(fēng)機(jī)，電機(jī)型號(hào)Y560-2，功率500KW，電壓10KV，風(fēng)機(jī)按 照最大額定負(fù)荷設(shè)計(jì)

3、，但其多數(shù)時(shí)間只工作在最大額定負(fù)荷以下，為適應(yīng)風(fēng)機(jī)負(fù) 荷變化，采用液力耦合器進(jìn)行調(diào)速，長(zhǎng)期使用發(fā)現(xiàn)，不僅液力耦合器的使用壽命 短，還造成電能和油脂消耗大，能源部分浪費(fèi)，企業(yè)成本增加。由使用經(jīng)驗(yàn)知， 使用液力耦合器存在以下主要缺點(diǎn)：（1）調(diào)速范圍有限為50%95%，轉(zhuǎn)速不穩(wěn) 定，高速段減小了設(shè)備的出力能力，低速段影響節(jié)能效益的發(fā)揮；（2）調(diào)速越低 時(shí)效率越低，低速時(shí)發(fā)熱厲害；（3）調(diào)速精度低，線性度差，響應(yīng)慢，不大適應(yīng)自動(dòng)控制要求；（4）電機(jī)雖然可以不帶載啟動(dòng)，但仍然有5倍左右的啟動(dòng)電流， 影響電網(wǎng)穩(wěn)定；（5）必須串入電機(jī)和機(jī)械的連接軸中，不適合于設(shè)備改造；液力 耦合器故障時(shí)，沒有工頻旁路系統(tǒng)，

4、負(fù)載機(jī)械將無法運(yùn)轉(zhuǎn)，必須停機(jī)檢修；（6） 潤(rùn)滑供油系統(tǒng)復(fù)雜，液力耦合器維修難度大，使設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)的成本加大，嚴(yán)重 浪費(fèi)人力物力，并且可靠性差影響生產(chǎn)。SO2風(fēng)機(jī)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)（1）系統(tǒng)的構(gòu)成高壓變頻器采用交-直-交直接高壓（高-高）方式，主電路開關(guān)元件為IGBT， 采用功率單元串聯(lián)，疊波升壓（如圖1），具有可靠性高的特點(diǎn)。改造中，在保 留原有對(duì)電機(jī)的保護(hù)功能的基礎(chǔ)上，在變頻器上又設(shè)計(jì)了完善的自診斷和13種3用 10KV圖1高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖保護(hù)功能，一旦變頻器發(fā)生故障或進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，系統(tǒng)將自動(dòng)記錄故障原因、故 障位置、故障發(fā)生時(shí)間以及發(fā)生故障時(shí)變頻器各狀態(tài)參數(shù)，便于故障排除。我廠屬于銅冶

5、煉制酸，SO2風(fēng)機(jī)服務(wù)于制酸系統(tǒng)的煙氣量調(diào)節(jié)，根據(jù)空塔入 口壓力變化，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量，滿足系統(tǒng)生產(chǎn)需求。冶煉制酸生產(chǎn)工藝 周期分為造渣、空吹和出銅三個(gè)階段。每個(gè)階段煙氣量不同，需要對(duì)制酸系統(tǒng)風(fēng) 量進(jìn)行調(diào)節(jié)，由風(fēng)機(jī)調(diào)速來滿足工況，也就是由高壓變頻器來改變電機(jī)供電頻率進(jìn)行調(diào)速控制，即滿足工藝要求又達(dá)到節(jié)能的目的。另外，對(duì)S09風(fēng)機(jī)采用閉環(huán) 2控制，雖然對(duì)系統(tǒng)要增加傳感器、PID調(diào)節(jié)器，安裝費(fèi)用高些，但對(duì)提高控制精 度有利，控制精度=0.1%，凡需要精確控制溫度、壓力、流量、速度、張力、位 置、PH值等場(chǎng)合，一般都采用閉環(huán)控制實(shí)行定值控制。在相同工況條件下，閉 環(huán)控制比開環(huán)控制能多節(jié)電5%-

6、10%，對(duì)SO2風(fēng)機(jī)閉環(huán)控制原理如圖2所示。空揩人口壓力圖2風(fēng)機(jī)閉環(huán)控制原理（2）工作原理10KV電源由高壓開關(guān)引入旁路柜，經(jīng)隔離開關(guān)進(jìn)入變壓器柜進(jìn)行網(wǎng)側(cè)隔離， 最終輸入全功率柜。系統(tǒng)控制柜根據(jù)控制指令和內(nèi)部檢測(cè)信號(hào)，對(duì)電機(jī)進(jìn)行綜合 邏輯處理，功率柜輸出變壓頻率的交流電源驅(qū)動(dòng)高壓電機(jī)。通過變頻器工控機(jī)進(jìn) 行風(fēng)機(jī)啟動(dòng)、停止、加/減速等操作，監(jiān)視變頻器輸出頻率、電流及報(bào)警等情況。（3）控制方案根據(jù)我廠風(fēng)機(jī)負(fù)荷的重要性，采用“1拖1”控制，即1臺(tái)變頻器帶1臺(tái)電 機(jī)，增設(shè)工頻旁路回路，確保變頻器故障或檢修時(shí)，風(fēng)機(jī)安全、可靠生產(chǎn)運(yùn)行。 主回路如圖1所示（圖中QF為真空斷路器，QS1、QS2、QS3為高壓

7、隔離開關(guān)）。 電機(jī)變頻運(yùn)行，先斷開QS3，再合上QS1、QS2，最后接通QF；電機(jī)工頻運(yùn)行， 先斷開QS1、QS2，再合上QS3，最后接通QF。在機(jī)械上進(jìn)行安全連鎖，保證QS2、QS3不能同時(shí)閉合。風(fēng)機(jī)在系統(tǒng)實(shí)際工作中，管路閥門全部打開，風(fēng)量由 工控機(jī)控制?？刂齐娐凡捎瞄]環(huán)控制，如圖2所示，將現(xiàn)場(chǎng)工序管道壓力 420mA或15V信號(hào)引至PID調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)控制由變頻器工控機(jī)完成。節(jié)能分析與使用效果由流體力學(xué)可知，功率P=QXH，流量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比，壓力H 與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比，如果風(fēng)機(jī)的效率一定，當(dāng) 要求調(diào)節(jié)流量下降時(shí)，轉(zhuǎn)速N可成比例的下降，而此時(shí)軸輸出功率P成

8、立方關(guān)系 下降。即風(fēng)機(jī)電機(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。當(dāng)要求的流量Q減少 時(shí)，可調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n按比例降低。這時(shí)，電動(dòng)機(jī)的功率P 將按三次方關(guān)系大幅度地降低，從而達(dá)到節(jié)電的目的，同時(shí)又可提高系統(tǒng)可靠性 及穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)/min2974267623792081178414871189頻率HZ50454035302520流量Qm3/min600540480420360300240軸功率KW5003652551701106532.5節(jié)電率(%)0274966788793.5表1SO2風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)電率對(duì)SO2風(fēng)機(jī)實(shí)行變頻調(diào)速技術(shù)改造后，節(jié)電率見表1。在實(shí)際生產(chǎn)過程中， SO

9、2風(fēng)機(jī)空吹期轉(zhuǎn)速為2300轉(zhuǎn)/每分鐘左右，出渣和出銅期轉(zhuǎn)速1800轉(zhuǎn)/每分鐘 左右，如使用變頻器調(diào)速技術(shù)后，因P與轉(zhuǎn)速的立方成正比，計(jì)算可得：風(fēng)機(jī) 2300 轉(zhuǎn)時(shí)，軸功率 P1=500 x (2300/2974) 3=500 x0.461=230 (KW)；風(fēng)機(jī) 1800 轉(zhuǎn) 時(shí)，軸功率P1=500 x (1800/2974) 3=500 x0.221=110(KW)，因采用閉環(huán)控制，節(jié) 電率可提高5%-10%，故實(shí)際應(yīng)用后，以5%計(jì)，理論上轉(zhuǎn)速2300轉(zhuǎn)時(shí)消耗功率為 500X (0.461-0.05)=206KW，轉(zhuǎn)速 1800 轉(zhuǎn)時(shí)消耗功率 500X (0.221-0.05)=86KW。

10、原來使用液力耦合器調(diào)速，經(jīng)實(shí)測(cè)空吹時(shí)電流22A，出渣時(shí)實(shí)測(cè)電流18A，實(shí)際 消耗功率為P=1.732UIcos0，由式可得：空吹時(shí)P2=1.732x10 x22x0.9=34，出渣 時(shí) P2=1.732x 10 x 17x0.9=265KW采用高壓變頻后，每班空吹時(shí)間2.5-3小時(shí)，每天空吹時(shí)間為8小時(shí)，出渣 和出銅為16小時(shí)，計(jì)算可得使用變頻調(diào)速技術(shù)后每日節(jié)約電量為:W=(343-206) X8+ (265-86)X 16=3960 (kw h);每年以11個(gè)月生產(chǎn)時(shí)間計(jì)算，電費(fèi)以0.48 元計(jì)，則每年將可節(jié)約電費(fèi)為：3960X30X11X0.48=62.7萬(wàn)元，由理論計(jì)算可 見，變頻技術(shù)應(yīng)用節(jié)電效果顯著。使用效果：(1)工況改善，減少電網(wǎng)污染，電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流小， 啟動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，對(duì)電網(wǎng)幾乎沒有沖擊；(2)自動(dòng)化程度高，對(duì)系統(tǒng)管路壓力定值 控制，滿足工藝指標(biāo)的同時(shí)降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。(3)維護(hù)方便， 維修工作量減少，維護(hù)方便，降低了檢修工作強(qiáng)度和費(fèi)用。5 結(jié)束語(yǔ)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)是直接串聯(lián)于高壓電源與高壓電機(jī)之間的變頻調(diào)速設(shè)備， 以其安全、良好的運(yùn)行性能正快速的替代其他調(diào)速產(chǎn)品，全面的進(jìn)入到各個(gè)行業(yè) 的節(jié)能項(xiàng)目中。利用高壓變頻調(diào)速技術(shù)的目的是改