高壓變頻器在煤化工行業(yè)的應(yīng)用1

1、高壓變頻器在煤化工行業(yè)的應(yīng)用（1）-旭陽公司焦?fàn)t尾氣除塵風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造 1引言旭陽煤化工集團(tuán)是全球領(lǐng)先的煤化工產(chǎn)品供應(yīng)商，集團(tuán)總部位于北京，核心業(yè)務(wù)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(tuán)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(shí)現(xiàn)銷售收入43億元，實(shí)現(xiàn)利稅5.06億元。河北省旭陽焦化集團(tuán)焦?fàn)t是焦化廠的主要生產(chǎn)設(shè)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(kuò)散的煙塵，對人體危害極大。尤其在焦?fàn)t爐頂大氣中苯可溶物嚴(yán)重超標(biāo)，焦 爐工作區(qū)粉塵濃度

2、也超標(biāo)，嚴(yán)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(biāo)準(zhǔn)（GB16297 1996），對 煙氣必須冷卻、凈化，由引風(fēng)機(jī)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?fàn)t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(jī)拖動風(fēng)機(jī)，抽取前級焦?fàn)t出焦時產(chǎn)生的焦?fàn)t煙氣和灰塵， 吸收的煙塵和氣體進(jìn)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(fēng)機(jī)型號AI850O由于焦?fàn)t周期性間斷推焦，為滿足 節(jié)能和環(huán)保要求，要求風(fēng)機(jī)在整個煉焦工作周期內(nèi)變速運(yùn)行，推焦時高速運(yùn)行，不推 焦時低速運(yùn)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(yùn)行，發(fā)現(xiàn)液力偶合器技術(shù)存在著局限性，主要表現(xiàn)在：1）調(diào)速范圍在40%95%之間，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定；造成能源浪費(fèi)。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(jī)維修，無法切換至工頻旁路運(yùn)行，造成焦?fàn)t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(yīng)慢。5）電機(jī)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(yīng)用的越來越普遍，高壓變頻器的性價(jià)比越來越高，相比液力偶合 器變頻器具有以下優(yōu)點(diǎn)：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(hù)，萬一變頻器故障，電機(jī)還可 以直接掛電網(wǎng)工頻運(yùn)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(jī)及負(fù)載機(jī)械實(shí)現(xiàn)真正的軟啟動，如果工藝需要，電機(jī)可以在短 時間內(nèi)多次重復(fù)啟動。5）高壓變頻器不會因?yàn)殡姍C(jī)速度的高低而增加成本，而低速大容量的電機(jī)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(shí)現(xiàn)。鑒于此，在2009年節(jié)能改造工作中，焦化廠領(lǐng)導(dǎo)決定對地面除塵站除塵風(fēng)機(jī)（一 期工程）進(jìn)行改造，經(jīng)多方考察，采用高壓變頻器對除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速。2高壓變頻器技術(shù)改造方案

5、除塵風(fēng)機(jī)是除塵凈化系統(tǒng)的動力中樞，一旦除塵風(fēng)機(jī)不能正常運(yùn)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?fàn)t又周期性間斷推焦；所以，和除塵風(fēng)機(jī)配套的高壓調(diào)速系統(tǒng)方案應(yīng)周密細(xì) 致，經(jīng)過雙方技術(shù)人員的合作，制定了一期工程除塵風(fēng)機(jī)的技術(shù)改造方案。改造方 案如下：2.1設(shè)備配置風(fēng)光高壓變頻調(diào)速系統(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)故障時，將電機(jī)投入到工 頻電網(wǎng)運(yùn)行，保證生產(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)。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(guān)BPQ： JD-BP38-630F 高壓變頻器D： 630kW/10kV異步電動機(jī)。手動旁路柜中，共有3個高壓隔離開關(guān)，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(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電磁互鎖。當(dāng)K1、K3閉合，K2斷開時，電機(jī) 變頻運(yùn)行；當(dāng)K1、K3斷開，K2閉合時，電機(jī)工頻運(yùn)行，此時變頻器從高壓中隔離 出來，便于檢修、維護(hù)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(guān)與變頻輸出隔離開關(guān)，以防止出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，確保操作人員和設(shè)備的安全?，F(xiàn)場控制要求可以遠(yuǎn)程和本機(jī)控制。風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行時，如果

7、變頻器出現(xiàn)嚴(yán)重故障， 變頻器自動停機(jī)。遠(yuǎn)程控制時，通過操作臺工頻變頻旋鈕把電機(jī)切換到工頻電網(wǎng)運(yùn) 行，當(dāng)推焦周期結(jié)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(jī)控制時，通過變頻器控制柜工頻變頻 旋鈕把電機(jī)切換到工頻電網(wǎng)運(yùn)行，當(dāng)推焦周期結(jié)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(jī)及風(fēng)機(jī)參數(shù)電機(jī)參數(shù)負(fù)載名稱除塵風(fēng)機(jī)口所帶負(fù)載類型離心風(fēng)機(jī)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(zhuǎn)速（rpm990P絕緣等級F級Q風(fēng)

8、機(jī)參數(shù)型號AI85OP額定功率住*，500額定風(fēng)重（寥蟲）5100QP額定轉(zhuǎn)速irpm.9902.3除塵風(fēng)機(jī)工藝要求除塵風(fēng)機(jī)用于焦炭出焦時除塵使用，該焦?fàn)t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(fēng)量達(dá)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(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)為高低速兩檔運(yùn)行，不出焦時， 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速約600rpm；出焦時，風(fēng)機(jī)升速至800rpm （或者870rpm）。具體操作如下：推焦除塵風(fēng)機(jī)平時不出焦時在低速運(yùn)行（30Hz ）。推焦機(jī)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(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)在不推焦時，只需要很低的轉(zhuǎn)速，根本不需要滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。利用高壓變頻 器根據(jù)實(shí)際需要對除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行變速運(yùn)行，既改善了工藝，又達(dá)到節(jié)能降耗的目的 和效果。對除塵風(fēng)機(jī)高壓變頻監(jiān)控具體實(shí)現(xiàn)過程如下：變頻器操作可以在本機(jī)控制，也可以 遠(yuǎn)程操作。變頻器包括一臺內(nèi)置的PLC，用于柜體內(nèi)開關(guān)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(kuò)展控 制開關(guān)量，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。變頻器也可由控制室的上位機(jī)或操作臺進(jìn)行

10、操作。現(xiàn)場操作人員可以通過上位機(jī)或操作臺對變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)程操作并監(jiān)控變頻器運(yùn)行狀 態(tài)，可以根據(jù)工況需要自由設(shè)定，完全可以滿足工藝要求。上位機(jī)：可以通過上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，一方面便于用戶隨時了解設(shè)備運(yùn)行情況， 另一方面，也利于設(shè)備的遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)，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(jìn)行簡單的遠(yuǎn)程操作，包括：工頻/變頻切換。泊現(xiàn)場所需開關(guān)量節(jié)點(diǎn)舊表2現(xiàn)場所需開關(guān)童節(jié)點(diǎn)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(diǎn)4元源接點(diǎn)、原系統(tǒng)高壓配電室給變頻器（斷路器常開點(diǎn)）p37聯(lián)跳高壓信號4輸出4常開點(diǎn)。無源接點(diǎn)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(diǎn)4元源接點(diǎn)，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(jī)常開點(diǎn)4無源接點(diǎn)，:CS提供給變頻器小倒外控停機(jī)4輸人4常開點(diǎn)4無源接點(diǎn)DCS提供給變頻器中*七卜盛急商輸入口常閉點(diǎn)4無源接點(diǎn)#DCS提供給頻器口,低速9,輸入口常開點(diǎn)4無源接點(diǎn)，DCS提供給變頻器7高速9輸入P常開點(diǎn)4無源接點(diǎn)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(shù)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(shù)、功率單元串聯(lián)多電 平技術(shù)，其諧波指標(biāo)遠(yuǎn)小于IEE519-1992的諧波國家標(biāo)準(zhǔn)，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(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)。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。控制器部分以高速微處理器實(shí)現(xiàn)控制以及與子微處理器間進(jìn)行通信。 風(fēng)光高壓變頻器采用模塊化設(shè)計(jì)，互換性好、維修簡單。JD-BP38-630F高壓變頻 器主要技術(shù)參數(shù)如下表3所示。表3

13、 JIXBP38Y3或商壓變頻器王要技術(shù)參數(shù)變頻器容星（瞧）8W模擬星輸入20mA,任意設(shè)定傳笙電機(jī)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(guān)量輸入輸出，可按用戶要求擴(kuò)展尸禎定輸點(diǎn)電壓10000VC - 20%+。%) 4運(yùn)行環(huán)境溫度4度 口崎入功率因數(shù)7.96（刃0%負(fù)載）世存運(yùn)輸溫度-2070度變頻器效率點(diǎn)甑定員載下7.免冷卻方式強(qiáng)迫風(fēng)備輸出頻率范圍gSOP環(huán)境濕度頸,無凝結(jié)*J輸出變頻分辨率ootp開關(guān)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(shè)備運(yùn)行情況 從2009年10月31日正式投入

14、運(yùn)行以來，一直正常運(yùn)轉(zhuǎn)，沒有出現(xiàn)故障。總的來 說，投入變頻器后有以下優(yōu)點(diǎn)：1）運(yùn)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(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?，F(xiàn)場變頻器運(yùn)行照片如 圖3所示。圖3現(xiàn)場變頻器運(yùn)行照片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。隨著焦?fàn)t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，滿足焦?fàn)t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

15、電機(jī)、風(fēng)機(jī)的使用壽命，提高了風(fēng)機(jī)的利用效率。原舊焦?fàn)t除塵風(fēng)機(jī)在運(yùn) 行過程中，經(jīng)常造成風(fēng)機(jī)和電機(jī)的損壞，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。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，在過去液力偶合器調(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(shí)現(xiàn)除塵系統(tǒng)自動化控制。5）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）節(jié)能效果顯著，

16、大大降低了電耗。5節(jié)能分析焦?fàn)t除塵風(fēng)機(jī)高壓變頻器投入使用以來，運(yùn)行情況良好，基本達(dá)到預(yù)期的改造目的。 除塵風(fēng)機(jī)只有在推焦車推焦的時候需要高速，帶動風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行使風(fēng)機(jī)的吸力達(dá)到 1.5KPa即可滿足工藝要求，達(dá)到除塵的效果，滿足環(huán)保要求。根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際考察， 旭陽焦化公司一期的焦?fàn)t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(fēng)機(jī)高速運(yùn)行，而且每一次推焦持續(xù)的時間是80S。焦?fàn)t每爐周期 10min，80S要求除塵風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速800rpm（40Hz）或870 rpm（43.5Hz），其余時 間要求風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速600rpm（30Hz）。除塵風(fēng)機(jī)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(diǎn)2月點(diǎn)3月s4月點(diǎn)5月點(diǎn)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(jì)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(dá)：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(fēng)機(jī)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(jì)報(bào)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(jì)數(shù)據(jù)看，2009年1