硅整流擴能改造的設計及應用

毛斌

[摘? ? 要]對于沒有原料基地的鋅冶煉企業，要想獲得生存空間就必須在制造成本上取得優勢，而降低制造成本最直接有效的方式之一就是增加產量、攤薄噸鋅固定成本。本文介紹了云銅鋅業以擴大產能為目的，提出了硅整流的改造思路和設計實施方案，并最終取得了較好的效果。

[關鍵詞]硅整流;改造;設計

[中圖分類號]U472 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）12–00–03

[Abstract]For zinc smelting enterprises without raw material base， if they want to gain living space， they must gain advantages in manufacturing cost， and one of the most direct and effective ways to reduce manufacturing cost is to increase production and dilute fixed cost per ton of zinc. In order to expand the production capacity of Yunnan copper zinc industry， this paper introduces the transformation idea and design implementation scheme of silicon rectifier， and finally achieves good results.

[Keywords]silicon rectifier; transformation; design

近年來，由于原材料價格的不斷上漲，對于云南云銅鋅業股份有限公司這樣一個原料在外、產品市場在外的企業來說，其生存空間不斷受到擠壓。因此如何降低生產成本已成為云銅鋅業一個不變的主題。而降低成本，除了在日常生產管理中不斷的尋找可挖的潛力來降低加工費或提升生產效率，另外比較可行的辦法就是增加產量，降低生產成本中固定費用的攤消。通過增加產量帶來副產品的邊際效益是一個一舉多得舉措。而云銅鋅業經過多年預算化管理的引導和考核，日常管理的挖潛增效項目越來越有限，經過多方論證，云銅鋅業提出了擴大產能的想法。而要擴大產能、增加產量，云銅鋅業最大的阻礙是受限于硅整流設計能力。在這樣的背景下，云銅鋅業提出了改造硅整流、擴大電解生產能力的大膽設想。

1 硅整流系統改造前存在的問題

原硅整流系統于2002年開始投入使用，該系統采用四臺有載調壓整流變壓器與四套硅整流裝置進行連接，采用三相橋式同相逆并整流電路，雙系列移相，實現交流電到直流電的變換。主要額定特性參數如下：

額定輸入電壓UL：3相，36.5 kV，50 Hz;

額定整流電壓UdN：350 V;

額定整流電流IdN：17500 A;

額定網側輸入功率PL：7150 kVA;

調變有載分接27級調壓范圍：65～105% UdN;

有載調壓整流變壓器冷卻方式：油浸自冷;

整流柜冷卻方式：純水循環水冷。

該系統經過多年的使用，改造前就已存在變壓器溫升高、漏油、吊芯多年沒有檢查、有載調壓開關動觸頭電纜發熱、整流器水溫過高，大電流刀開關發熱等一系列問題，對生產用電的安全、可靠造成了一定的影響。同時，隨著鋅業的不斷發展，鋅錠的產能已由原來的4萬t/a增至6萬t/a，其整流輸出電壓為320 V，單系列總電流達到35000 A，已逼近原有硅整流系統的設計能力極限。找出制約提升硅整流負荷的瓶頸，采取對策，是硅整流系統提升負荷的關鍵。

在這樣的情況下，能否通過對原有硅整流系統的優化設計及局部改造，考慮硅整流系統的平穩性和安全性的前提下，進一步挖掘硅整流系統的潛力、提升硅整流的輸出功率，則成為鋅錠產能是否能夠擴大的一條重要途徑，同時也是在改造后能否實在減低噸鋅單耗，獲得邊際效益的一個關鍵事項。

2 改造的目標提出及方案設計

2.1 改造目標值的提出

對原系統進行認真詳細的分析可以發現：原系統的每組整流輸出電壓Ud為320 V，電流Id為17 500 A。Id值已達到額定整流電流IdN，但Ud尚未達到額定整流電壓UdN。

根據電功率公式：P=UI，如果Ud從320 V提升到額定值350 V，在不計增加的損耗的前提下，供電能力將在原有的基礎上提升9.37%。

因此，此次硅整流改造的目標值為：通過局部改造，使供電能力提升8%。

2.2 改造技術方案

2.2.1 設計原則

單純通過調整有載調壓開關，可以提升整流輸出的電壓，但是同時也將引起整流電流的上升，使整流管發熱嚴重，從而導致整流管損壞。因此，必須同步增加電解槽的數量，使回路電阻值變大，抑制電流的增長。

此外。針對改造前原系統存在的變壓器溫度升高、變壓器漏油、吊芯多年沒有檢查、有載調壓開關動觸頭電纜發熱、大電流刀開關溫升過高、整流器水溫過高等主要問題，在改造中一并考慮，提高改造后系統的安全性和可靠性。

2.2.2 硅整流改造設計技術方案

硅整流改造的設計技術方案如圖1所示。

2.3 設計方案的技術可行性分析

設計方案的技術可行性分析見表1。

3 項目實施前的可行性評估及風險評價

3.1 項目的經濟性評估

3.1.1 經濟評價模型

供電能力增加經濟評價模型見圖2。

3.1.2 按照電能提高8%和電解擴槽同步的設計方案的經濟預測

硅整流改造預期達到目標的經濟預測見表2。

3.2 經濟敏感性分析

在經濟評估模型中，考慮到電流效率和硅整流電能的提升空間，對邊際收益進行了敏感性分析，分析的結論如下。

（1）電流效率是影響邊際收益的最大因素。當電流效率下降到85%時，邊際產量在4 836 t時邊際效益出現負值。但根據公司目前的電效水平，這種情況出現的可能性不大。

（2）隨著電能的提升，產量增加。但電能的提升受硅整流安全穩定運行的影響，其提升幅度會對邊際效益的增加產生一定的影響。

3.3 硅整流挖潛風險評估

硅整流挖潛風險評估見表3。

通過上述對方案的分析，可以得出下述結論。

（1）改造有利于改善硅整流系統的安全狀況。

（2）改造依然有風險存在，但風險是可控制的。

（3）改造可以獲得較大的經濟收益。

（4）不改造，風險依然存在。改造比不改造好。

4 項目的實施及效果

2011年2月開始進行項目改造，并且硅整流的改造與電解擴能改造同步實施，硅整流的改造的主要內容見表4。

項目歷經了兩個階段分步實施后，于3月初順利實施完成并投產使用，硅整流系統運行2個多月，結果完全達到最初的設計目的。表5是改造前后的數據統計對比。

通過改造，硅整流提升供電能力11.84%，鋅片產量增加11.89%，硅整流系統的可靠性及安全性得到進一步的提升，經2個多月的運行，未出現跳閘現象，整流電壓基本維持在350 V附近，電流總體增加了3 000 A，變壓器溫升有明顯下降，整流管溫升無異常變化。

在方案的實施中，由于考慮并采用了自帶的離子交換器的風水冷卻系統，使得循環的純水水質更好，提高了整流系統的可靠性。同時，整流變壓器風油系統采用了油流指示器、熱繼自動切換，風機自動開啟，變頻調速等技術，極大提升了變壓器工作的安全性。

從投入來看，全部投資為456萬元，產生的邊際效益大于1 662萬元，投入產出可觀，當年可以收回投資。

5 結語

通過對原有的硅整流和電解擴能改造，提高了云銅鋅業電解系統的產能，實現穩產高產。項目的順利實施并一次送電成功，充分體現了云銅鋅業的核心價值觀，是云銅鋅業通過實施技術創新，進行挖潛增效的大膽嘗試和成功典范。同時，該項目的實施，大大增強了科技人員實施科技創新項目的動力和信心。

參考文獻

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