應(yīng)用變頻器技術(shù)實(shí)現(xiàn)SO2風(fēng)機(jī)節(jié)能改造

路曉杰

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

硫酸車間制酸一系列共有三臺(tái)SO2風(fēng)機(jī)，其中1#、2#主風(fēng)機(jī)為日立品牌，1980年制造，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)互為備用。3#風(fēng)機(jī)為1993年工廠“1542”改造時(shí)新增設(shè)備，作為1#、2#主風(fēng)機(jī)的接力風(fēng)機(jī)，在正常生產(chǎn)時(shí)采用兩臺(tái)風(fēng)機(jī)接力的方式（1#/2#+3#）來提供動(dòng)力。其中1#、2#主風(fēng)機(jī)功率為4400kW，3#風(fēng)機(jī)功率為1680kW，均為硫酸車間主要耗能設(shè)備。

據(jù)了解，日本同時(shí)期的SO2風(fēng)機(jī)均已進(jìn)行了改造，以提高綜合能耗指標(biāo)和可靠性。

據(jù)市場調(diào)查顯示，國內(nèi)外同行在配備大風(fēng)機(jī)的生產(chǎn)工藝中均采用了變頻器調(diào)速運(yùn)行的方式來解決能耗問題，而且取得了顯著的成果［1］。

2 變頻器應(yīng)用的優(yōu)勢

變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率的方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備［2］。變頻器通過采集負(fù)載工作時(shí)的實(shí)際功率信息，改變內(nèi)部IGBT的通斷狀態(tài)來調(diào)節(jié)輸出電源的電壓高低和頻率大小，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能的目的。隨著工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程的推進(jìn)，變頻器在各大領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用［3］。

變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風(fēng)機(jī)、水泵類能耗設(shè)備的應(yīng)用上。風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載采用變頻調(diào)速后，節(jié)電率甚至能達(dá)到60%，這主要是因?yàn)轱L(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的實(shí)際消耗功率與轉(zhuǎn)速的三次方基本成正比。當(dāng)生產(chǎn)所需要的平均流量較小時(shí)，風(fēng)機(jī)、泵類采用變頻調(diào)速使其轉(zhuǎn)速降低，節(jié)能效果非常明顯。而傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、泵類采用擋板、導(dǎo)葉或者閥門進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變，耗能基本不變，電能就這樣被白白浪費(fèi)掉了。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)、泵類電動(dòng)機(jī)用電量已經(jīng)占全國用電量的31%，占工業(yè)用電量的50%。在此類負(fù)載上使用變頻調(diào)速裝置將具有非常重大的意義［4］。

目前，硫酸一系列SO2風(fēng)機(jī)依然采用液力耦合器的方式控制煙氣的流量。當(dāng)煙氣流量達(dá)到一定量時(shí)，電機(jī)額定運(yùn)行，這時(shí)電機(jī)的工作處于最佳狀態(tài)，電能利用率較高；當(dāng)煙氣不足，流量減少，需要通過減小導(dǎo)葉開度來減少煙氣流量輸出，此時(shí)電機(jī)仍然在額定狀態(tài)下運(yùn)行，這就大大降低了電機(jī)的利用率，浪費(fèi)了電能，與國家節(jié)能環(huán)保的要求不相符合［5］。

綜合考慮，現(xiàn)對硫酸一系列SO2風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，新裝一臺(tái)西門子3K風(fēng)機(jī)并可以變頻調(diào)節(jié)，既能達(dá)到節(jié)能增效要求，又可一并解決設(shè)備老化問題。

3 變頻器選型原則

我們在選用變頻器時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮負(fù)載所處工況的最惡劣情況，留下充分的裕度和必須的保護(hù)措施。在選型時(shí)，要綜合考慮其技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等。如果選型不當(dāng)，會(huì)極大的影響變頻器的工作效率甚至正常的運(yùn)行。所以，選型可以根據(jù)以下幾個(gè)方面進(jìn)行選擇。

（1）根據(jù)使用變頻器的目的進(jìn)行選擇。

（2）根據(jù)負(fù)載的類型及其性能曲線進(jìn)行選擇。

（3）根據(jù)負(fù)載的電壓、電流以及轉(zhuǎn)矩進(jìn)行選擇。

（4）根據(jù)負(fù)載的工況進(jìn)行選擇。

總的原則就是變頻器性能一定要跟負(fù)載相匹配［6］。

4 風(fēng)機(jī)變頻改造的目的

此項(xiàng)目的具體內(nèi)容是拆除原有的1#SO2主風(fēng)機(jī)，新裝一臺(tái)西門子3K風(fēng)機(jī)并加裝變頻器，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)節(jié)。一是可以一次性的解決1#SO2風(fēng)機(jī)設(shè)備老化，效率降低問題，而且可通過變頻器的應(yīng)用提高對電能的利用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)省電能，降本增效的目的。

5 風(fēng)機(jī)變頻改造方案

在風(fēng)機(jī)房外空地新裝一臺(tái)西門子3K風(fēng)機(jī)，加裝變頻器，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)節(jié)。將硫酸1#高壓配電室1樓空置庫房改建為高壓變頻器室，用于安裝高壓變頻器。風(fēng)機(jī)具體型號(hào)可以與硫酸三系列主風(fēng)機(jī)保持一致，變頻器采用ABB產(chǎn)品中的ASC5000系列（在此選擇這個(gè)型號(hào)的變頻器，考慮滿足工藝要求外，主要因?yàn)榭梢院鸵延械娜盗酗L(fēng)機(jī)所使用的變頻器互為備用，三系列也使用的此型號(hào)變頻器，并且效果很好），經(jīng)過多方考察和研究，此變頻器在大風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行中，使用相當(dāng)廣泛，性價(jià)比較高，得到大部分用戶的認(rèn)可。在正常生產(chǎn)時(shí)運(yùn)行3K風(fēng)機(jī)即可滿足生產(chǎn)需要，2#、3#風(fēng)機(jī)處于備用狀態(tài)；當(dāng)制酸三系列風(fēng)機(jī)出現(xiàn)異常時(shí)，也可將新安裝的3K風(fēng)機(jī)移至三系列使用，即增加一臺(tái)風(fēng)機(jī)可以保證兩套系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。

表1 工藝數(shù)據(jù)對比表

從上表可以看出，原有三臺(tái)風(fēng)機(jī)在正常生產(chǎn)過程中，功率是1#風(fēng)機(jī)（或2#風(fēng)機(jī)）與3#風(fēng)機(jī)的功率總和，為6080kW，不會(huì)隨著生產(chǎn)工藝的變化而變化。但應(yīng)用了變頻器的3K風(fēng)機(jī)在風(fēng)量滿足生產(chǎn)工藝要求的同時(shí)，能夠靈活自主的調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速，改變其功率大小。

在制酸過程中，原工藝為煙氣經(jīng)干燥塔后通過1#/2#SO2風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力，經(jīng)過一次轉(zhuǎn)化、吸收后，再通過3#風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力，進(jìn)入后續(xù)設(shè)備；改造之后煙氣經(jīng)干燥塔后通過新增的3K風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力，進(jìn)入后續(xù)所有設(shè)備，2#、3#風(fēng)機(jī)保留備用。新安裝3K風(fēng)機(jī)因有變頻功能，可以無極調(diào)速，單獨(dú)運(yùn)行即可滿足硫酸制酸一系列正常生產(chǎn)運(yùn)行。如圖1。

圖1 改造前后工藝流程對比圖

6 具體實(shí)施過程

第一步：首先，在老風(fēng)機(jī)房外空地安裝新3K風(fēng)機(jī)。按照設(shè)計(jì)圖紙施工，做好風(fēng)機(jī)以及新電機(jī)的基礎(chǔ)，再根據(jù)設(shè)備要求按照安裝步驟把新的風(fēng)機(jī)以及新電機(jī)安裝到位。其次，在1#高配1樓空置庫房按照土建圖紙新建電纜溝，安裝照明以及通風(fēng)冷卻系統(tǒng)，將其改造成高壓配電室，再根據(jù)變頻器廠家設(shè)備的具體要求將變頻器安裝到位。將1#高壓配電室中原有1#SO2風(fēng)機(jī)高壓柜的控制回路以及一次回路進(jìn)行改線，使其滿足對新變頻器及新風(fēng)機(jī)的控制及供電需求。最后，制作新煙管，將新風(fēng)機(jī)與老煙管進(jìn)行對接。

第二步：敷設(shè)電纜。根據(jù)圖紙管線表，將風(fēng)機(jī)運(yùn)行所需控制電纜和動(dòng)力電纜全部按照規(guī)范敷設(shè)到位，并進(jìn)行對接；完成后，對所有控制線進(jìn)行校對，確保接線的準(zhǔn)確無誤；對所有動(dòng)力電纜校對相序以及標(biāo)號(hào)，避免出錯(cuò)。

第三步：脫開高壓出線柜出線端，對變頻器進(jìn)行上電試機(jī)，配合廠家調(diào)試人員對變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，功能測試，連鎖測試等。

第四步：把電機(jī)聯(lián)軸器與變速箱脫開，不帶負(fù)荷通電試機(jī)調(diào)試。

第五步：利用定修機(jī)會(huì)對接帶負(fù)荷試機(jī)，并穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間，確定達(dá)到滿足生產(chǎn)需要的要求。

7 預(yù)期達(dá)到的效益

新增的3K風(fēng)機(jī)可保證制酸一系列生產(chǎn)，2#、3#風(fēng)機(jī)處于備用狀態(tài)，在生產(chǎn)過程中，3K風(fēng)機(jī)通過變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)量，可以實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，可以取得以下兩個(gè)效果。

（1）通過變頻器調(diào)速，取代了以往高耗能的液力耦合器調(diào)速方式，在系統(tǒng)風(fēng)量較小時(shí)可以實(shí)現(xiàn)低速運(yùn)轉(zhuǎn)，并且功率因數(shù)還能夠保持在0.95以上，功率因數(shù)的提高有利于能耗的進(jìn)一步降低。預(yù)計(jì)每年可在現(xiàn)有基礎(chǔ)上節(jié)約1/3的電能，可節(jié)電近1000萬kW·h，符合工廠的節(jié)能方針。

（2）改造后的硫酸系統(tǒng)具有更高的可靠性，即可作為一系列使用，也可作為三系列備用，為銅酸系統(tǒng)的順行生產(chǎn)提供了技術(shù)支持。

通過對1#SO2的變頻改造，一次性解決了風(fēng)機(jī)嚴(yán)重老化，效率降低的問題，還大大降低了用電量，符合工廠降本增效的方針政策，每年將為工廠節(jié)約大筆的成本費(fèi)用，真真正正的實(shí)現(xiàn)了高效生產(chǎn)。

8 結(jié)束語

綜上所述，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，大部分行業(yè)都面臨著設(shè)備老化，效率低下的困境，而變頻器的廣泛應(yīng)用給我們提供了一個(gè)很好的解決方案。超強(qiáng)的性能和環(huán)境適應(yīng)力，使得它能夠應(yīng)用于各行各業(yè)的生產(chǎn)當(dāng)中，它能夠從根本上解決能耗問題，極大提高能源利用率，這與我們國家綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念是相符的。并且現(xiàn)在已經(jīng)有很多成功案例可以借鑒和參考，技術(shù)已經(jīng)非常成熟。所以此方案值得大力推廣應(yīng)用。