電解鋁煙氣凈化高壓引風機的節能改造應用

朱宏偉

（中國鋁業股份有限公司連城分公司，甘肅 蘭州 730335）

引風機是電解鋁企業重要的輔助設備之一，占廠用電較大份額。凈化引風機依靠擋板閥開度控制流量，能量損耗較大，系統響應速度慢、調節線性差、調節精度低。隨著電解鋁凈化系統負荷的大范圍調整，引風機的風量需要隨著負荷的變化而調整，日常在工頻狀態下低效率運行，導致大量的能量消耗在風道擋板上。由于風機的調速范圍寬，節能潛力大，采用高效節能技術不僅可以減少能源消耗，而且還可有效控制實時變化的風量。電解鋁凈化高壓引風機是目前應用高壓變頻調速技術進行節能改造的主要對象。

1 實施改造前期可行性分析

1.1 概況

某500kA電解鋁生產企業的凈化系統分為3個工區，每區配置3臺凈化高壓風機(風機Y4-73No29.5D、4200Pa、595000m3/h；配套電機1120kW、6kV、功率因數0.85)，擋板閥調節的控制方式，擋板開度約為75%。原系統，無調速裝置，生產實際為定速運行，靠擋板閥調節風量，能量損耗較大，同時系統響應速度慢、調節線性差、調節精度不高。

1.2 能耗情況

第1個月運行時間5659.6小時，平均運行628.8小時；耗電量489.58萬千瓦時，平均54.4萬千瓦時；引風機月平均功率857.1KW。

第2個月運行時間5477.9小時，平均運行時間608.7小時；耗電量471.1萬千瓦時，平均耗電量52.34萬千瓦時；引風機月平均功率852.3KW。

第3個月剔除檢修的一凈化3#引風機，運行時間5235.9小時，平均運行時間675.3小時；耗電量515.5萬千瓦時，平均耗電量64.4萬千瓦時；引風機月平均功率953.3KW。

第4個月運行時間5687.7小時，平均運行時間691.3小時；耗電量538.42萬千瓦時，平均耗電量66.49萬千瓦時；引風機月平均功率962KW。

4個月總運行時間22061小時，總電量20145.98千千瓦時，平均功率906.17kW。

1.3 節能改造的意義

節能和減排兩大技術領域統稱節能減排，二者相互依存。減排需要節能技術的支持，若片面追求減排會造成的能耗激增，節能改造需注重社會、環境效益的均衡。

2 節能技術方式比選

隨著國內科學技術水平不斷發展，大功率引風機的節能技術有了長足進步。從初期的閥門調速、串級調速到液力耦合器，到近十年開始的日益成熟的變頻調速技術，以及近幾年出現的永磁調速技術。各種技術均有一定的優缺點，比較如下表1。

表1 大功率引風機的節能技術比較

通過比較，在大功率引風機節能技術方案上，高壓變頻器的應用具有較高的優勢。

3 變頻節能選型及方案設計

3.1 風機應用變頻的節能原理

供風生產系統中，對于高壓風機，風量（Q）、風壓（H）、轉速（n）和軸功率（P）之間存在如下關系：

Q=K1×n

H=K2×n2

P=K3×H×Q=K1×K2×K3×n3=K×n3

從式中可看出，改變電機的轉速，可調節風量。風機轉速降低后，其軸功率以轉速的3次方的速率減少，對應的電機的電功率亦可大大減少，因此調節轉速是高壓引風機節能降耗的重要途徑。

3.2 變頻器工作要求

高壓變頻器電源輸入、輸出符合相應的標準，無需安裝單獨的輸入濾波器，可節省相應的諧波治理設備費用；提高系統功率因，可有效增加有功輸入，減少輸入容量。單元串聯脈寬調制疊波技術在高壓變頻器的應用，有效抑制輸出諧波含量，輸出波形接近完美的正弦波。

3.3 變頻改造技術方案

（1）變頻技術應用方案

為防止工頻電源直接送到高壓變頻器的輸出端子上，在變頻器的旁路柜內設置三臺真空斷路器。

圖1 引風機改造前后高壓系統簡圖

（2）變頻器主要結構形式：

變頻器由變壓器柜、控制/單元柜、啟動柜（大功率時配置）幾部分組成。柜體中間設計通風道，通過前、后柜門空氣過濾網，冷空氣流經單元散熱器，把功率單元的熱量經通風道，由柜頂通風風機將熱量排出。柜體上外裝空氣過濾網，防止粉塵進入柜體內部。柜門裝設柜門開關，當柜門打開時能發出報警信號。

4 節能改造效果

4.1 節能效果

改造后（一年計）風機系統耗電量688.88kWh/h。較改造前平均功率913.19kW，下降224.31kW，節能效果明顯。

4.2 直接經濟效益

項目節能量=（改造前風機系統單小時耗電量-項目改造后風機系統單小時耗電量）×風機系統年運行時間×電標煤系數

項目改造后年節電量=（913.19kWh/小時-688.88 kWh/小時）×77714.6=17432160kWh。

折標系數取0.315 kgce/kWh。

項目改造后年節能量=17432160kWh×0.315kgce/kWh÷1000=5491tce。

電價按0.41元/度計算，預計年節能效益=17432160kWh×0.41元/kWh÷10000=714.72（萬元）

4.3 間接經濟效益

（1）采用變頻調節后，轉速降低，風機運行平穩，無任何附加的異常振動和噪音，有效消除了風機的喘振現象，減輕了風機本體各部件（葉輪、軸承等）的磨損，有效延長了設備壽命和維護周期，降低了運行和維護費用。

（2）通過變頻改造，電機實現了軟起動，啟動電流小于電機額定電流的1.2倍，避免工頻起動時大電流對電動機、電網的沖擊，延長受電設備的使用壽命。

（3）變頻運行時，風機入口擋板開度可達100%，減少了擋板閥的維護量。變頻器運行中，只需定期對濾網除塵（不停機），確保了生產系統的穩定性。

（4）變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升等多項保護功能，增強電機的保護功能。由于調速系統在運轉設備與備用設備之間實現計算機聯鎖控制，機組實現自動運行和相應的保護及故障報警，操作工作由手動轉變為監控，大大降低了勞動強度，提高了生產效率，為優化運營提供了可靠保證。

5 結束語

電解高壓引風機的變頻改造效果明顯，具有良好的直接和間接經濟效益，大量節約了電能。因此高壓變頻技術在電解高壓引風機的應用具有較大的市場前景。