摘 要 根據(jù)鋁電解槽煙氣凈化系統(tǒng)負(fù)荷的平衡,計算出三個大功率排煙機(jī)系統(tǒng)的引風(fēng)量約有(15%+17%+17%)的余量。原排煙系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)風(fēng)力的擋板實現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié),能量損失嚴(yán)重,經(jīng)過技術(shù)改造采用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)量、節(jié)能效果顯著。
關(guān)鍵字 高壓變頻器;排煙機(jī);節(jié)能應(yīng)用計算
0 引言
青海大通公司一電解凈化系統(tǒng)排煙機(jī)擔(dān)負(fù)著260 臺電解槽的煙氣凈化任務(wù),電解煙氣的處理采用三套干法凈化系統(tǒng)(分別設(shè)在260 臺電解槽的東、中、西部),每套系統(tǒng)分別處理100 、80 和80 臺槽的電解煙氣。目前,東部凈化為新建煙氣凈化系統(tǒng),排煙機(jī)為500kW 異步電機(jī)4 臺;而舊系統(tǒng)(即中、西部)排煙機(jī)由同步電機(jī)拖動,電機(jī)功率800 kW,額定電壓為6 kW,電機(jī)的啟動方式為異步全電壓直接啟動,啟動電流大,對電網(wǎng)的沖擊大,并且影響電機(jī)的使用壽命。排煙機(jī)的控制采用人工啟、停,技術(shù)較落后,控制系統(tǒng)中的風(fēng)量調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板實現(xiàn)的,這種風(fēng)量調(diào)節(jié)方式不但使風(fēng)機(jī)的效率降低,也使很多能量白白消耗在擋板上,資源浪費(fèi)相當(dāng)嚴(yán)重。凈化系統(tǒng)需要檢修時,必須關(guān)閉排煙機(jī)入口閥門,而排煙機(jī)仍處于正常的運(yùn)行狀態(tài),浪費(fèi)了大量的電能。由于變頻器可實現(xiàn)大功率電動機(jī)的軟起、軟停、避免了啟動時的電壓沖擊,減少了電動機(jī)的故障率,延長了使用壽命,同時也降低了對電網(wǎng)的容量要求和無功損耗,為此,我們決定對三個系統(tǒng)采用變頻器進(jìn)行技術(shù)改造。
1 電解槽和排煙機(jī)技術(shù)參數(shù)
1.1 電解槽主要技術(shù)參數(shù)
電解槽型 180 kA 預(yù)焙陽極電解槽;
電解槽數(shù)量 260 臺;
單槽排煙量 8 800m3/h;
煙氣溫度 120℃;
電解槽集氣效率 98%;
當(dāng)?shù)卮髿鈮? 77 327 Pa
1.2東部排煙機(jī)系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)
1.2.1電機(jī)參數(shù)
型號 Y450-6
額定功率 500 kW
額定電壓 6.3 kV
額定頻率 50 Hz
額定電流 59.9A
額定轉(zhuǎn)速 960 r/min
數(shù)量 4 臺
運(yùn)行方式 每2 臺并聯(lián)同時運(yùn)行
1.2.2 風(fēng)機(jī)參數(shù)
型號 Y4-73NO.22F;
額定流量 302 400m3/h;
額定轉(zhuǎn)速 960 r/min;
軸功率 500 kW;
全壓 4.316 kPa 臺
1.3中、西部排煙機(jī)系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)
1.3.1電機(jī)參數(shù)
型號 TD118/448
額定功率 800 kW
額定電壓 6.3 kV
額定頻率 50 Hz
額定電流 90.5A
額定功率因數(shù) 0.9~1.0
額定轉(zhuǎn)速 750 r/min
1.3.2 風(fēng)機(jī)參數(shù)
型號 Y4-73-11NO28D
額定流量 500 000m3/h
額定轉(zhuǎn)速 730 r/min
軸功率 800 kW
全壓 3.842 kPa
2 凈化系統(tǒng)負(fù)荷計算
中國鋁業(yè)公司青海分公司一電解廠現(xiàn)有180 kA 預(yù)焙陽極電解槽260 臺,年產(chǎn)原鋁12 萬噸。電解煙氣的處理采用干法凈化系統(tǒng)。
2.1東部系統(tǒng)負(fù)荷計算
2.1.1系統(tǒng)的總風(fēng)量
系統(tǒng)的總風(fēng)量QE(m3/h) 按式(1)計算。

2.1.2 排煙機(jī)引風(fēng)量

2.2西部(中部)系統(tǒng)負(fù)荷計算
2.2.1系統(tǒng)的總風(fēng)量
系統(tǒng)的總風(fēng)量QW(m3/h)按式(3)計算。

2.2.2 排煙機(jī)引風(fēng)量
3 改造方案
3.1 控制方案
三個系統(tǒng)排煙機(jī)電機(jī)配置高壓變頻器,由高壓變頻器控制排煙機(jī)的運(yùn)行。排煙機(jī)在啟動過程中,變頻器的頻率由低向高平滑上升,電機(jī)的轉(zhuǎn)速由零逐漸上升到額定轉(zhuǎn)速,啟動過程平穩(wěn),對電網(wǎng)沖擊??;當(dāng)排煙機(jī)正常運(yùn)行時,可根據(jù)工藝要求,對高壓變頻器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,實現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制,從而達(dá)到調(diào)節(jié)排煙機(jī)引風(fēng)量的目的。同時建立風(fēng)機(jī)恒壓智能閉環(huán)控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)由控制器(工控機(jī)、可編程控制器)、高壓變頻器、壓力傳感器等組成。當(dāng)排煙機(jī)正常運(yùn)行時,此控制系統(tǒng)根據(jù)壓力傳感器檢測到的煙氣凈化系統(tǒng)中的壓力值,通過可編程控制器調(diào)節(jié)變頻器,來調(diào)整排煙機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而達(dá)到調(diào)節(jié)排煙機(jī)引風(fēng)量的目的。
3.2系統(tǒng)配置
3.2.1 變頻器控制方式選擇
東部煙氣凈化系統(tǒng)排煙機(jī)共5 臺(1 臺備用) ,配變頻器2 臺(1 臺備用),系統(tǒng)正常運(yùn)行時3 臺風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行,1 臺風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行。該系統(tǒng)中任何1 臺風(fēng)機(jī)都可以實現(xiàn)軟啟動和從變頻向工頻的切換運(yùn)行。
中、西部煙氣凈化系統(tǒng)1 套,每套系統(tǒng)中有排煙機(jī)3 臺(1 臺備用),配變頻器2 臺(1 臺備用) ,系統(tǒng)正常運(yùn)行時1 臺風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行、1 臺風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行。該系統(tǒng)任何1 臺風(fēng)機(jī)都可以實現(xiàn)軟啟動和從變頻向工頻的切換運(yùn)行。
3.2.2 控制方式及監(jiān)控
中、西部系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的啟停設(shè)計為現(xiàn)場、控制室兩地控制。控制柜、變頻器、PLC 安裝在現(xiàn)場,控制柜共需要4 臺。2 臺工控機(jī)安裝在凈化主控室,利用組態(tài)軟件和Profibus-DP 通訊網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控各風(fēng)機(jī)工作狀況,分別在現(xiàn)場和控制室兩地顯示。監(jiān)控功能實現(xiàn)風(fēng)機(jī)的出口風(fēng)壓、軸承溫度、風(fēng)機(jī)軸承振動、電機(jī)電流的檢測,控制系統(tǒng)可根據(jù)生產(chǎn)工藝實際需要調(diào)節(jié)排煙機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),并且控制系統(tǒng)能對排煙機(jī)的所有運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控,當(dāng)排煙機(jī)出現(xiàn)異常時,能立即停止排煙機(jī)的運(yùn)行,并進(jìn)行報警??刂葡到y(tǒng)能實現(xiàn)兩地控制(遠(yuǎn)程控制和現(xiàn)場控制)。
東部系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的啟停設(shè)計現(xiàn)場、控制室兩地控制??刂乒瘛⒆冾l器、PLC 安裝在現(xiàn)場,控制柜共需要4 臺。工控機(jī)(1 臺)安裝在東部凈化主控室,利用組態(tài)軟件和Profibus-DP 通訊網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控各風(fēng)機(jī)工作狀況,分別在現(xiàn)場和控制室兩地顯示。其他功能與中、西部系統(tǒng)相同。
3.3 對高壓變頻器的技術(shù)要求
由于電解槽擴(kuò)容(槽電流由160kA 擴(kuò)容到180kA) )改造后,排煙機(jī)所擔(dān)負(fù)的凈化任務(wù)也增加,因此,要求和排煙機(jī)配套的高壓變頻器的可靠性高,能夠適應(yīng)惡劣的使用環(huán)境;具有完善的數(shù)字控制功能,標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通信接口;滿足排煙機(jī)運(yùn)行中的調(diào)速要求。
4 經(jīng)濟(jì)效益分析
4.1 投資概算
1)高壓變頻器
東部所選用變頻器約120 萬元/ 臺,共240 萬元;西、中部所選用變頻器約125 萬元/ 臺,共500 萬臺。
2)電纜及空調(diào)約120 萬元;
3)控制及采樣系統(tǒng)約80 萬元;
4)設(shè)備安裝及其他約40 萬元。
總投資約980 萬元。
4.2 收益估算

4.2.1 東部風(fēng)機(jī)

4.2.2 中、西部風(fēng)機(jī)
5 結(jié)語
從計算結(jié)果看,我廠對排煙機(jī)采用高壓變頻器進(jìn)行技術(shù)改造,不僅節(jié)能效果是顯著的,而且可以對風(fēng)機(jī)實現(xiàn)軟啟動,大大減少了啟動電流對排煙機(jī)系統(tǒng)和電網(wǎng)的沖擊,其帶來的間接經(jīng)濟(jì)效益也是相當(dāng)可觀的。
作者簡介:
毛亞紅(1976-),女,電氣工程師,1999 年畢業(yè)于昆明理工大學(xué),從事電解電氣設(shè)備的技術(shù)管理工作。
參考文獻(xiàn):
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[2] ]佟純厚. 變頻器調(diào)速原理[M]. 北京:冶金工業(yè)出版社,1984.