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1前言

　　廣西信發(fā)鋁電有限公司一期工程建有4條40萬(wàn)噸的氧化鋁生產(chǎn)線(xiàn)，當焙燒爐進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，高溫的AL(OH)3會(huì )同空氣發(fā)生劇烈的化學(xué)反應，產(chǎn)生大量的煙氣。一方面對現場(chǎng)操作的工人不利，另一方面也對環(huán)境造成了巨大的污染。根據國家環(huán)保法需對煙氣進(jìn)行處理，每條生產(chǎn)線(xiàn)都配有一套煙氣凈化除塵系統。焙燒爐根據氧化鋁產(chǎn)量的大小，煙氣凈化風(fēng)量隨時(shí)變化，因此該除塵風(fēng)機需要多種速度來(lái)適應，以達到較佳除塵效果。在以前的運行過(guò)程中，液力耦合器不能適應頻繁的調速，需要風(fēng)量大小靠風(fēng)門(mén)調節，大量能量消耗在風(fēng)門(mén)上。1#～4#焙燒爐除塵電動(dòng)機和風(fēng)機之間都配有液力耦合器調速，液力耦合器每年花費潤滑油5萬(wàn)元，每年需維護費用近10萬(wàn)元，且其運行效率低，故障率較高，一旦發(fā)生故障時(shí)，需停產(chǎn)進(jìn)行維護。為了提高焙燒爐除塵風(fēng)機的運行效率，保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，很有必要對除塵風(fēng)機調速控制進(jìn)行改進(jìn)。

　　近幾年隨著(zhù)國內高壓變頻技術(shù)的進(jìn)步，變頻器的性?xún)r(jià)比和穩定性有很大幅度的提升，經(jīng)過(guò)考察，我廠(chǎng)選擇了山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38系列高壓變頻器2套（1120kW/10kW）對2#、4#焙燒爐除塵ID風(fēng)機進(jìn)行調速控制。整體項目為交鑰匙工程，于2011年6月份安裝調試完畢投入運行，至今已穩定運行，給我廠(chǎng)帶來(lái)了巨大的效益。

2 焙燒爐除塵工藝及設備參數介紹

2.1 除塵工藝流程

　　氧化鋁焙燒爐將燃燒完AL(OH)3以后，絕大部分AL2O3下沉到氧化鋁冷卻倉，但是燃燒后的煙氣中含有部分有用的AL2O3、其他煙氣和粉塵，這部分煙氣經(jīng)除塵ID風(fēng)機引導進(jìn)入電收塵中，電收塵將有用的AL2O3吸附住，經(jīng)處理后的煙氣隨之排到大氣中。生產(chǎn)量大時(shí)，除塵ID風(fēng)機抽風(fēng)量大，除塵風(fēng)機轉速高。生產(chǎn)量小時(shí)，用氣量小，除塵風(fēng)機轉速低。未用變頻前風(fēng)量大小靠液力耦合器和風(fēng)門(mén)配合調節。除塵ID風(fēng)機生產(chǎn)流程示意圖如圖1所示。

圖1 除塵ID風(fēng)機生產(chǎn)流程示意圖

2.2 除塵風(fēng)機設備參數

　　現場(chǎng)2#、4#焙燒爐除塵ID風(fēng)機型號相同，以4#焙燒爐除塵ID風(fēng)機為例介紹其參數。

2.3 工藝要求

　　焙燒爐現場(chǎng)生產(chǎn)要求根據下料量大小情況除塵風(fēng)機給出相應配合，才能保證除塵效果：

　?。?）下料量每小時(shí)60t～69t，電收塵內維持風(fēng)壓為-6700Pa～-7000Pa。

　?。?）下料量每小時(shí)70t～79t，電收塵內維持風(fēng)壓為-7000Pa～-7400Pa。

　?。?）下料量每小時(shí)80t～90t，電收塵內維持風(fēng)壓為-7400Pa～-7700Pa。

　?。?）下料量每小時(shí)90t以上，電收塵內維持風(fēng)壓為-7700Pa～-8600Pa。

3 風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻系統技術(shù)特點(diǎn)

　　山東新風(fēng)光是國家高新技術(shù)企業(yè)，生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無(wú)速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標小于IEE519-1992的諧波國家標準，輸入功率因數高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題，可以使用普通的異步電機。

3.1JD-BP38-1120F高壓變頻器技術(shù)指標

　　JD-BP38-1120F高壓變頻器技術(shù)指標如表4所示。

3.2 JD-BP38-1120F高壓變頻器技術(shù)性能

　　具體來(lái)說(shuō)，風(fēng)光高壓變頻器除具有一般普通高壓變頻器的性能外，還具有以下突出特點(diǎn)：        

　　(1)采用高速DSP作為中央處理器，運算速度更快，控制更精準。

　　(2)飛車(chē)啟動(dòng)功能。能夠識別電機的速度并在電機不停轉的情況下直接起動(dòng)。

　　(3)完整的工頻/變頻自動(dòng)互切技術(shù)?，F在的高壓變頻調速系統一般設置工頻旁路切換柜，變頻器發(fā)生故障時(shí)能使高壓電機轉至工頻運行，旁路切換有手動(dòng)旁路和自動(dòng)旁路切換兩種型式，手動(dòng)旁路需人工操作，適應于無(wú)備用裝置或不重要的運行工況，自動(dòng)旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動(dòng)轉換至工頻運行。新風(fēng)光公司提供的自動(dòng)旁路切換柜，不僅可實(shí)現變頻故障情況下自動(dòng)由變頻轉換至工頻運行狀態(tài)，還可實(shí)現在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉換至變頻運行的功能，整個(gè)轉換過(guò)程不會(huì )對用戶(hù)設備的運行造成任何影響。

　　(4)旋轉中再啟動(dòng)功能。運行過(guò)程中高壓瞬時(shí)掉電3s內恢復，高壓變頻器不停機，高壓恢復后變頻自動(dòng)運行到掉電前的頻率。

　　(5)線(xiàn)電壓自動(dòng)均衡技術(shù)（星點(diǎn)漂移技術(shù)）。變頻器某相有單元故障后，為了使線(xiàn)電壓平衡，傳統的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線(xiàn)電壓自動(dòng)均衡技術(shù)通過(guò)調整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線(xiàn)電壓均衡輸出。

　　(6)單元直流電壓檢測：實(shí)時(shí)顯示檢測系統的直流電壓，從而實(shí)現輸出電壓的優(yōu)化控制，降低諧波含量，保證輸出電壓的精度，提升系統控制性能，并可使保證運行維護人員實(shí)現對功率單元運行狀況的全面把握。

　　(7)單元內電解電容因采取了公司專(zhuān)利技術(shù)，可以將其使用壽命提高1倍。

　　(8) 具備突發(fā)相間短路保護功能。如果由于設備原因及其他原因造成輸出短路，此時(shí)如果變頻器不具備相間短路保護功能，將會(huì )導致重大事故。變頻器在發(fā)生類(lèi)似問(wèn)題時(shí)能夠立即封鎖變頻器輸出，保護設備不受損害，避免事故的發(fā)生。

　　(9) 限流功能：當變頻器輸出電流超過(guò)設定值，變頻器將自動(dòng)限制電流輸出，避免變頻器在加減速過(guò)程中或因負載突然變化而引起的過(guò)流保護，最大限度減少停機次數。

　　(10) 故障自復位功能：當變頻器由于負載突變造成單元或是整機過(guò)電流保護時(shí)，可自動(dòng)復位，繼續運行。

4改造系統方案介紹

　　由于目前設備使用液力耦合器，考慮到風(fēng)機運行的穩定性，因此拆除液力耦合器，將電機向前移位采用直接連接方式，重新制作鋼底座作為電機基礎。

　　高壓變頻器設備安裝在風(fēng)機值班室內，原高壓柜至電機的高壓電纜用做改造時(shí)高壓柜至變頻器進(jìn)線(xiàn)電纜，變頻器至電機高壓電纜重新敷設，同時(shí)敷設現場(chǎng)PLC柜至變頻器控制柜的控制電纜用于變頻器的遠程控制，采集現場(chǎng)設備狀態(tài)信號，實(shí)現設備的自動(dòng)調節及信號反饋。此外還需敷設一根高壓柜至變頻器的控制電纜，用于高壓柜合閘允許和高壓柜緊急分閘控制。

　　由于高壓變頻器對環(huán)境溫度要求比較高，為了防止因溫高而引起變頻器的保護停機，我廠(chǎng)采用以下措施來(lái)防止室溫過(guò)高：2#焙燒爐除塵ID風(fēng)機高壓變頻器采用2臺10匹空調用于制冷降溫，4#焙燒爐除塵ID風(fēng)機高壓變頻器采用4臺5匹空調用于制冷降溫。

　　2#、4#除塵ID風(fēng)機改造系統采用一拖一自動(dòng)旁路轉工頻控制，系統由一次回路進(jìn)線(xiàn)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過(guò)程中或變頻器出現故障，而不能排除故障時(shí)，將電機自動(dòng)投入到工頻運行，確保生產(chǎn)不受影響。

　　變頻運行時(shí)，變頻器為電機提供全面的保護。自動(dòng)旁路柜接線(xiàn)如圖2所示：

圖2  自動(dòng)旁路柜

　　圖2旁路柜在變頻器進(jìn)、出線(xiàn)端增加了兩個(gè)隔離刀閘，以便在變頻器退出后而電機運行于旁路時(shí)，能安全地進(jìn)行變頻器的故障處理或維護工作。

　　旁路柜主要配置：三個(gè)真空接觸器（KM1、KM2、KM3）和兩個(gè)刀閘隔離開(kāi)關(guān)K1、K2。KM2與KM3實(shí)現電氣互鎖，當KM1、KM2閉合，KM3斷開(kāi)時(shí)，電機變頻運行；當KM1、KM2斷開(kāi)，KM3閉合時(shí)，電機工頻運行。另外，KM1閉合時(shí)，K1操作手柄被鎖死，不能操作；KM2閉合時(shí)，K2操作手柄被鎖死，不能操作。

　　電機工頻運行時(shí)，若需對變頻器進(jìn)行故障處理或維護，切記在KM1、KM2分閘狀態(tài)下，將隔離刀閘K1和K2斷開(kāi)。

　　合閘閉鎖：將變頻器“合閘允許”信號串聯(lián)于KM1、KM2合閘回路。在變頻器故障或不就緒時(shí)，真空接觸器KM1、KM2合閘不允許；在KM1、KM2合閘狀態(tài)下，若變頻器出現故障，則“合閘允許”斷開(kāi)，KM1、KM2跳閘，分斷變頻器輸入電源。

　　旁路投入：將變頻器“旁路投入”信號并聯(lián)于KM3合閘回路。變頻運行狀態(tài)下，若變頻器出現故障且自動(dòng)投入允許，或者需要將電機從變頻投入到工頻狀態(tài)運行（按下“工頻投切”按鈕），系統將首先分斷變頻器高壓輸入、輸出開(kāi)關(guān)、真空接觸器KM1和KM2，經(jīng)過(guò)一定延時(shí)后，“旁路投入”閉合，即工頻旁路開(kāi)關(guān)KM3合閘，電機投入電網(wǎng)工頻運行。

　　保護：保持原有對電機的保護及其整定值不變。

5 焙燒爐變頻節能情況

5.1變頻節能分析

　　2#、4#焙燒爐除塵ID風(fēng)機高壓變頻器一次正式投入運行，至今運行正常。變頻運行后，風(fēng)門(mén)全部打開(kāi)，根據氧化鋁生產(chǎn)下料量的大小，隨時(shí)調節風(fēng)機的風(fēng)量大小，滿(mǎn)足生產(chǎn)電收塵的負壓要求，而且現場(chǎng)人員操作非常方便。

　　2011年6月廠(chǎng)節能服務(wù)中心隨機對2#焙燒爐不同下料量的情況下，對除塵ID風(fēng)機高壓變頻器進(jìn)行了測試，記錄數據如表5所示。

　　 通過(guò)以上變頻運行數據，與原氧化鋁下料量基本相同的工頻運行數據相比，電機電流、消耗功率大大減小，節能效果是非常明顯的。

　　為了進(jìn)一步測試節能效果，分別統計2#、4#焙燒爐在不同下料量的情況下，除塵ID風(fēng)機的耗電量，統計數據如表6、表7、表8所示。

　　綜合統計分析，氧化鋁焙燒爐除塵風(fēng)機上安裝高壓變頻器后較以前工頻液力耦合器調速，平均生產(chǎn)1噸氧化鋁除塵系統可節約電量約為3.77kW·h/t，按生產(chǎn)線(xiàn)年產(chǎn)量40萬(wàn)噸計算，每臺高壓變頻器年節電150.7萬(wàn)kW·h。

5.2改造其他效益

　　(1)運行穩定，安全可靠。原來(lái)使用液力耦合器大概2～3個(gè)月左右就必須更換軸承，每次需停爐半天左右，帶來(lái)的巨大的經(jīng)濟損失。JD-BP38系列高壓變頻器具有免維護的特點(diǎn)，只需定期除塵，不用停機，保證了生產(chǎn)的連續性。

　　(2) 電動(dòng)機實(shí)現了真正的軟啟動(dòng)、軟停止。避免了啟動(dòng)時(shí)對設備的電氣和機械沖擊，使風(fēng)機啟動(dòng)平穩。

　　(3) 運行工況改善，工人勞動(dòng)強度降低。

　　隨著(zhù)氧化鋁焙燒爐生產(chǎn)除塵的需要，調節風(fēng)機的轉速，進(jìn)而調節風(fēng)機風(fēng)量，滿(mǎn)足除塵生產(chǎn)工藝的需要，現場(chǎng)工作環(huán)境大為改善，工作強度大大降低。

　　(4)延長(cháng)了電機、風(fēng)機的使用壽命，提高了風(fēng)機的利用效率。原除塵風(fēng)機在運行過(guò)程中，維護工作量大，檢修費用高，采用變頻技術(shù)調速后，減少了機械磨損，保證了風(fēng)機的正常運行。

　　(5)調速范圍寬，調速精度高。

　　除塵風(fēng)機的風(fēng)量經(jīng)常需要根據工藝的需要變化，在過(guò)去液力耦合器調節時(shí)，出現執行機構的開(kāi)度與流量的非線(xiàn)形問(wèn)題，致使調節失誤，采用變頻拖動(dòng)風(fēng)機可以在0～50Hz范圍內任意調速，調速精度高，可保持在0.1～0.01Hz范圍內工作，便于實(shí)現除塵系統自動(dòng)化控制。

　　(6)變頻器具有多項保護功能，十分完善。

　　與原來(lái)舊系統相比較，變頻器具有過(guò)流、短路、過(guò)壓、欠壓、缺相、溫升保護等多項保護功能，更精確地保護了電機。

6 結束語(yǔ)

　　綜合看來(lái)，2#、4#氧化鋁焙燒爐除塵風(fēng)機采用高壓變頻器進(jìn)行改造，大大提高廣西信發(fā)鋁電有限公司氧化鋁焙燒爐除塵風(fēng)機的使用效率，降低氧化鋁的生產(chǎn)成本，保證焙燒爐除塵風(fēng)機的安全運行起著(zhù)重要的作用。