高壓變頻調速在焙燒煙氣凈化系統中的應用

0 引言

引風機是焙燒煙氣凈化系統中的關鍵設備，其主要作用是將凈化后的煙氣送入高50 m的煙囪排出。中鋁青海分公司炭素廠一、二焙燒車間煙氣凈化系統共安裝引風機7 臺，每臺功率為260 kW。多年的生產過程中，由于負荷不穩定，風機起停頻繁;多數情況下系統電機處于低負荷運行狀態，致使生產成本高，經濟效益不好，特別是低負荷狀態下，電能浪費嚴重。為此，公司采用高壓變頻調速裝置，對焙燒煙氣凈化系統中的引風系統進行了技術改造，更換低壓電機為高壓電機，取得了良好的節能效果，提高了該系統的裝備水平。

1 工藝現狀

在焙燒煙氣凈化風量的調節過程中，要求在不同的負荷條件下，保持風壓恒定，為此，需要通過調節風門開度來實現。傳統的空氣量、空氣壓力調節由電動執行器調節風門開度，這一方式具有如下缺點：

1)負荷較大時，須將風門開大，以提高單位時間內排氣量;負荷較小時，須將風門開小。在這兩種情況下，引風機一直保持額定轉速運行，在負荷較小時，引風機生產的巨大風量，都被風門遮擋，僅有一小部分進入風道，從而增加了壓差損耗，浪費了電能，增加了生產成本。

2)引風機功率大，在工頻供電情況下，還需要龐大的降壓起動設備，為此主電路安裝的接觸器容量大，還要增加電抗器等降壓啟動裝置，致使主電路電氣設備增多;在頻繁起停的情況下，設備故障率增高，檢修工人勞動強度增大，備件費居高不下，不僅造成巨大的經濟損失，而且嚴重影響焙燒車間的工作環境。

3)在起、停頻繁情況下，產生的起動浪涌電流，將會對電網和風機系統造成一定的沖擊，直接影響到電網的供電質量和風機系統的安全運行。

4)風門調節需要電動執行器、伺服放大器、操作器等復雜的操作機構，附屬設備多，增加了設備的故障率。

2 高壓變頻器工作原理及選擇

變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為電壓頻率可變的裝置。現在使用的變頻器主要采用交-直-交的工作方式，工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，再把直流電源轉移成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流器、逆變和控制3個部分組成，如圖1 所示。

目前，10 kV 高壓變頻調速系統技術已經成熟，其基本原理均為“交-直-交”變頻方式，通過改變電機定子的電壓頻率改變電機的轉速。IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)直接串聯型變頻器采用3 300 V高壓IGBT 器件，具有電力電子器件數量少，變頻器占地空間小等優點。公司通過充分調研國內外各種10 kV變頻調速系統的應用情況，對各種變頻調速系統的技術經濟性進行論證后，最終選用北京利德華福公司生產的HARSVERT-A10/080 型高壓變頻調速系統，應用于焙燒煙氣凈化系統中的引風機組上。該變頻調速系統的主要技術參數為：

額定容量1 000 kV·A;

額定輸出電流108 A;

額定輸出電壓1 0 kV;

輸出頻率范圍0.1 ~50 Hz;

輸入端功率因數20%，額定負載時0.95;

變頻系統效率97%;

過載保護120%1 min，150%3 s，200%

立即保護;

加減速時間0.1~3 000 s可調;

諧波控制輸入電流4%，輸出電壓

4%，輸出電流2%;

模擬量輸入/輸出信號

0~4 V / 4~20 mA任意設定;

外部通訊接口RS485;

冷卻方式風冷。

3 應用效果

變頻器控制器與功率單元之間采用光纖通訊技術，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統具有極高的安全性，同時具有很好的抗電磁干擾性能。

從2007 年6 月份安裝變頻器使用，運行至今，取得了以下顯著效果：

1)節能效果明顯。在變頻改造前，由于負壓不夠，兩個系統必須同時運行，每月用電量約66 萬kW·h 時;高壓變頻改造后，焙燒車間在生產相同產能的情況下，只運行一個系統，每月用電量約38 萬kW·h 時，綜合節電率為42.42%。若電價按0.5元/kW·h計，年生產節電效益約168萬元。另外，改造前故障率高，每年消耗備件費用大約在20 萬元以上，而現在基本上是免維護，僅此兩項年節約188萬元以上。

2)由于變頻器起動是軟起動，因而減少了起動過程對電網和風機的沖擊，延長了系統的保養維護周期。由表1變頻前后各項數據對比可知，與原來相比變頻后在較低轉速下運行，風機軸承的磨損程度減小，軸承溫度降低，振動減小，這將延長風機軸承、機械密封等易損件的壽命。同時，運行時噪音降低，泄漏減少，生產環境大為改善，大大降低了檢修人員的勞動強度。因此，除取得顯著直接經濟效益外，還具有較好的間接經濟效益。

3)優化了生產組織。焙燒一期或二期滿負荷生產時，對應的凈化期或二期主排風機容量偏小，負壓不夠，只好兩個系統同時生產;高壓變頻改造后，風機容量增加，負壓滿足生產要求，焙燒車間在生產產能相同的情況下，只運行一個系統，就能滿足生產任務。這樣，不但提高了設備利用率和生產工人的勞動效率，而且將檢修工人的檢修工作量降低一半，生產工人的工作維護量也大為降低。

4 結語

實踐證明，對焙燒煙氣凈化系統中的引風機裝置采用高壓變頻調速技術，是實現凈化系統節能的有效技術途徑。