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高壓變頻器在燒結脫硫增壓風機中的應用

發布時間:2014-04-14 作者:新風光

1引言
  眾所周知,在我國因SO2排放而形成的酸雨危害日益嚴重,每年造成數千億的經濟損失,SO2及酸雨污染已成為制約我國經濟和社會發展的重要因素。“十二五”期間,SO2減排成為環保工作的重點。鋼鐵行業是SO2排放的主要行業之一,特別是燒結生產工序的SO2排放總量占到鋼鐵行業SO2排放總量的50%,解決好燒結工序的SO2減排,就是抓住了鋼鐵行業SO2減排工作的重點,將為鋼鐵行業完成“十二五”規劃中要求的SO2減排任務打下堅實的基礎。
2原生產狀況以及工藝要求
  吉林建龍鋼鐵有限責任公司成立于2001年5月,是全國知名民企建龍重工集團的下屬子公司,是集燒結、煉鐵、煉鋼、軋材于一體的綜合型鋼鐵加工企業,是吉林省民營經濟納稅金星企業和省再就業明星企業。建龍集團煉鐵廠燒結車間有一座360平米燒結機,配有1套煙氣脫硫裝置,脫硫入口煙氣接至燒結機主抽風機房外出口煙道。經過脫硫后,凈煙氣經脫硫塔煙囪排放,燒結煙氣脫硫工藝流程如圖1所示。

  來自燒結廠引風機的煙氣,經增壓風機增壓后進入冷卻器。在冷卻器中,原煙氣被工業水和來自吸收塔的漿液冷卻,然后煙氣以一定壓力導入吸收塔進行反應,凈化后的煙氣從脫硫塔煙囪排出。脫硫塔將吸收后的SO2通過相關裝置轉化為硫酸鈣,并排出至指定位置。
  增壓風機是用于克服脫硫裝置的煙氣阻力,將原煙氣引入脫硫系統,并穩定出口壓力的主要設備。增壓風機作用是克服脫硫裝置的阻力,補償煙氣在脫硫裝置中的壓力損失。脫硫系統的阻力主要由煙道沿程阻力、冷卻器、除霧器阻力及脫硫塔內液位高度形成的壓力等組成。
  脫硫增壓風機的風量和壓頭按下列要求選擇:
  (1)脫硫增壓風機的基本風量按吸收塔的設計工況下的煙氣量考慮。脫硫增壓風機的風量裕量不低于10%。
  (2)脫硫增壓風機的基本壓頭為脫硫裝置本身的阻力及脫硫裝置進出口的壓差之和。進出口壓力由主題設計單位負責提供。脫硫增壓風機的壓頭裕量不低于20%。
  增壓風機是煙氣脫硫裝置中最主要的輔機之一,增壓風機是脫硫系統中的用電大戶,其運行效率的高低,對廠用電率的影響是舉足輕重的,同時為了滿足煙氣脫硫需要以及風機磨損等因素的影響,往往考慮較大的余量,因此對增壓風機進行變頻改造可以提高風機的運行效率,提高穩定性,進而保證脫硫系統的運行可靠性,同時還能取得良好的節能效果,達到節能降耗目的。
3系統改造方案節能原理
  風機負載調速節能原理,風機的工作特性如圖2所示。

  曲線①為風機按轉速N1工作時的特性曲線,曲線②為風機按轉速N2工作時的特性曲線,③④為風道阻力曲線。
  在第一種負載工況下,風機工作在A點,風量為Q1,風壓為H1。如果風機仍然按N1速度定速運行,用擋板將風量調節為Q2時,風壓將上升到H3,風機工作點移到B點。由于擋板的截流作用,風道阻力曲線由③變為④。在A、B兩點,風機功率分別為PA=H1×Q1,PB=H3×Q2,雖然Q2

4風光牌JD-BP38-2240F 高壓變頻器產品性能
  山東新風光是國家高新技術企業,JD-BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心,采用無速度矢量控制技術、功率單元串聯多電平技術,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熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題,可以使用普通的異步電機。
  風光牌高壓變頻器為高--高電壓源型模式,由移相變壓器,功率單元和控制器組成。JD-BP38-2240F高壓變頻器采用48脈沖整流,功率單元每相采用8個功率單元串接組成,三相共24個單元;輸出相電壓為17電平,輸出線電壓33電平,功率單元旁路單元采用可控硅作為旁路器件,不降額運行。控制器部分以高速微處理器實現控制以及與子微處理器間進行通信。風光高壓變頻器采用模塊化設計,互換性好、維修簡單。JD-BP38-2240F高壓變頻器主要技術參數如表2所示。

   風光高壓變頻器除具有一般普通變頻器的性能外,還具有以下突出特點:
  (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)飛車啟動功能。能夠識別電機的速度并在電機不停轉的情況下直接起動。
  (3)完整的工頻/變頻自動互切技術。新風光公司提供的自動旁路切換柜,不僅可實現變頻故障情況下自動由變頻轉換至工頻運行狀態,還可實現在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉換至變頻運行的功能,整個轉換過程不會對用戶設備的運行造成任何影響。
  (4)旋轉中再啟動功能。運行過程中高壓瞬時掉電3s內恢復,高壓變頻器不停機,高壓恢復后變頻自動運行到掉電前的頻率。
  (5)線電壓自動均衡技術(星點漂移技術)。變頻器某相有單元故障后,為了使線電壓平衡,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,而線電壓自動均衡技術通過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電壓均衡輸出。
  (6)具備突發相間短路保護功能。如果由于設備原因及其他原因造成輸出短路,此時如果變頻器不具備相間短路保護功能,將會導致重大事故。風光變頻器在發生類似問題時能夠立即封鎖變頻器輸出,保護設備不受損害,避免事故的發生。
5 增壓風機變頻改造主回路
  脫硫增壓風機是脫硫系統正常運行的關鍵設備之一,如果不能保證增壓風機正常運行,將迫使脫硫系統停運,影響燒結生產。因此,增壓風機變頻改造要在選擇可靠性高的變頻器產品的基礎上,還應該配備工頻旁路柜,即便變頻器故障、檢修時也可實現電機工頻旁路運行,以保證風機拖動而不影響脫硫系統的正常運行。配備工頻旁路柜的作用是,如果發生變頻器故障跳閘,能夠切換為工頻旁路運行。變頻器故障消除恢復投運時,可以先切除增壓風機旁路開關,依托變頻器的飛車啟動功能,在增壓風機高速惰走的情況下恢復變頻器設備運行,從而大大減小風壓波動的時間。其主回路如圖3所示,采用一拖一手動旁路帶星點柜控制方案。

  燒結廠脫硫增壓風機原配置帶星點柜配置液阻啟動柜,本次改造保留原有星點柜和液阻柜保持不變。需要將星點柜斷路器的一組常開點引至變頻器。需要變頻拖動電機時,液阻柜按原控制方式啟動。即上級高壓開關柜給變頻器送電后,液阻柜得到開關柜閉合狀態信號后就啟動。星點柜閉合后,變頻器檢測到閉合信號后方具備開機條件,然后根據實際情況給變頻器啟動信號,進行變頻運行。工頻運行時,閉合K3,液阻柜按原先工頻方式啟動,完成星點柜和液阻柜的啟動,達到電機軟啟動。
  保持現有運行狀態不變。
  旁路柜中,共有3個高壓隔離開關,為了確保不向變頻器輸出端反送電,K2與K3采用機械互鎖操動機構,實現機械互鎖。當K1、K2閉合,K3斷開時,電機變頻運行;當K1、K2斷開,K3閉合時,電機工頻運行,此時變頻器從高壓中隔離出來,便于檢修、維護和調試。
  旁路柜必須與上級高壓斷路器DL連鎖,DL合閘時,絕對不允許操作旁路隔離開關與變頻輸出隔離開關,以防止出現拉弧現象,確保操作人員和設備的安全。
  故障分閘:將變頻器“高壓分斷”信號與旁路柜“變頻投入”信號串聯后,并聯于高壓開關分閘回路。在變頻投入狀態下,當變頻器出現故障時,分斷變頻器高壓輸入;旁路投入狀態下,變頻器故障分閘無效。
  保護:保持原有對電機的保護及其整定值不變。對于差動保護,在變頻運行期間不可用,可以通過后臺控制退出保護壓板,在旁路運行時投入保護壓板。
6增壓風機變頻改造效果
6.1節能效果
  本脫硫增壓風機變頻改造項目于2012年11月7日正式投入運行,至今運行正常。投入變頻器后根據燒結生產產生的煙氣多少,實時調節增壓風機的轉速,可以非常平滑地控制增壓風機的風量,控制增壓風機入口為所需負壓,保證燒結正常生產。
  在燒結產量基本相同的情況下,煉鐵廠節能服務中心對增壓風機正常運行時參數實際測量如表3所示。增壓風機工頻運行,電機實際功率1073.23kW;增壓風機變頻運行,電機實際功率658.24kW;電機功率減小414.99kW。按照增壓風機年運行小時數為7000h,年節省電量大約為290.493萬kW·h,電價按照0.30元/kW·h計,則一臺增壓風機變頻改造的收益為871499元。

6.2其他效果
(1)改善了工藝,容易實現燒結系統和脫硫系統的協調配合,提高了脫硫增壓風機的運行效率。
(2)延長電機和風機的使用壽命。增壓風機啟動時間長,啟動電流大(約5~7倍額定電流),對電機和風機的機械沖擊力很大,嚴重影響其使用壽命。而采用變頻調速后,可以實現軟起動和軟停止,對電機幾乎不產生沖擊,可大大延長機械的使用壽命。
(3)減少閥門機械和風機葉輪的磨損。變頻改造后,降低了增壓風機轉速,減少了風機葉輪的磨損,減少了風機振動。延長風機的大修周期,節省檢修費用。
(4)便于實現脫硫增壓風機控制系統自動化。脫硫系統的的風量經常需要根據燒結煙氣的多少變化,在過去用擋板調節時,存在執行機構的開度與流量的關系曲線的線形問題。而變頻調速始終保持在線形高精度0.1~0.01Hz的范圍內工作,容易實現脫硫系統的自動化控制。
7結束語
  建龍鋼鐵煉鐵廠燒結脫硫增壓風機高壓變頻器投運以來,其性能穩定、節能效果明顯,可以根據燒結煙氣工況情況,對脫硫增壓風機進行風量調節,大大提高燒結脫硫系統運行的穩定性,提高了燒結運行的經濟性。在鋼廠風機上應用高壓變頻器節能降耗,是國家大力提倡節能降耗不可缺少的技術手段。高壓變頻器在電力、冶金、石化、水泥、礦山等高壓電機驅動的各個行業越來越會大顯身手。