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旭陽公司焦爐尾氣除塵風(fēng)機變頻節(jié)能改造

時間:2011-04-18 11:56:16來源:caijuan

導(dǎo)語:?本文著重介紹高壓變頻器在旭陽公司焦爐尾氣除塵風(fēng)機上的應(yīng)用情況,對節(jié)能效果進行了分析,結(jié)果表明,焦化廠采用高壓變頻器對尾氣除塵風(fēng)機進行調(diào)速,具有投資省,見效快等特點。

1引言

      旭陽煤化工集團是全球領(lǐng)先的煤化工產(chǎn)品供應(yīng)商,集團總部位于北京,核心業(yè)務(wù)為生產(chǎn)、銷售焦炭、焦化產(chǎn)品及深加工煤化工產(chǎn)品。河北旭陽焦化有限公司是旭陽煤化工集團下屬子公司,年生產(chǎn)能力200萬噸焦化及配套粗苯、焦油、硫銨等。企業(yè)2009年全年實現(xiàn)銷售收入43億元,實現(xiàn)利稅5.06億元。焦化廠廠區(qū)如圖1所示。

      河北省旭陽焦化集團焦爐是焦化廠的主要生產(chǎn)設(shè)備,也是焦化廠生產(chǎn)過程中最大的污染源之一。焦化廠在生產(chǎn)過程、推焦過程中排放大量溫度高、濃度大的有害氣體及易擴散的煙塵,對人體危害極大。尤其在焦爐爐頂大氣中苯可溶物嚴重超標,焦爐工作區(qū)粉塵濃度也超標,嚴重危及職工的身體健康。

 

圖1 焦化廠區(qū)圖

      按照我國1996年頒布的《大氣污染物綜合排放標準》(GB16297一1996),對煙氣必須冷卻、凈化,由引風(fēng)機將其排至煙囪放散或輸送到煤氣回收系統(tǒng)中備用。因此,每座焦爐需配有一套除塵系統(tǒng)。一期工程的地面除塵站使用的是一臺630kW/10kV的高壓電機拖動風(fēng)機,抽取前級焦爐出焦時產(chǎn)生的焦爐煙氣和灰塵,吸收的煙塵和氣體進入除塵站的布袋除塵器濾除粉塵和有害物質(zhì)以后,高溫氣體經(jīng)高爐排放到空氣中。除塵系統(tǒng)風(fēng)機型號AI850。由于焦爐周期性間斷推焦,為滿足節(jié)能和環(huán)保要求,要求風(fēng)機在整個煉焦工作周期內(nèi)變速運行,推焦時高速運行,不推焦時低速運行。原系統(tǒng)采用液力偶合器調(diào)速,高速800rpm,低速600rpm。經(jīng)過一段時間的運行,發(fā)現(xiàn)液力偶合器技術(shù)存在著局限性,主要表現(xiàn)在:
      (1)調(diào)速范圍在40%~95%之間,轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定;造成能源浪費。

      (2)液力偶合器本身包含油路,水路等多套系統(tǒng),故障率高,液力偶合器一旦故障,只能停機維修,無法切換至工頻旁路運行,造成焦爐停產(chǎn),不能滿足連續(xù)生產(chǎn)的需要。

      (3)液力偶合器在調(diào)速越低時效率越低,調(diào)速的節(jié)能效果大打折扣。
      (4)調(diào)節(jié)精度低、線性度差,響應(yīng)慢。
      (5)電機仍然為直接啟動,需要啟動裝置,啟動沖擊也大,并且不能頻繁啟動。

      隨著高壓變頻器應(yīng)用的越來越普遍,高壓變頻器的性價比越來越高,相比液力偶合器變頻器具有以下優(yōu)點:

      (1)高壓變頻器調(diào)速范圍大,精度高,調(diào)速范圍為0-100%。

      (2)高壓變頻器是高科技產(chǎn)品,可靠性高,基本免維護,萬一變頻器故障,電機還可以直接掛電網(wǎng)工頻運行,不會造成生產(chǎn)損失。

      (3)高壓變頻器在整個調(diào)速范圍內(nèi)都具有較高的效率(大于96%)。

      (4)高壓變頻器對電機及負載機械實現(xiàn)真正的軟啟動,如果工藝需要,電機可以在短時間內(nèi)多次重復(fù)啟動。

      (5)高壓變頻器不會因為電機速度的高低而增加成本,而低速大容量的電機用液力偶合器調(diào)速,成本將大大增加,有些時候甚至無法實現(xiàn)。

  鑒于此,在2009年節(jié)能改造工作中,焦化廠領(lǐng)導(dǎo)決定對地面除塵站除塵風(fēng)機(一期工程)進行改造,經(jīng)多方考察,選中山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP38-630F型高壓變頻器對除塵風(fēng)機進行調(diào)速。

2高壓變頻器技術(shù)改造方案

      除塵風(fēng)機是除塵凈化系統(tǒng)的動力中樞,一旦除塵風(fēng)機不能正常運行,不但影響生產(chǎn),還有可能威脅到現(xiàn)場生產(chǎn)人員的人身安全;另外,調(diào)速系統(tǒng)工作的環(huán)境比較惡劣;同時焦爐又周期性間斷推焦;所以,和除塵風(fēng)機配套的高壓調(diào)速系統(tǒng)方案應(yīng)周密細致,經(jīng)過雙方技術(shù)人員的合作,制定了一期工程除塵風(fēng)機的技術(shù)改造方案。改造方案如下:

2.1 設(shè)備配置

      風(fēng)光高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)由一次回路進線柜(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程中或變頻器出現(xiàn)故障時,將電機投入到工頻電網(wǎng)運行,保證生產(chǎn)不受影響。變頻運行時,變頻器為電機提供全面的保護。高壓變頻器旁路柜一次回路如圖2所示。

 

圖2 旁路柜一次回路圖

  DL:用戶高壓真空斷路器
  K1、K2、K3:高壓變頻器內(nèi)置高壓隔離開關(guān)
  BPQ:JD-BP38-630F高壓變頻器
  D:630kW/10kV異步電動機。

      圖2手動旁路柜中,共有3個高壓隔離開關(guān),為了確保不向變頻器輸出端反送電,K2與K3采用電磁互鎖操動機構(gòu),實現(xiàn)電磁互鎖。當K1、K3閉合,K2斷開時,電機變頻運行;當K1、K3斷開,K2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(diào)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(guān)與變頻輸出隔離開關(guān),以防止出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象,確保操作人員和設(shè)備的安全。

      現(xiàn)場控制要求可以遠程和本機控制。風(fēng)機高速運行時,如果變頻器出現(xiàn)嚴重故障,變頻器自動停機。遠程控制時,通過操作臺工頻/變頻旋鈕把電機切換到工頻電網(wǎng)運行,當推焦周期結(jié)束后,檢修變頻器。變頻器檢修完畢后,通過把操作臺工頻/變頻旋鈕打到變頻位置,返回變頻調(diào)速狀態(tài)。本機控制時,通過變頻器控制柜工頻/變頻旋鈕把電機切換到工頻電網(wǎng)運行,當推焦周期結(jié)束后,檢修變頻器。變頻器檢修完畢后,通過把變頻器工頻/變頻旋鈕打到變頻位置,返回變頻調(diào)速狀態(tài)。

2.2電機及風(fēng)機參數(shù)

表1 除塵風(fēng)機基本參數(shù)

電機參數(shù)

負載名稱

除塵風(fēng)機

所帶負載類型

離心風(fēng)機

型號

YKK5604-1

額定電壓(V)

10000

額定電流(A)

45

額定功率(kW)

630

額定頻率(Hz)

50

功率因數(shù)

0.85

額定轉(zhuǎn)速(rpm)

990

絕緣等級

F級

風(fēng)機參數(shù)

型號

AI850

額定功率(kW)

500

額定風(fēng)量(m3/h)

51000

額定轉(zhuǎn)速(rpm)

990

2.3除塵風(fēng)機工藝要求 

      除塵風(fēng)機用于焦炭出焦時除塵使用,該焦爐有3臺推焦車,1、2號不能同時推焦,1、2號與3號可能有同時推焦的可能,單爐推焦瞬間風(fēng)量達到800rpm,兩臺同時推焦870rpm,并且需要持續(xù)80S,不推焦時600rpm就可以。

      采用變頻器改造后,為了節(jié)省電能,除塵風(fēng)機設(shè)計為高低速兩檔運行,不出焦時,風(fēng)機轉(zhuǎn)速約600rpm;出焦時,風(fēng)機升速至800rpm(或者870rpm)。

      具體操作如下:推焦除塵風(fēng)機平時不出焦時在低速運行(30Hz )。推焦機開始推焦時,推焦桿離開限位推出后給變頻器發(fā)出高速信號(40Hz ),風(fēng)機啟動到高速,待推焦桿退回時經(jīng)一定延遲時間(40S)給變頻器發(fā)出降速信號,降為低速(30Hz)。

2.4 監(jiān)控和操作
  除塵風(fēng)機在不推焦時,只需要很低的轉(zhuǎn)速,根本不需要滿負荷運轉(zhuǎn)。利用高壓變頻器根據(jù)實際需要對除塵風(fēng)機進行變速運行,既改善了工藝,又達到節(jié)能降耗的目的和效果。
  對除塵風(fēng)機高壓變頻監(jiān)控具體實現(xiàn)過程如下:變頻器操作可以在本機控制,也可以遠程操作。變頻器包括一臺內(nèi)置的PLC,用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理,以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號(如RS485)的協(xié)調(diào),并且可以根據(jù)用戶的需要擴展控制開關(guān)量,增強了系統(tǒng)的靈活性。變頻器也可由控制室的上位機或操作臺進行操作?! ?/p>

      現(xiàn)場操作人員可以通過上位機或操作臺對變頻器進行遠程操作并監(jiān)控變頻器運行狀態(tài),可以根據(jù)工況需要自由設(shè)定,完全可以滿足工藝要求。

  上位機:可以通過上位機進行遠程監(jiān)控,一方面便于用戶隨時了解設(shè)備運行情況,另一方面,也利于設(shè)備的遠程診斷和維護,故障問題可以及時得到解決。
  操作臺:可以通過操作臺對變頻器進行簡單的遠程操作,包括:工頻/變頻切換。

2.5現(xiàn)場所需開關(guān)量節(jié)點

2現(xiàn)場所需開關(guān)量節(jié)點

序號

名稱

I/O狀態(tài)

邏輯要求

接口類型

備注

1

控制電源

輸入

 

220VAC

低壓配電室給變頻器

2

外部高壓就緒

輸入

常開點

無源接點

原系統(tǒng)高壓配電室給變頻器(斷路器常開點)

3

聯(lián)跳高壓信號

輸出

常開點

無源接點

變頻器提供給原系統(tǒng)高壓配電室(斷路器分閘線圈)

4

高壓合閘允許

輸出

常開點

無源接點

變頻器提供給原系統(tǒng)高壓配電室(斷路器合閘線圈)

5

外控開機

輸入

常開點

無源接點

DCS提供給變頻器

6

外控停機

輸入

常開點

無源接點

DCS提供給變頻器

7

外控急停

輸入

常閉點

無源接點

DCS提供給變頻器

8

低速

輸入

常開點

無源接點

DCS提供給變頻器

9

高速

輸入

常開點

無源接點

DCS提供給變頻器

10

+24VDC公共端

 

 

 

 

11

通訊線

 

 

 

DCS與變頻器通訊

 

3風(fēng)光牌JD-BP38-630F 高壓變頻器技術(shù)參數(shù)

      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系列高壓變頻器是“中國名牌產(chǎn)品”, 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(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù),其諧波指標遠小于IEE519-1992的諧波國家標準,輸入功率因數(shù)高,輸出波形質(zhì)量好,不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)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(zhuǎn)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(fēng)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-BP38-630F高壓變頻器采用48脈沖整流,功率單元每相采用7個功率單元串接組成,三相共21個單元;輸出相電壓為15電平,輸出線電壓 29電平,功率單元旁路單元采用可控硅作為旁路器件??刂破鞑糠忠愿咚傥⑻幚砥鲗崿F(xiàn)控制以及與子微處理器間進行通信。風(fēng)光高壓變頻器采用模塊化設(shè)計,互換性好、維修簡單。JD-BP38-630F高壓變頻器主要技術(shù)參數(shù)如下表3所示。

表3 JD-BP38-630F高壓變頻器主要技術(shù)參數(shù)

變頻器容量(kVA)

800

模擬量輸入

0~5V/4~20mA,任意設(shè)定

適配電機功率(kW)

630

模擬量輸出

兩路0~5V/4~20mA可選

額定輸出電流(A)

48

加減速時間

1—32000S

輸入頻率(Hz)

45~55

開關(guān)量輸入輸出

可按用戶要求擴展

額定輸入電壓(V)

10000V(-20%—+15%)

運行環(huán)境溫度

0~40度

輸入功率因數(shù)

>0.96(>20%負載)

貯存/運輸溫度

-20~70度

變頻器效率

額定負載下>0.98

冷卻方式

強迫風(fēng)冷

輸出頻率范圍(Hz)

0~80

環(huán)境濕度

<90%,無凝結(jié)

輸出變頻分辨率(Hz)

0.01

開關(guān)頻率(kHz)

2k

過載能力

105%連續(xù), 150%允許1分鐘

防護等級

IP30

 

4設(shè)備運行情況

      從2009年10月31日正式投入運行以來,一直正常運轉(zhuǎn),沒有出現(xiàn)故障??偟膩碚f,投入變頻器后有以下優(yōu)點:

      (1)運行穩(wěn)定,安全可靠。原來使用液力偶合器大概60天左右就必須更換軸承,每次需停爐半天左右,帶來的巨大的經(jīng)濟損失。JD-BP38系列高壓變頻器具有免維護的特點,只需定期除塵,不用停機,保證了生產(chǎn)的連續(xù)性?,F(xiàn)場變頻器運行照片如圖3所示。

 

圖3 現(xiàn)場變頻器運行照片


  (2) 電動機實現(xiàn)了真正的軟啟動、軟停止。避免了啟動時對設(shè)備的電氣和機械沖擊,使風(fēng)機啟動平穩(wěn)。
  (3) 運行工況改善,工人勞動強度降低。

隨著焦爐生產(chǎn)除塵的需要,調(diào)節(jié)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速,進而調(diào)節(jié)風(fēng)機風(fēng)量,滿足焦爐生產(chǎn)工藝的需要,現(xiàn)場工作環(huán)境大為改善,工作強度大大降低。

      (4)延長了電機、風(fēng)機的使用壽命,提高了風(fēng)機的利用效率。原舊焦爐除塵風(fēng)機在運行過程中,經(jīng)常造成風(fēng)機和電機的損壞,維護工作量大,檢修費用高,采用變頻技術(shù)調(diào)速后,減少了機械磨損,保證了風(fēng)機的正常運行。

      (5)調(diào)速范圍寬,調(diào)速精度高。

      除塵風(fēng)機的風(fēng)量經(jīng)常需要根據(jù)工藝的需要變化,在過去液力偶合器調(diào)節(jié)時,出現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)的開度與流量的非線形問題,致使調(diào)節(jié)失誤,采用變頻拖動風(fēng)機可以在0~50Hz范圍內(nèi)任意調(diào)速,調(diào)速精度高,可保持在0.1~0.01Hz范圍內(nèi)工作,便于實現(xiàn)除塵系統(tǒng)自動化控制。

(6)變頻器具有多項保護功能,十分完善。

      與原來舊系統(tǒng)相比較,變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升保護等多項保護功能,更精確地保護了電機。

(7)節(jié)能效果顯著,大大降低了電耗。

5 節(jié)能分析
    焦爐除塵風(fēng)機高壓變頻器投入使用以來,運行情況良好,基本達到預(yù)期的改造目的。

      除塵風(fēng)機只有在推焦車推焦的時候需要高速,帶動風(fēng)機高速運行使風(fēng)機的吸力達到1.5KPa即可滿足工藝要求,達到除塵的效果,滿足環(huán)保要求。根據(jù)現(xiàn)場的實際考察,旭陽焦化公司一期的焦爐生產(chǎn)情況是:推焦車每天生產(chǎn)焦炭110爐,每一次往外推焦時都需要除塵風(fēng)機高速運行,而且每一次推焦持續(xù)的時間是80S。焦爐每爐周期10min,80S要求除塵風(fēng)機轉(zhuǎn)速800rpm(40Hz)或870 rpm(43.5Hz),其余時間要求風(fēng)機轉(zhuǎn)速600rpm(30Hz)。

      除塵風(fēng)機高壓變頻器改造前后,今年和去年同期相比,以噸焦炭電耗來分析節(jié)能數(shù)據(jù)(單位:度/噸焦炭),如表4所示:

表4  焦化廠噸焦炭電耗(單位:度/噸焦炭)

 

1月

2月

3月

4月

5月

6月

平均

2009年

4.28

4.27

4.26

4.27

4.26

4.27

4.27

2010年

3.51

3.50

3.49

3.49

3.48

3.49

3.49

   從上表4統(tǒng)計數(shù)據(jù)看,2009年1~6月同2010年1~6月相比較,噸焦炭電耗有較大幅度下降,下降達:18.17%,其中主要的節(jié)電是由高壓變頻器完成的。

       以焦炭除塵風(fēng)機消耗電量來分析節(jié)能效果,根據(jù)旭陽公司生產(chǎn)統(tǒng)計報表,2009年1~6月同2010年1~6月相比,焦化廠2009年上半年焦炭產(chǎn)量為438020噸,2010年上半年焦炭產(chǎn)量為439334噸,產(chǎn)量基本相同,統(tǒng)計除塵風(fēng)機消耗電量如下表5所示:

表5 一期除塵風(fēng)機電耗(單位:度)

 

1月

2月

3月

4月

5月

6月

累計

2009年

309600

298400

297440

287820

288860

298600

1780720

2010年

207400

199920

199283

192839

193530

200062

1193034

      從表5數(shù)據(jù)統(tǒng)計看,除塵風(fēng)機節(jié)電率為:(1780720-1193034)/1780720=33%,6個月共節(jié)約用電58.7萬度,平均每月節(jié)約用電9.78萬度,年節(jié)電量可估算為:9.78×12=117萬度。以電價0.45元/度計算,焦化廠一期焦爐除塵風(fēng)機年節(jié)電費:117×0.45=52.65萬元。

6結(jié)束語

      從風(fēng)光牌JD-BP38-630F高壓變頻器在旭陽焦化公司一期焦爐除塵風(fēng)機近一年運行情況來看,變頻系統(tǒng)滿足了焦化廠連續(xù)生產(chǎn)的需要,用戶非常滿意。在今年旭陽焦化公司二期焦爐除塵風(fēng)機改造中也采用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-900F高壓變頻器。

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