1引言

電解鋁生產過程中排出的煙氣含有有害物質，其中主要為氟化物和氧化鋁粉塵，為了防止這些有害物質造成的污染，需將這些有害氣體和粉塵集中進行凈化處理，使煙氣中的有害物質排放量達到國家要求的排放標準。

電解鋁廠排煙風機是電解鋁凈化系統生產的關鍵設備，其電能消耗占系統動力消耗的50%以上。傳統風機通過改變風門擋板改變風量，采用變頻調速技術，改變風機的轉速來調節(jié)排風量比傳統的改變風門擋板調節(jié)技術更快和更精確，還可以實現電機的軟啟動，減少對電網的沖擊，并達到節(jié)約電能的目的。為降低單位產能的耗電量，提高生產效率，實施節(jié)能改造勢在必行。

2用戶設備介紹

廣西信發(fā)鋁電有限公司是山東信發(fā)集團實施“走出去”戰(zhàn)略，在廣西百色靖西投資興建的一家集發(fā)電、礦山、氧化鋁、碳素、鋁深加工等產業(yè)于一體的現代化企業(yè)。集團總公司山東信發(fā)集團始建于1972年，廣西信發(fā)鋁電有限公司一期工程包括3×155MW發(fā)電機組、160萬噸氧化鋁、16萬噸電解鋁礦山的選礦、洗礦等輔助工程。

廣西信發(fā)鋁電有限公司電解鋁廠的排煙系統配置4臺風機，采用兩用兩備。排煙風機作用是使電解鋁煙氣凈化系統布袋除塵器內形成負壓，利于電解鋁煙氣的凈化、分離，凈化后氣體通過煙囪排空，啟動時對電網沖擊較大，通過排煙風機進口風門（擋板）調節(jié)風機風量，排煙風機進口風門（調節(jié)擋板）開度在60%～70%左右，約有30%～40%能量都被消耗在擋板上，由于擋板故障率高，調節(jié)延遲，加之擋板節(jié)流產生壓力損失、增加管網的損耗，耗用大量的能源，不能適應復雜工況下工藝的實際需要，造成大馬拉小車，嚴重浪費能源。因此對排煙風機進行變頻技術改造，對降低排煙風機用電量，提高經濟效益起到重要作用。

為了降低排煙風機的用電，提高煙氣凈化系統的運行效率，信發(fā)鋁電公司電解鋁廠領導決定在排煙風機上采用山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產的2套800kW/10kV高壓變頻器對1#～4#排煙風機進行調速改造，改造取得了成功。排煙風機設備參數如下。

現場1#～4#排煙風機型號相同，以1#排煙風機為例介紹其參數。

3風光JD-BP38系列高壓變頻系統技術特點

2007年9月，風光牌JD-BP38系列高壓變頻器榮獲“中國名牌”稱號，山東新風光是國家高新技術企業(yè)，生產的風光牌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，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標遠小于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(fā)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。

3.1JD-BP38-800F高壓變頻器技術指標

JD-BP38-800F高壓變頻器技術指標如表3所示。

3.2JD-BP38-800F高壓變頻器技術性能

具體來說，風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：

(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?，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)生故障時能使高壓電機轉至工頻運行，旁路切換有手動旁路和自動旁路切換兩種型式，手動旁路需人工操作，適應于無備用裝置或不重要的運行工況，自動旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動轉換至工頻運行。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(tài)，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)單元直流電壓檢測：實時顯示檢測系統的直流電壓，從而實現輸出電壓的優(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利技術，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，此時如果變頻器不具備相間短路保護功能，將會導致重大事故。變頻器在發(fā)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(fā)生。

(9)限流功能：當變頻器輸出電流超過設定值，變頻器將自動限制電流輸出，避免變頻器在加減速過程中或因負載突然變化而引起的過流保護，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電流保護時，可自動復位，繼續(xù)運行。

4排煙風機變頻控制原理

根據生產需要，煙氣凈化系統裝置運行正常時，總管壓力要保持在一定的負壓，才能滿足生產線正常的需求。下面就以總管煙氣壓力控制來說明本系統的控制原理與實現過程。

圖1排煙機變頻控制原理圖

如圖1所示，檢測排總管煙氣壓力，因為當布袋除塵器內外壓差太大時，其中的煙氣沒有被除掉，就被直接吸出，影響凈化效果。為了保證煙氣凈化過程順暢進行，DCS接受壓力變送器傳輸過來的壓力信號，按照既定算法進行計算。當壓力差超過系統設定值時，DCS發(fā)出4～20mA或0～5V的信號來降低變頻器的頻率，實現排風機降速運行來降低總管煙氣壓力到目標值；當壓力差低于系統設定值時，DCS發(fā)出4～20mA或0～5V的信號來升高變頻器的頻率，實現排風機升速運行來升高總管煙氣壓力到目標值。當然，也可以人工操作DCS，來調節(jié)排風機的轉速。操作更加方便，這樣提高了系統的穩(wěn)定性。

同時，變頻器可以實現與機組DCS系統的信息傳遞，可完成自診斷、報警和接收指令的功能。

5變頻改造主回路介紹

電解鋁煙氣凈化系統采用四臺離心風機，這四臺排風機采用兩用兩備。本系統選用兩臺山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產的JD-BP38-800F型高壓變頻器，采用一拖二手動旁路方案。一臺變頻器拖動兩臺電機；當變頻器出現故障時可以切換到工頻運行；并且變頻器旁路部分具有互鎖功能，確保兩臺電機不出現同時驅動，同一電機不出現變頻、工頻同時驅動。

電解鋁煙氣凈化系統變頻改造采用1#、2#排風機共用一套高壓變頻器，3#、4#排風機共用一套高壓變頻器。以1#、2#排風機為例說明其控制思路，其一次系統接線圖路如圖2所示，通過切換高壓隔離開關把高壓變頻器切換到要運行的排風機上去。如圖所示高壓變頻器可以拖動1#排風機電動機實現變頻運行，也可以通過切換拖動2#排風機電動機實現變頻運行。兩排風機電動機均具備工頻旁路功能。

圖2高壓變頻一次系統接線圖

QF1和QF2分別為現場1#和2#排風機電源高壓斷路器；

QS11和QS21分別為1#、2#排風機電源高壓隔離開關；

QS12、QS22、QS13、QS23為變頻器旁路開關柜高壓隔離開關；

變頻器為風光JD-BP38-800F高壓變頻器。

高壓變頻器旁路開關柜用于工/變頻切換。QS11和QS21為2個高壓隔離開關，變頻器運行時，要求QS11和QS21同時閉合。QS12閉合，QS22斷開，QS13斷開，1#排風機變頻運行；QS12斷開，QS13閉合，1#排風機工頻運行；QS22閉合，QS12斷開，QS23斷開，2#排風機變頻運行；QS22斷開，QS23閉合，2#排風機工頻運行；其中，QS12與QS13、QS22實現電氣互鎖，QS22與QS23、QS12實現電氣互鎖；將控制柜“遠控/本控”開關打至“遠控”位置，將相應排風機斷路器“就地/遠方”開關打至“遠方”位置，可實現排風機的遠控操作。

6排煙風機變頻節(jié)能情況

6.1變頻節(jié)能分析

電解鋁煙氣凈化系統排煙風機兩臺高壓變頻器于2012年7月3日一次正式投入運行，至今運行正常。排煙風機高壓變頻器現場運行如圖3所示。變頻運行后，風門全部打開，根據電解鋁煙氣量的大小，隨時調節(jié)風機的風量大小，滿足生產收塵的負壓要求，而且現場人員操作非常方便。

圖3高壓變頻器現場運行圖

以1#排風機為例計算變頻改造后節(jié)能效果。

（1）1#排風機工頻時消耗的功率P工頻計算：輸入電壓10.4kV，功率因數：0.86，實際工作電流：49A，P工頻=1.732×I×U×COSФ=1.732×49A×10.4kV×0.86=759kW。

（2）1#排風機變頻時消耗的功率P變頻計算：運行頻率：42Hz，輸入電壓10.4kV，功率因數：0.96，輸入電流：33.4A，

P變頻=1.732×I×U×COSФ=1.732×33.4A×10.4kV×0.96=578kW。

變頻后相對于工頻擋板調節(jié)時節(jié)省的電量為：ΔP=P工頻-P變頻=759kW-578kW=181kW。

1#排風機變頻前后節(jié)電率為：η=（ΔP/P工頻）×100%=（181kW/759kW）×100%=23.8%。

1#排風機年運行按300天計算，電價按0.4元計算，1#排風機變頻改造后一年可節(jié)約的電費：（P工頻-P變頻）×24h×300d×0.4元/kW•h=521280元。兩臺高壓變頻器一年可節(jié)省電費約100萬元。

6.2其他效益

(1)電動機實現了真正的軟啟動、軟停止。避免了啟動時對設備的電氣和機械沖擊，使風機啟動平穩(wěn)。

(2)運行工況改善，工人勞動強度降低。

隨著電解鋁凈化系統除塵的需要，調節(jié)排煙風機的轉速，進而調節(jié)風機風量，滿足除塵生產工藝的需要，現場工作環(huán)境大為改善，工作強度大大降低。

(3)延長了電機、風機的使用壽命，提高了風機的利用效率。原排煙風機在運行過程中，維護工作量大，檢修費用高，采用變頻技術調速后，減少了機械磨損，保證了風機的正常運行。

(4)調速范圍寬，調速精度高。

排煙風機的風量經常需要根據電解鋁產生煙氣多少進行調節(jié)，在過去擋板調節(jié)時，出現執(zhí)行機構的開度與流量的非線形問題，致使調節(jié)失誤，采用變頻拖動風機可以在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，易于實現煙氣凈化系統自動化控制。

(5)變頻器具有多項保護功能，十分完善。

與原系統相比較，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結束語

綜合看來，1#～4#電解鋁煙氣凈化排風機采用高壓變頻器進行改造，大大提高廣西信發(fā)鋁電有限公司煙氣凈化系統的運行效率，降低了電解鋁的生產成本，對保證電解鋁煙氣凈化系統的安全運行起著重要的作用。