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高壓變頻器在尾氣制酸行業(yè)的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2020-04-14 作者:新風(fēng)光

引言
  吐魯番工企礦冶有限公司銅冶煉廠,是新疆維吾爾自治區(qū)吐魯番地區(qū)較大的國(guó)有企業(yè),由于國(guó)家對(duì)銅冶煉尾氣處理的要求越來(lái)越高,公司領(lǐng)導(dǎo)在綜合考慮各方面的因素后,認(rèn)為單純處理尾氣,還不如變廢為寶,將尾氣凈化處理后,將其中的SO2轉(zhuǎn)變成硫酸,這樣即處理了尾氣,達(dá)到國(guó)家尾氣排放標(biāo)準(zhǔn),又派生出新產(chǎn)品硫酸,可以獲得新的經(jīng)濟(jì)效益,一舉兩得,是這次設(shè)備改造及尾氣處理的雙重收益。
1項(xiàng)目概況
1.1項(xiàng)目名稱:9萬(wàn)噸/年煙氣制酸
  9萬(wàn)噸/年煙氣制酸項(xiàng)目是將冶煉廠排放的煙氣,通過(guò)凈化處理后,采用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)成熟的冶煉煙氣制酸技術(shù)和設(shè)備,使原先超標(biāo)排放的SO2煙氣得以回收利用,生產(chǎn)出符合市場(chǎng)需求的優(yōu)質(zhì)工業(yè)硫酸,從而尾氣達(dá)標(biāo)排放。
  項(xiàng)目嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家有關(guān)方針政策和各項(xiàng)設(shè)計(jì)規(guī)程、規(guī)范,系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì),采用美國(guó)孟山都公司動(dòng)力波洗滌器和托普掌公司生產(chǎn)的觸煤等國(guó)內(nèi)外先進(jìn)可靠的核心技術(shù)和設(shè)備,全廠采用DCS集中控制系統(tǒng),項(xiàng)目完成后,系統(tǒng)整體技術(shù)設(shè)備達(dá)到國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平。
1.2項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模:制酸規(guī)模和冶煉規(guī)模相配套,設(shè)計(jì)規(guī)模為9萬(wàn)噸/年。
1.3投資及收益

  項(xiàng)目計(jì)劃總投資7000萬(wàn)元,資金來(lái)源企業(yè)自籌和專項(xiàng)資金的支持,投產(chǎn)后年均利稅總額為1000萬(wàn)元。
1.4產(chǎn)品及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):
  主要產(chǎn)品為98% H2SO4,質(zhì)量符合工業(yè)硫酸國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT34-2002一等品標(biāo)準(zhǔn)。
1.5節(jié)能指標(biāo):
  單位產(chǎn)品電耗98KW·h/t 98% H2SO4以下,遠(yuǎn)低于199 KW·h/t100% H2SO4的生產(chǎn)指標(biāo),合理采用循環(huán)水系統(tǒng),使本項(xiàng)目工業(yè)復(fù)用水率高達(dá)96.5%。
  項(xiàng)目建成投產(chǎn)后,銅冶煉整體系統(tǒng)安全、節(jié)能、環(huán)保。
2工藝流程圖

3變頻器的應(yīng)用
  在這個(gè)工藝流程中, SO2煙氣由干燥塔到散熱器的過(guò)程是由鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)風(fēng)道傳遞的,而鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行采用了變頻控制,啟動(dòng)平穩(wěn),風(fēng)量可隨時(shí)根據(jù)需要任意調(diào)節(jié),并節(jié)約了能量。
3.1現(xiàn)場(chǎng)的基本數(shù)據(jù)
 ?。?)電動(dòng)機(jī)
  名稱:SIMA變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)
  型號(hào):YPT5003-2
  功率:710KW
  絕緣等級(jí):F
  額定電壓:10KV
  額定電流:49.7A
  接法:Y型
  防護(hù)等級(jí):IP54
  恒轉(zhuǎn)矩:2260N.M,20-50Hz.
  冷卻方式:IC616
  生產(chǎn)廠家:西安西碼電機(jī)(集團(tuán))股份有限公司
 ?。?)離心鼓風(fēng)機(jī)
  型號(hào):C850-1.357/0.969
  流量:850m3/min
  出口壓力:38000Pa
  電機(jī)功率:710KW
  主軸轉(zhuǎn)速:2980r/min
  生產(chǎn)廠家:湖北雙創(chuàng)鼓風(fēng)機(jī)制造有限公司
3.2系統(tǒng)方案
  根據(jù)用戶要求,現(xiàn)場(chǎng)共兩套系統(tǒng),配置兩臺(tái)風(fēng)機(jī),配置一套變頻器,即一臺(tái)變頻器拖動(dòng)二臺(tái)電機(jī),采用一拖二方式。旁路系統(tǒng)由1個(gè)高壓真空接觸器KM1和5個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)K1、K21、K22、K31、K32組成。要求K21不能和K1、K31同時(shí)閉合,K22不能和K1、K32同時(shí)閉合,在電氣上實(shí)現(xiàn)互鎖。K1與K31閉合,K21斷開(kāi),1#電機(jī)變頻運(yùn)行;K1與K32閉合,K22斷開(kāi),2#電機(jī)變頻運(yùn)行。K1與K31斷開(kāi),K21閉合,1#電機(jī)工頻運(yùn)行;K1與K32斷開(kāi),K22閉合,2#電機(jī)工頻運(yùn)行。
  主回路圖如下:

3.3變頻器的配置
  根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和用戶要求,采用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-710F型號(hào)的高壓大功率變頻器為用戶配置。
 ?。?)變頻裝置技術(shù)數(shù)據(jù)
  A、額定輸入電壓:10KV,允許變化范圍:+15%~-20%
  B、額定輸出電壓:0~10KV
  C、額定容量:900KVA
  D、輸入諧波:<3%
  E 、輸入功率因數(shù):>95%
  F、過(guò)載能力:120%連續(xù),150%1分鐘。
 ?。?) 風(fēng)光高壓變頻器的主要特點(diǎn)及構(gòu)成:
  高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用直接“高-高”變換形式,為每相8單元串聯(lián)多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),主體結(jié)構(gòu)由控制柜、功率柜、變壓器柜組成。
  控制器采用32位高速DSP芯片,精心設(shè)計(jì)的算法可以保證電機(jī)達(dá)到較優(yōu)的運(yùn)行性能。彩色嵌入式人機(jī)界面提供友好的全中文監(jiān)控和操作界面,同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。控制器還包括一臺(tái)內(nèi)置的PLC,用于柜體內(nèi)開(kāi)關(guān)信號(hào)的邏輯處理,以及與現(xiàn)場(chǎng)各種操作信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)(包括DCS/RS485//Modbus)的協(xié)調(diào),并且可以根據(jù)用戶的需要擴(kuò)展控制開(kāi)關(guān)量,增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性??刂破鹘Y(jié)構(gòu)上采用箱體結(jié)構(gòu),各控制單元板采用FPGA、CPLD等大規(guī)模集成電路和表面焊接技術(shù),系統(tǒng)具有極高的可靠性??刂破髋c功率單元之間采用光纖通訊技術(shù),低壓部分和高壓部分完全可靠隔離,系統(tǒng)具有極高的安全性,同時(shí)具有很好的抗電磁干擾性能。
 ?。?)控制方式
  變頻器有三種控制方式:
  本地控制:從變頻器操作界面控制電機(jī)的啟、停,并能完成變頻器的所有控制;
  遠(yuǎn)程控制:通過(guò)內(nèi)置PLC接受來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)量控制;
  上位機(jī)控制:通過(guò)RS485接口,采用PROPFIBUS通訊協(xié)議,接收上位DCS系統(tǒng)的控制;或與DCS硬連接。
  在本系統(tǒng)中,由于用戶采用DCS集中控制系統(tǒng),因此我們采用上位機(jī)控制,將變頻器所需要的開(kāi)機(jī)信號(hào)和速度調(diào)節(jié)信號(hào)直接傳至用戶的集中控制系統(tǒng),采用硬連接,在DCS上直接進(jìn)行調(diào)節(jié),并接受由DCS上傳輸?shù)默F(xiàn)場(chǎng)電機(jī)的溫度及風(fēng)量調(diào)節(jié)信號(hào),實(shí)現(xiàn)電機(jī)過(guò)熱保護(hù)及風(fēng)量的自動(dòng)調(diào)節(jié)。
  表1、用戶DCS與變頻器的接口:

  表2、高壓變頻系統(tǒng)到用戶DCS的接線:

4安裝與調(diào)試
4.1安裝

  安裝時(shí)注意不要將變頻器安裝在有較大灰塵、腐蝕或爆炸性氣體、導(dǎo)電粉塵等空氣污染的環(huán)境里??紤]通風(fēng)散熱及操作空間的需要,10KV系列整套裝置背面離墻或是別的柜體距離不得小于1500mm,裝置頂部離屋頂距離不得小于1500mm;裝置正面離墻或是別的柜體距離不得小于1500mm。
  所有柜體應(yīng)牢固安裝于基座之上,并和廠房大地可靠連接。變壓器屏蔽層及接地端子PE也應(yīng)接至廠房大地。各柜體之間應(yīng)相互連接成為一個(gè)整體。
  安裝過(guò)程中,要防止變頻器受到撞擊和震動(dòng),所有柜體不得倒置,傾斜角度不得超過(guò)30°。
  變頻器安裝場(chǎng)地應(yīng)采取完善的小動(dòng)物防護(hù)措施。
  以變頻器隨機(jī)配套的《整機(jī)連線圖》為依據(jù)進(jìn)行安裝接線。
  a.確認(rèn)變頻器殼體安裝正確整齊,底部槽鋼與大地可靠連接(建議采用焊接方式)。包括控制柜、功率柜、變壓器柜和旁路柜。風(fēng)道的設(shè)計(jì)、安裝必須防雨,以防雨水順風(fēng)道進(jìn)入變頻器內(nèi)。
  b.變頻器功率柜分前后兩面安裝。每相前后面各4個(gè)單元,按照功率單元標(biāo)注的編號(hào)的順序?qū)卧湃牍β使瘢m然單元可以互換,但是按編號(hào)安放便于查詢,也符合人的正常思維)。
  c.安裝UPS,人機(jī)界面,高壓帶電顯示裝置,變壓器溫控儀,電流傳感器,報(bào)警器。
  d.依照連線圖接變頻器內(nèi)部連線。
4.2通控制電調(diào)試過(guò)程
  注意:通控制電調(diào)試時(shí)必須確保高壓電不能加到變頻器上,以確保人身安全
  (1)通上交流220V控制電(交流220伏控制電用6mm2的電源線。控制電源為AC220V±10%,容量不小于5KVA。合上控制柜、旁路柜內(nèi)斷路器,開(kāi)UPS后當(dāng)人機(jī)界面顯示正常時(shí),說(shuō)明控制電源已送上,觸摸屏?xí)詣?dòng)進(jìn)入監(jiān)控程序。
 ?。?)合變頻柜主回路上的隔離開(kāi)關(guān)。
 ?。?)按變頻送電按鈕或是模擬短接高壓就緒接點(diǎn),但是在送高壓電之前必須將模擬短接點(diǎn)斷開(kāi)。
 ?。?)開(kāi)機(jī)用示波器測(cè)量單元輸出波形和總輸出波形是否正確。
  每個(gè)單元輸出的波形:

 ?。?)按照變頻器的接線圖及技術(shù)協(xié)議連接變頻器的內(nèi)部接線。
4.3依照連線圖接變頻器與外部連線
 ?。?)外部高壓就緒,故障輸出,報(bào)警輸出,就地指示,遠(yuǎn)程指示,變頻指示,工頻指示,遠(yuǎn)程急停,遠(yuǎn)程開(kāi)機(jī),遠(yuǎn)程停機(jī),遠(yuǎn)程頻率給定,電流輸出,頻率輸出,工藝允許,聯(lián)跳外部高壓等。
 ?。?)變頻器控制柜內(nèi)的走線原則
  高壓線和低壓線分開(kāi)走線,交流和直流分開(kāi)走線,PLC 輸入和4~20mA模擬信號(hào)必須用屏蔽線,屏蔽線線徑不能小于0.5mm2,以免線徑太細(xì)壓接時(shí)易斷。
  交流電源用線沿控制柜靠近功率單元柜的一側(cè)走,直流電源用線沿控制柜不靠功率柜的的一側(cè)走線。走線要整齊、美觀、易查。
4.4試驗(yàn)變頻器遠(yuǎn)程開(kāi)機(jī),停機(jī),頻率給定
  電流輸出與頻率輸出和各種顯示,及與現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)系的各種必要的互鎖。
4.5現(xiàn)場(chǎng)通高壓電調(diào)試
 ?。?)將高壓電送至變頻器,無(wú)特殊情況不要在通高壓電的情況下測(cè)輸出或是其他地方,如需測(cè)試,調(diào)試人員需做好安全防護(hù)并經(jīng)技術(shù)人員允許后再測(cè)試,以免出現(xiàn)安全事故。
 ?。?)輕載試驗(yàn),觀察變頻器運(yùn)行是否正常。
  (3)試驗(yàn)工頻變頻狀態(tài)下,電機(jī)轉(zhuǎn)向是否一致。如果不一致,則將變頻器三相輸出中任意兩相更換位置。
 ?。?)重載試驗(yàn)
  由于該系統(tǒng)電機(jī)軸承與風(fēng)機(jī)配比不太合理,且電機(jī)為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速,啟動(dòng)時(shí)較困難,需要增加低頻補(bǔ)償,經(jīng)過(guò)試驗(yàn),在風(fēng)門全開(kāi),即負(fù)荷最大情況下,大約設(shè)定在3.5%,可滿足正常啟動(dòng)要求。
  原系統(tǒng)DCS控制設(shè)置有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式,調(diào)試時(shí)先在手動(dòng)方式調(diào)試工作正常,根據(jù)用戶要求,設(shè)置變頻器頻率上升、下降時(shí)間,達(dá)到上升不過(guò)流保護(hù)/下降不過(guò)壓保護(hù),實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)間為上升300s,下降420s.然后再轉(zhuǎn)至自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài),有DCS的PID輸出控制變頻器的頻率,從而達(dá)到穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。
  系統(tǒng)最終運(yùn)行參數(shù):
  變頻器:
  頻率40Hz,
  輸出電流39A,
  輸入電流21A,
  輸出電壓7.37KV,
  輸入電壓9.34KV
  風(fēng)機(jī)參數(shù):
  氣體溫度:  進(jìn)口31.10℃,出口 57.10℃
  氣體壓力:  進(jìn)口 -7.04Kpa,出口  17.06Kpa
  電機(jī)軸承溫度  左:34.1℃,右:34.10℃
5應(yīng)用效果
 ?。?)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的平穩(wěn)啟動(dòng)。該設(shè)備為新機(jī)配套,由于系統(tǒng)電網(wǎng)配置小,工頻直接啟動(dòng),電流大約為額定電流的5-7倍,即啟動(dòng)瞬間可達(dá)300A左右,在風(fēng)門開(kāi)啟時(shí)根本啟動(dòng)不了。而采用變頻啟動(dòng),啟動(dòng)電流大約在額定電流的一半左右(約28A)即可平穩(wěn)正常啟動(dòng),因此解決了軟啟動(dòng)問(wèn)題。
 ?。?)運(yùn)行中調(diào)速平滑、連續(xù),.可依據(jù)工藝需要平滑的調(diào)節(jié)變頻器的頻率,進(jìn)而無(wú)級(jí)的調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,使SO2送風(fēng)量得到無(wú)級(jí)平滑的調(diào)節(jié),減少了對(duì)風(fēng)門及系統(tǒng)的沖擊,極大的保護(hù)了風(fēng)道系統(tǒng),免受沖擊損害。
 ?。?)簡(jiǎn)化了操作系統(tǒng),精簡(jiǎn)了控制程序,減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,特別是自動(dòng)控制的應(yīng)用,提高了整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度,實(shí)現(xiàn)了變頻器無(wú)人值守。
  (4)節(jié)能顯著。
  對(duì)風(fēng)機(jī)\泵類負(fù)載,由流體力學(xué)知,流量與轉(zhuǎn)速成正比,管壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比,而軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。
  現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行在40Hz ,因此變頻運(yùn)行下的功率
  P變=(40/50)3P工=0.83P工=0.51 P工
  當(dāng)然變頻改造后效率可能要降低一些,總體效率大約80%.因此變頻應(yīng)用后的實(shí)際效率為
  P1變=0.51/80% P工=0.64 P工=64% P工
  則節(jié)電率為⊿P= (P工- P1變)/ P工=36%
  節(jié)電效果是十分明顯的,基本達(dá)到了預(yù)期的節(jié)能效果。
  總之,使用變頻器后,實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng),運(yùn)行平穩(wěn),節(jié)約電能,是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的較理想設(shè)備,值得在各種領(lǐng)域大力推廣。

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