1 項目概況
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)最大的國有企業(yè)，由于國家對銅冶煉尾氣處理的要求越來越高，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，這樣既處理了尾氣，達(dá)到國家尾氣排放標(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。據(jù)此，該廠實施了9萬t/年煙氣制酸項目。
該項目嚴(yán)格執(zhí)行國家有關(guān)方針政策和各項設(shè)計規(guī)程、規(guī)范，對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，全廠采用DCS 集中控制系統(tǒng)，項目完成后，系統(tǒng)整體技術(shù)設(shè)備達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。
該項目計劃總投資7 000 萬元，投產(chǎn)后年均利稅總額為1 000 萬元。主要產(chǎn)品為98% H2SO4，質(zhì)量符合工業(yè)硫酸國家標(biāo)準(zhǔn)GBT34—2002 一等品標(biāo)準(zhǔn)。
要求的節(jié)能指標(biāo)是單位產(chǎn)品電耗在98 kW·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)，使本項目工業(yè)復(fù)用水率高達(dá)96.5%。
2 工藝流程
尾氣制酸工藝流程如圖1 所示。
3 變頻器的應(yīng)用
在該項目的工藝流程中，SO2煙氣由干燥塔到散熱器的過程是通過鼓風(fēng)機經(jīng)風(fēng)道傳遞的，而鼓風(fēng)機的運行采用了變頻控制，不但使啟動平穩(wěn)，風(fēng)量可隨時根據(jù)需要任意調(diào)節(jié)，并且節(jié)約了能量。
3.1 現(xiàn)場的基本數(shù)據(jù)
電動機的具體參數(shù)如下。
名稱SIMA變頻調(diào)速三相異步電動機
型號YPT5003-2
功率710 kW
絕緣等級F
額定電壓10 kV
額定電流49.7 A
接法Y型
防護(hù)等級IP54
恒轉(zhuǎn)矩2260N.M，20-50 Hz
冷卻方式IC616
生產(chǎn)廠家西安西碼電機(集團(tuán))股份有限公司
離心鼓風(fēng)機的具體參數(shù)如下。
型號C850-1.357/0.969
流量850 m3/min
出口壓力38 000 Pa
電機功率710 kW
主軸轉(zhuǎn)速2 980 r/min
生產(chǎn)廠家湖北雙創(chuàng)鼓風(fēng)機制造有限公司
3.2 系統(tǒng)方案
根據(jù)用戶要求，現(xiàn)場共有兩套系統(tǒng)，配置兩臺風(fēng)機，配置一套變頻器，即一臺變頻器拖動兩臺電機，采用一拖二方式，如圖2 所示。旁路系統(tǒng)由1個高壓真空接觸器KM1 和5 個高壓隔離開關(guān)K1、K21、K22、K31、K32組成。要求K21不能和K1、K31同時閉合，K22不能和K1、K32同時閉合，在電氣上實現(xiàn)互鎖。K1與K31閉合，K21斷開，1#電機變頻運行;K1與K32 閉合，K22 斷開，2# 電機變頻運行。K1 與K31斷開，K21 閉合，1# 電機工頻運行;K1 與K32 斷開，K22閉合，2#電機工頻運行。
3.3 變頻器的配置
根據(jù)現(xiàn)場情況和用戶要求，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型高壓大功率變頻器。變頻器的額定輸入電壓為10 kV，允許變化范圍-20%耀+15%，額定輸出電壓為0耀10 kV，額定容量800 kV·A，輸入諧波約3%，輸入功率因數(shù)躍95%，過載能力120%連續(xù)，150% 1 min。
在本系統(tǒng)中，由于用戶采用DCS 集中控制系統(tǒng)，因此系統(tǒng)采用上位機控制，將變頻器所需要的開機信號和速度調(diào)節(jié)信號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)場電機的溫度及風(fēng)量調(diào)節(jié)信號，實現(xiàn)電機過熱保護(hù)及風(fēng)量的自動調(diào)節(jié)。用戶DCS與變頻器連接的接口如表1、表2所列。
4 安裝與調(diào)試
4.1 安裝
安裝時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)電粉塵等空氣污染嚴(yán)重的環(huán)境里?？紤]通風(fēng)散熱及操作空間的需要，10 kV 系列整套裝置背面離墻或是別的柜體距離不得小于1 500 mm，裝置頂部離屋頂距離不得小于1 500 mm; 裝置正面離墻或是別的柜體距離不得小于1 500 mm。
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)相互連接成為一個整體。
安裝過程中，要防止變頻器受到撞擊和震動，所有柜體不得倒置，傾斜角度不得超過30毅。
整體布局如圖3 所示。
以變頻器隨機配套的《整機連線圖》為依據(jù)進(jìn)行安裝接線。
1)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。注意風(fēng)道的設(shè)計，安裝必須防雨，以防雨水順風(fēng)道進(jìn)入變頻器內(nèi)。
2)變頻器功率柜分前后兩面安裝，每相前后面各4個單元，按照功率單元標(biāo)注的編號的順序?qū)卧湃牍β使?雖然單元可以互換，但是按編號安放便于查詢，也符合人的正常思維)。
3)安裝UPS，人機界面，高壓帶電顯示裝置，變壓器溫控儀，電流傳感器，報警器。
4)依照連線圖接變頻器內(nèi)部連線。
4.2 通電調(diào)試過程
注意給控制系統(tǒng)通電調(diào)試時必須確保高壓電不能加到變頻器上，以確保人身安全。
1)控制電源為AC 220(1依10%)V，容量不小于5 kV·A。合上控制柜、旁路柜內(nèi)斷路器，開UPS后當(dāng)人機界面顯示正常時，說明控制電源已送上，觸摸屏?xí)詣舆M(jìn)入監(jiān)控程序。
2)合變頻柜主回路上的隔離開關(guān)。
3)按變頻送電按鈕或是模擬短接高壓就緒接點，但是在送高壓電之前必須將模擬短接點斷開。
4)開機用示波器測量單元輸出波形和總輸出波形是否正確。每個單元輸出的波形如圖4 所示。
5)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
1)要連接的有外部高壓就緒，故障輸出，報警輸出，就地指示，遠(yuǎn)程指示，變頻指示，工頻指示，遠(yuǎn)程急停，遠(yuǎn)程開機，遠(yuǎn)程停機，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。
2)變頻器控制柜內(nèi)的走線原則。高壓線和低壓線分開走線，交流和直流分開走線，PLC 輸入和4耀20 mA 模擬信號必須用屏蔽線，屏蔽線線徑不能小于0.5 mm2，以免線徑太細(xì)壓接時易斷。
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 現(xiàn)場通高壓電調(diào)試
1)將高壓電送至變頻器，無特殊情況不要在通高壓電的情況下測輸出或是其它地方，如需測試，調(diào)試人員需做好安全防護(hù)并經(jīng)技術(shù)人員允許后再測試，以免出現(xiàn)安全事故。
2)輕載試驗，觀察變頻器運行是否正常。
3)試驗工頻變頻狀態(tài)下，電機轉(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。
4)重載試驗。由于該系統(tǒng)電機軸承與風(fēng)機配比不太合理，且電機為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，啟動時較困難，需要增加低頻補償，經(jīng)過試驗，在風(fēng)門全開，即負(fù)荷最大情況下，大約設(shè)定在3.5%，可滿足正常啟動要求。
原系統(tǒng)DCS 控制設(shè)置有手動和自動兩種控制方式，調(diào)試時先在手動方式調(diào)試工作正常，根據(jù)用戶要求，設(shè)置變頻器頻率上升、下降時間，達(dá)到上升不過流保護(hù)/下降不過壓保護(hù)，實際實驗時間為上升300 s，下降420 s。然后再轉(zhuǎn)至自動運行狀態(tài)，由DCS 的PID 輸出控制變頻器的頻率，從而達(dá)到穩(wěn)定的運行狀態(tài)。
系統(tǒng)最終運行的變頻器和風(fēng)機的參數(shù)如下。
變頻器頻率為40 Hz，輸入電壓9.34 kV。輸入電流21 A，輸出電壓7.37 kV，輸出電流39 A，風(fēng)機的氣體溫度在進(jìn)口為31.10益，在出口為57.10益;氣體壓力在進(jìn)口為-7.04 kPa，在出口為17.06 kPa;左電機軸承溫度為34.10益，右電機軸承溫度為34.10益。
5 應(yīng)用效果
1)實現(xiàn)了系統(tǒng)的平穩(wěn)啟動。該設(shè)備為新機配套，由于系統(tǒng)電網(wǎng)配置小，工頻直接啟動，電流大約為額定電流的5-7 倍，即啟動瞬間可達(dá)300 A左右，在風(fēng)門開啟時根本啟動不了。而采用變頻啟動，啟動電流大約在額定電流的一半(約28 A)即可平穩(wěn)正常啟動，因此解決了軟啟動問題。
2)運行中調(diào)速平滑、連續(xù)?？梢罁?jù)工藝需要平滑的調(diào)節(jié)變頻器的頻率，進(jìn)而無級的調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，使SO2 送風(fēng)量得到無級平滑的調(diào)節(jié)，減少了對風(fēng)門及系統(tǒng)的沖擊，極大地保護(hù)風(fēng)道系統(tǒng)免受沖擊損害。
3)簡化了操作系統(tǒng)，精簡了控制程序，減輕了工人的勞動強度，特別是自動控制的應(yīng)用，提高了整個系統(tǒng)的自動化程度，實現(xiàn)了變頻器無人值守。
4)節(jié)能顯著。對風(fēng)機、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?，F(xiàn)系統(tǒng)運行在40 Hz ，因此變頻運行下的功率P 變=(40/50)3P 工=0.83P 工=0.51P 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)用后的實際效率為P1 變=0.51/80% P 工=0.64 P 工=64% P 工，則節(jié)電率為駐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。
下載文檔
