產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
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解決方案
旭陽(yáng)公司焦?fàn)t尾氣除塵風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造
1引言
旭陽(yáng)煤化工集團(tuán)是全球領(lǐng)先的煤化工產(chǎn)品供應(yīng)商,集團(tuán)總部位于北京,核心業(yè)務(wù)為生產(chǎn)、銷(xiāo)售焦炭、焦化產(chǎn)品及深加工煤化工產(chǎn)品。河北旭陽(yáng)焦化有限公司是旭陽(yáng)煤化工集團(tuán)下屬子公司,年生產(chǎn)能力200萬(wàn)噸焦化及配套粗苯、焦油、硫銨等。企業(yè)2009年全年實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售收入43億元,實(shí)現(xiàn)利稅5.06億元。
河北省旭陽(yáng)焦化集團(tuán)焦?fàn)t是焦化廠的主要生產(chǎn)設(shè)備,也是焦化廠生產(chǎn)過(guò)程中最大的污染源之一。焦化廠在生產(chǎn)過(guò)程、推焦過(guò)程中排放大量溫度高、濃度大的有害氣體及易擴(kuò)散的煙塵,對(duì)人體危害極大。尤其在焦?fàn)t爐頂大氣中苯可溶物嚴(yán)重超標(biāo),焦?fàn)t工作區(qū)粉塵濃度也超標(biāo),嚴(yán)重危及職工的身體健康。
按照我國(guó)1996年頒布的《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297一1996),對(duì)煙氣必須冷卻、凈化,由引風(fēng)機(jī)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?fàn)t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(tái)630kW/10kV的高壓電機(jī)拖動(dòng)風(fēng)機(jī),抽取前級(jí)焦?fàn)t出焦時(shí)產(chǎn)生的焦?fàn)t煙氣和灰塵,吸收的煙塵和氣體進(jìn)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(jī)型號(hào)AI850。由于焦?fàn)t周期性間斷推焦,為滿(mǎn)足節(jié)能和環(huán)保要求,要求風(fēng)機(jī)在整個(gè)煉焦工作周期內(nèi)變速運(yùn)行,推焦時(shí)高速運(yùn)行,不推焦時(shí)低速運(yùn)行。原系統(tǒng)采用液力偶合器調(diào)速,高速800rpm,低速600rpm。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)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:
?。?)調(diào)速范圍在40%~95%之間,轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定;造成能源浪費(fèi)。
?。?)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(jī)維修,無(wú)法切換至工頻旁路運(yùn)行,造成焦?fàn)t停產(chǎn),不能滿(mǎn)足連續(xù)生產(chǎn)的需要。
(3)液力偶合器在調(diào)速越低時(shí)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(xiàn)性度差,響應(yīng)慢。
?。?)電機(jī)仍然為直接啟動(dòng),需要啟動(dòng)裝置,啟動(dòng)沖擊也大,并且不能頻繁啟動(dòng)。
隨著高壓變頻器應(yīng)用的越來(lái)越普遍,高壓變頻器的性?xún)r(jià)比越來(lái)越高,相比液力偶合器變頻器具有以下優(yōu)點(diǎn):
?。?)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(hù),萬(wàn)一變頻器故障,電機(jī)還可以直接掛電網(wǎng)工頻運(yùn)行,不會(huì)造成生產(chǎn)損失。
?。?)高壓變頻器在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)都具有較高的效率(大于96%)。
?。?)高壓變頻器對(duì)電機(jī)及負(fù)載機(jī)械實(shí)現(xiàn)真正的軟啟動(dòng),如果工藝需要,電機(jī)可以在短時(shí)間內(nèi)多次重復(fù)啟動(dòng)。
?。?)高壓變頻器不會(huì)因?yàn)殡姍C(jī)速度的高低而增加成本,而低速大容量的電機(jī)用液力偶合器調(diào)速,成本將大大增加,有些時(shí)候甚至無(wú)法實(shí)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(duì)地面除塵站除塵風(fēng)機(jī)(一期工程)進(jìn)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(duì)除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速。
2高壓變頻器技術(shù)改造方案
除塵風(fēng)機(jī)是除塵凈化系統(tǒng)的動(dòng)力中樞,一旦除塵風(fēng)機(jī)不能正常運(yùn)行,不但影響生產(chǎn),還有可能威脅到現(xiàn)場(chǎng)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(shí)焦?fàn)t又周期性間斷推焦;所以,和除塵風(fēng)機(jī)配套的高壓調(diào)速系統(tǒng)方案應(yīng)周密細(xì)致,經(jīng)過(guò)雙方技術(shù)人員的合作,制定了一期工程除塵風(fēng)機(jī)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(jìn)線(xiàn)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(hù)過(guò)程中或變頻器出現(xiàn)故障時(shí),將電機(jī)投入到工頻電網(wǎng)運(yùn)行,保證生產(chǎn)不受影響。變頻運(yùn)行時(shí),變頻器為電機(jī)提供全面的保護(hù)。高壓變頻器旁路柜一次回路如圖1所示。
DL:用戶(hù)高壓真空斷路器
K1、K2、K3:高壓變頻器內(nèi)置高壓隔離開(kāi)關(guān)
BPQ:JD-BP38-630F高壓變頻器
D:630kW/10kV異步電動(dòng)機(jī)。
圖1手動(dòng)旁路柜中,共有3個(gè)高壓隔離開(kāi)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(dòng)機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)電磁互鎖。當(dāng)K1、K3閉合,K2斷開(kāi)時(shí),電機(jī)變頻運(yùn)行;當(dāng)K1、K3斷開(kāi),K2閉合時(shí),電機(jī)工頻運(yùn)行,此時(shí)變頻器從高壓中隔離出來(lái),便于檢修、維護(hù)和調(diào)試。
旁路柜必須與上級(jí)高壓斷路器DL連鎖, DL合閘時(shí),絕對(duì)不允許操作旁路隔離開(kāi)關(guān)與變頻輸出隔離開(kāi)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(chǎng)控制要求可以遠(yuǎn)程和本機(jī)控制。風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行時(shí),如果變頻器出現(xiàn)嚴(yán)重故障,變頻器自動(dòng)停機(jī)。遠(yuǎn)程控制時(shí),通過(guò)操作臺(tái)工頻/變頻旋鈕把電機(jī)切換到工頻電網(wǎng)運(yùn)行,當(dāng)推焦周期結(jié)束后,檢修變頻器。變頻器檢修完畢后,通過(guò)把操作臺(tái)工頻/變頻旋鈕打到變頻位置,返回變頻調(diào)速狀態(tài)。本機(jī)控制時(shí),通過(guò)變頻器控制柜工頻/變頻旋鈕把電機(jī)切換到工頻電網(wǎng)運(yùn)行,當(dāng)推焦周期結(jié)束后,檢修變頻器。變頻器檢修完畢后,通過(guò)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(jī)及風(fēng)機(jī)參數(shù)
2.3除塵風(fēng)機(jī)工藝要求
除塵風(fēng)機(jī)用于焦炭出焦時(shí)除塵使用,該焦?fàn)t有3臺(tái)推焦車(chē),1、2號(hào)不能同時(shí)推焦,1、2號(hào)與3號(hào)可能有同時(shí)推焦的可能,單爐推焦瞬間風(fēng)量達(dá)到800rpm,兩臺(tái)同時(shí)推焦870rpm,并且需要持續(xù)80S,不推焦時(shí)600rpm就可以。
采用變頻器改造后,為了節(jié)省電能,除塵風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)為高低速兩檔運(yùn)行,不出焦時(shí),風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速約600rpm;出焦時(shí),風(fēng)機(jī)升速至800rpm(或者870rpm)。
具體操作如下:推焦除塵風(fēng)機(jī)平時(shí)不出焦時(shí)在低速運(yùn)行(30Hz )。推焦機(jī)開(kāi)始推焦時(shí),推焦桿離開(kāi)限位推出后給變頻器發(fā)出高速信號(hào)(40Hz ),風(fēng)機(jī)啟動(dòng)到高速,待推焦桿退回時(shí)經(jīng)一定延遲時(shí)間(40S)給變頻器發(fā)出降速信號(hào),降為低速(30Hz)。
2.4 監(jiān)控和操作
除塵風(fēng)機(jī)在不推焦時(shí),只需要很低的轉(zhuǎn)速,根本不需要滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。利用高壓變頻器根據(jù)實(shí)際需要對(duì)除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行變速運(yùn)行,既改善了工藝,又達(dá)到節(jié)能降耗的目的和效果。
對(duì)除塵風(fēng)機(jī)高壓變頻監(jiān)控具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下:變頻器操作可以在本機(jī)控制,也可以遠(yuǎn)程操作。變頻器包括一臺(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)(如RS485)的協(xié)調(diào),并且可以根據(jù)用戶(hù)的需要擴(kuò)展控制開(kāi)關(guān)量,增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。變頻器也可由控制室的上位機(jī)或操作臺(tái)進(jìn)行操作。
現(xiàn)場(chǎng)操作人員可以通過(guò)上位機(jī)或操作臺(tái)對(duì)變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)程操作并監(jiān)控變頻器運(yùn)行狀態(tài),可以根據(jù)工況需要自由設(shè)定,完全可以滿(mǎn)足工藝要求。
上位機(jī):可以通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控,一方面便于用戶(hù)隨時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行情況,另一方面,也利于設(shè)備的遠(yuǎn)程診斷和維護(hù),故障問(wèn)題可以及時(shí)得到解決。
操作臺(tái):可以通過(guò)操作臺(tái)對(duì)變頻器進(jìn)行簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)程操作,包括:工頻/變頻切換。
2.5現(xiàn)場(chǎng)所需開(kāi)關(guān)量節(jié)點(diǎn)
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(guó)家高新技術(shù)企業(yè), JD-BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心,采用無(wú)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(biāo)小于IEE519-1992的諧波國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),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(bǔ)償裝置和輸出濾波器;不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題,可以使用普通的異步電機(jī)。
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(gè)功率單元串接組成,三相共21個(gè)單元;輸出相電壓為15電平,輸出線(xiàn)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?shí)現(xiàn)控制以及與子微處理器間進(jìn)行通信。風(fēng)光高壓變頻器采用模塊化設(shè)計(jì),互換性好、維修簡(jiǎn)單。JD-BP38-630F高壓變頻器主要技術(shù)參數(shù)如下表3所示。
4設(shè)備運(yùn)行情況
從2009年10月31日正式投入運(yùn)行以來(lái),一直正常運(yùn)轉(zhuǎn),沒(méi)有出現(xiàn)故障。總的來(lái)說(shuō),投入變頻器后有以下優(yōu)點(diǎn):
?。?)運(yùn)行穩(wěn)定,安全可靠。原來(lái)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(lái)的巨大的經(jīng)濟(jì)損失。JD-BP38系列高壓變頻器具有免維護(hù)的特點(diǎn),只需定期除塵,不用停機(jī),保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。
?。?) 電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了真正的軟啟動(dòng)、軟停止。避免了啟動(dòng)時(shí)對(duì)設(shè)備的電氣和機(jī)械沖擊,使風(fēng)機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn)。
?。?) 運(yùn)行工況改善,工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低。
隨著焦?fàn)t生產(chǎn)除塵的需要,調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,進(jìn)而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量,滿(mǎn)足焦?fàn)t生產(chǎn)工藝的需要,現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境大為改善,工作強(qiáng)度大大降低。
(4)延長(zhǎng)了電機(jī)、風(fēng)機(jī)的使用壽命,提高了風(fēng)機(jī)的利用效率。原舊焦?fàn)t除塵風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中,經(jīng)常造成風(fēng)機(jī)和電機(jī)的損壞,維護(hù)工作量大,檢修費(fèi)用高,采用變頻技術(shù)調(diào)速后,減少了機(jī)械磨損,保證了風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。
?。?)調(diào)速范圍寬,調(diào)速精度高。
除塵風(fēng)機(jī)的風(fēng)量經(jīng)常需要根據(jù)工藝的需要變化,在過(guò)去液力偶合器調(diào)節(jié)時(shí),出現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開(kāi)度與流量的非線(xiàn)形問(wèn)題,致使調(diào)節(jié)失誤,采用變頻拖動(dòng)風(fēng)機(jī)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(shí)現(xiàn)除塵系統(tǒng)自動(dòng)化控制。
?。?)變頻器具有多項(xiàng)保護(hù)功能,十分完善。
與原來(lái)舊系統(tǒng)相比較,變頻器具有過(guò)流、短路、過(guò)壓、欠壓、缺相、溫升保護(hù)等多項(xiàng)保護(hù)功能,更精確地保護(hù)了電機(jī)。
?。?)節(jié)能效果顯著,大大降低了電耗。
5 節(jié)能分析
焦?fàn)t除塵風(fēng)機(jī)高壓變頻器投入使用以來(lái),運(yùn)行情況良好,基本達(dá)到預(yù)期的改造目的。
除塵風(fēng)機(jī)只有在推焦車(chē)推焦的時(shí)候需要高速,帶動(dòng)風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行使風(fēng)機(jī)的吸力達(dá)到1.5KPa即可滿(mǎn)足工藝要求,達(dá)到除塵的效果,滿(mǎn)足環(huán)保要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際考察,旭陽(yáng)焦化公司一期的焦?fàn)t生產(chǎn)情況是:推焦車(chē)每天生產(chǎn)焦炭110爐,每一次往外推焦時(shí)都需要除塵風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行,而且每一次推焦持續(xù)的時(shí)間是80S。焦?fàn)t每爐周期10min,80S要求除塵風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速800rpm(40Hz)或870 rpm(43.5Hz),其余時(shí)間要求風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速600rpm(30Hz)。
除塵風(fēng)機(jī)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(lái)分析節(jié)能數(shù)據(jù)(單位:度/噸焦炭),如表4所示:
從上表4統(tǒng)計(jì)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(dá):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(jī)消耗電量來(lái)分析節(jié)能效果,根據(jù)旭陽(yáng)公司生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)報(bào)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(jì)除塵風(fēng)機(jī)消耗電量如下表5所示:
從表5數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)看,除塵風(fēng)機(jī)節(jié)電率為:(1780720-1193034)/1780720=33%,6個(gè)月共節(jié)約用電58.7萬(wàn)度,平均每月節(jié)約用電9.78萬(wàn)度,年節(jié)電量可估算為:9.78×12=117萬(wàn)度。以電價(jià)0.45元/度計(jì)算,焦化廠一期焦?fàn)t除塵風(fēng)機(jī)年節(jié)電費(fèi):117×0.45=52.65萬(wàn)元。
6結(jié)束語(yǔ)
從風(fēng)光牌JD-BP38-630F高壓變頻器在旭陽(yáng)焦化公司一期焦?fàn)t除塵風(fēng)機(jī)近一年運(yùn)行情況來(lái)看,變頻系統(tǒng)滿(mǎn)足了焦化廠連續(xù)生產(chǎn)的需要,用戶(hù)非常滿(mǎn)意。在今年旭陽(yáng)焦化公司二期焦?fàn)t除塵風(fēng)機(jī)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。