摘  要：本文結(jié)合焦化廠煤氣加壓機(jī)運(yùn)行的實(shí)際工況，介紹了山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器在三聯(lián)煤電化工有限責(zé)任公司煤氣加壓機(jī)中的應(yīng)用。通過改造，實(shí)現(xiàn)了煤氣加壓機(jī)的高效運(yùn)行，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器  煤氣加壓機(jī)  節(jié)能降耗

1前言 

      三聯(lián)煤電化工是一家集煤炭深加工及發(fā)電為一體的綜合性公司。焦化公司為其下屬的一個(gè)分公司，焦化公司有一條年產(chǎn)60萬噸焦炭的煉焦生產(chǎn)線，其主要產(chǎn)出為焦炭、焦油及煤氣。煤氣主要供給后面的電廠發(fā)電用。在焦化公司與電廠之間傳輸煤氣用的兩臺(tái)煤氣加壓機(jī)，其主要功能是把焦化公司的焦?fàn)t產(chǎn)出的煤氣經(jīng)過風(fēng)機(jī)吸收后，經(jīng)過加壓、通過管道輸送給電廠鍋爐作為燃?xì)獍l(fā)電。煤氣加壓機(jī)前級(jí)為焦捕柜，焦化爐產(chǎn)出的煤氣含有較多的焦油。焦捕柜的作用是把煤氣中含有的焦油吸收掉。其生產(chǎn)流程圖如圖1所示。

圖1 焦化廠生產(chǎn)流程圖

2現(xiàn)場設(shè)備介紹

      焦化廠配有兩臺(tái)煤氣加壓機(jī)，該設(shè)備為煤氣加壓系統(tǒng)中并聯(lián)使用，正常情況下一用一備。煤氣加壓機(jī)選用的風(fēng)機(jī)為羅茨風(fēng)機(jī)，羅茨風(fēng)機(jī)相比于離心風(fēng)機(jī)有兩個(gè)主要特點(diǎn)：（1）啟動(dòng)時(shí)進(jìn)風(fēng)門和出風(fēng)門必須完全打開，（2）進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入羅茨風(fēng)機(jī)的氣體必須完全打出去。這兩臺(tái)煤氣加壓機(jī)的具體參數(shù)如表1、表2所示。

      該設(shè)備由于輸送的是煤氣，煤氣中不可避免的含有一些焦油。羅茨風(fēng)機(jī)由于長期運(yùn)行以后粘附有很多焦油，增加了設(shè)備的阻力。另外羅茨風(fēng)機(jī)為風(fēng)門全開的情況下啟動(dòng)，而且焦油在較冷的情況下阻力更大，所以羅茨風(fēng)機(jī)為典型的重載啟動(dòng)負(fù)載。

      原系統(tǒng)6kV高壓斷路器直接送到電機(jī)，沒有其他軟起設(shè)備，高壓電機(jī)與羅茨風(fēng)機(jī)直接用靠背輪連接。該設(shè)備由于是重載啟動(dòng)，并且焦油冷態(tài)時(shí)阻力很大，所以直接啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流大，容易造成斷路器跳閘，需要多次合閘才能啟動(dòng)。并且啟動(dòng)前還需要給羅茨風(fēng)機(jī)打高溫蒸汽加熱。另外直接啟動(dòng)有可能影響羅茨風(fēng)機(jī)內(nèi)部氣隙。由于羅茨風(fēng)機(jī)選型偏大，電廠往往不需要羅茨風(fēng)機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣風(fēng)機(jī)只好打開回流閥，造成風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低下，浪費(fèi)嚴(yán)重，廠領(lǐng)導(dǎo)為了提高煤氣加壓機(jī)的運(yùn)行效率，經(jīng)研究決定改造該設(shè)備，增加兩套軟起設(shè)備，兼具有調(diào)速功能。

      工廠中用于電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)設(shè)備，常用的做法有串水阻啟動(dòng)、串電抗啟動(dòng)、星三角啟動(dòng)、轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)、軟啟動(dòng)器降壓啟動(dòng)和變頻啟動(dòng)等?，F(xiàn)分別簡要敘述如下：

（1）串水阻啟動(dòng)、串電抗啟動(dòng)和星三角啟動(dòng)：啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，不能滿足重負(fù)荷啟動(dòng)要求，不能連續(xù)啟動(dòng)，不能調(diào)速。

（2）轉(zhuǎn)子串電阻：由于該電機(jī)為防爆電機(jī)，無抽頭，不能采用此種啟動(dòng)方式。

（3）液力耦合器：能滿足啟動(dòng)要求，也能達(dá)到調(diào)速要求，但是投資大，調(diào)速效率低，維護(hù)費(fèi)用高。

（4）軟啟動(dòng)器：不能滿足重負(fù)荷啟動(dòng)要求，不能連續(xù)啟動(dòng)，不能調(diào)速。

（5）變頻調(diào)速以啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、啟動(dòng)電流小、調(diào)速精度高、功能強(qiáng)、可靠性高，操作方便，便于通訊等功能優(yōu)于以往的傳統(tǒng)調(diào)速方式，是性能最優(yōu)的軟啟動(dòng)方案。

      綜合上述比較，通過招標(biāo)方式，廠領(lǐng)導(dǎo)決定采用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37系列（6kV）高壓變頻器作為改造項(xiàng)目的適用設(shè)備，改造取得了成功。

3風(fēng)光公司JD-BP37系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

      風(fēng)光牌JD-BP37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)，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標(biāo)遠(yuǎn)小于IEE519-1992的諧波國家標(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、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機(jī)。2007年，高壓變頻器被評為中國名牌產(chǎn)品。具體來說，風(fēng)光高壓變頻器除具有一般普通變頻器的性能外，還具有以下突出特點(diǎn)：        

(1)采用高速DSP作為中央處理器，運(yùn)算速度更快，控制更精準(zhǔn)。

(2)飛車啟動(dòng)功能。能夠識(shí)別電機(jī)的速度并在電機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動(dòng)。

(3)完整的工頻/變頻自動(dòng)互切技術(shù)?，F(xiàn)在的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般設(shè)置工頻旁路切換柜，變頻器發(fā)生故障時(shí)能使高壓電機(jī)轉(zhuǎn)至工頻運(yùn)行，旁路切換有手動(dòng)旁路和自動(dòng)旁路切換兩種型式，手動(dòng)旁路需人工操作，適應(yīng)于無備用裝置或不重要的運(yùn)行工況，自動(dòng)旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動(dòng)轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行。新風(fēng)光公司提供的自動(dòng)旁路切換柜，不僅可實(shí)現(xiàn)變頻故障情況下自動(dòng)由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行狀態(tài)，還可實(shí)現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻運(yùn)行的功能，整個(gè)轉(zhuǎn)換過程不會(huì)對用戶設(shè)備的運(yùn)行造成任何影響。

(4)旋轉(zhuǎn)中再啟動(dòng)功能。運(yùn)行過程中高壓瞬時(shí)掉電3s內(nèi)恢復(fù)，高壓變頻器不停機(jī)，高壓恢復(fù)后變頻自動(dòng)運(yùn)行到掉電前的頻率。

(5)線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)（星點(diǎn)漂移技術(shù)）。變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，傳統(tǒng)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(dòng)均衡技術(shù)通過調(diào)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(shí)時(shí)顯示檢測系統(tǒng)的直流電壓，從而實(shí)現(xiàn)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(tǒng)控制性能，并可使保證運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)現(xiàn)對功率單元運(yùn)行狀況的全面把握。

(7)單元內(nèi)電解電容因采取了公司專利技術(shù)，可以將其使用壽命提高1倍。

(8) 散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，單元串聯(lián)多重化并聯(lián)結(jié)構(gòu)，IGBT承受的電壓較低，可以有較寬的過壓范圍(≥1.15Ue)，設(shè)備可靠性更高。

(9) 具備突發(fā)相間短路保護(hù)功能。如果由于設(shè)備原因及其他原因造成輸出短路，此時(shí)如果變頻器不具備相間短路保護(hù)功能，將會(huì)導(dǎo)致重大事故。變頻器在發(fā)生類似問題時(shí)能夠立即封鎖變頻器輸出，保護(hù)設(shè)備不受損害，避免事故的發(fā)生。

(10) 限流功能：當(dāng)變頻器輸出電流超過設(shè)定值，變頻器將自動(dòng)限制電流輸出，避免變頻器在加減速過程中或因負(fù)載突然變化而引起的過流保護(hù)，最大限度減少停機(jī)次數(shù)。

(11) 故障自復(fù)位功能：當(dāng)變頻器由于負(fù)載突變造成單元或是整機(jī)過電流保護(hù)時(shí)，可自動(dòng)復(fù)位，繼續(xù)運(yùn)行。

4變頻改造控制方案

      為了保證煤氣加壓系統(tǒng)的可靠性，變頻器裝置采用自動(dòng)轉(zhuǎn)換工頻方式，當(dāng)變頻器發(fā)生故障，停止運(yùn)行時(shí)，電機(jī)可以自動(dòng)切換到工頻下運(yùn)行，這樣可以保證煤氣加壓機(jī)的供氣要求，提高了整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

      煤氣加壓機(jī)變頻系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：為變頻器提供的交流220V控制電源掉電時(shí)，由于變頻器的控制電源和主電源沒有相位及同步要求，變頻器可以使用UPS繼續(xù)運(yùn)行，不會(huì)停機(jī)；在現(xiàn)場速度給定信號(hào)掉線時(shí)，變頻器提供報(bào)警的同時(shí)，可按原轉(zhuǎn)速繼續(xù)運(yùn)行，維持機(jī)組的工況不變；變頻器配置單元旁路功能，在局部故障時(shí)，變頻器可將故障單元旁路，降額繼續(xù)運(yùn)行，減少突然停機(jī)造成的損失，如果變頻器出現(xiàn)3個(gè)以上的故障單元，可自動(dòng)轉(zhuǎn)工頻運(yùn)行，可保證生產(chǎn)不受影響。

5變頻控制自動(dòng)旁路柜

      280kW煤氣加壓機(jī)選用JD-BP37-315F（315kW）高壓變頻器，250kW煤氣加壓機(jī)選用JD-BP37-280F（280kW）高壓變頻器，兩臺(tái)煤氣加壓機(jī)旁路柜均采用自動(dòng)轉(zhuǎn)換工頻方式。

改造后提供的旁路方案如下：

      旁路柜在變頻器進(jìn)、出線端增加了兩個(gè)隔離刀閘，以便在變頻器退出而電機(jī)運(yùn)行于旁路時(shí)，能安全地進(jìn)行變頻器的故障處理或維護(hù)工作。

      自動(dòng)旁路柜主回路如圖2所示。KM2與KM3實(shí)現(xiàn)電氣互鎖，當(dāng)KM1、KM2閉合，KM3斷開時(shí)，電機(jī)變頻運(yùn)行；當(dāng)KM1、KM2斷開，KM3閉合時(shí)，電機(jī)工頻運(yùn)行。另外，KM1閉合時(shí)，K1操作手柄被鎖死，不能操作；KM2閉合時(shí)，K2操作手柄被鎖死，不能操作。

圖2 自動(dòng)旁路柜

      電機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)，若需對變頻器進(jìn)行故障處理或維護(hù)，切記在KM1、KM2分閘狀態(tài)下，將隔離刀閘K1和K2斷開。

      合閘閉鎖：將變頻器“合閘允許”信號(hào)串聯(lián)于KM1、KM2合閘回路。在變頻器故障或不就緒時(shí)，真空接觸器KM1、KM2合閘不允許；在KM1、KM2合閘狀態(tài)下，若變頻器出現(xiàn)故障，則“合閘允許”斷開，KM1、KM2跳閘，分?jǐn)嘧冾l器高壓輸入電源。

      旁路投入：將變頻器“旁路投入”信號(hào)并聯(lián)于KM3合閘回路。變頻運(yùn)行狀態(tài)下，若變頻器出現(xiàn)故障且自動(dòng)投入允許，或者需要將電機(jī)從變頻投入到工頻狀態(tài)運(yùn)行（按下“工頻投切”按鈕），系統(tǒng)將首先分?jǐn)嘧冾l器高壓輸入、輸出開關(guān)KM1和KM2，經(jīng)過一定延時(shí)后，“旁路投入”閉合，即工頻旁路KM3合閘，電機(jī)投入電網(wǎng)工頻運(yùn)行。

6 調(diào)試中注意的問題

      原系統(tǒng)改為變頻調(diào)速系統(tǒng)以后，有一些問題需要重新設(shè)定。如：放散閥的壓力設(shè)定，未改造前的原工頻運(yùn)行，放散閥的壓力為6kPa，也就是當(dāng)羅茨風(fēng)機(jī)后級(jí)的氣壓達(dá)到6kPa以上時(shí)，才開啟放散閥，排泄出多余的煤氣。由于羅茨風(fēng)機(jī)的工作特點(diǎn)，必須把進(jìn)風(fēng)閥門進(jìn)入的氣體完全打出去，當(dāng)后級(jí)的氣壓接近6kPa時(shí)，羅茨風(fēng)機(jī)負(fù)荷較重，電機(jī)電流已經(jīng)超過額定值較多，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的過載能力較強(qiáng)，且斷路器的保護(hù)電流較大，后級(jí)氣壓高時(shí)，工頻運(yùn)行時(shí)一般不會(huì)跳閘。改造后變頻的過載能力較弱，變頻器的過載能力為1.5倍額定電流60s，這樣就要求后級(jí)的放散閥壓力應(yīng)稍低一些，經(jīng)過與客戶溝通后，建議放散壓力為3～4kPa左右。這樣煤氣加壓系統(tǒng)可以進(jìn)一步降低消耗。

      改造后，高壓變頻器參數(shù)設(shè)定，由于是重載啟動(dòng)，需要低頻時(shí)增加轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，停車時(shí)用戶要求自由停車等，設(shè)定參數(shù)如表3所示：

7 變頻改造后設(shè)備運(yùn)行情況

      煤氣加壓機(jī)變頻改造后，2011年9月15日，兩套高壓變頻器一次性投入生產(chǎn)，至今運(yùn)行正常。經(jīng)過測試，系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的效果。煤氣加壓機(jī)變頻改造后，風(fēng)機(jī)電機(jī)輸入電流有明顯下降，設(shè)備實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)，改善了煤氣加壓設(shè)備的運(yùn)行工況，極大地減輕了設(shè)備起動(dòng)時(shí)對供配電系統(tǒng)的沖擊。改造效果是非常明顯的。

7.1節(jié)能情況

      改造前工頻：280kW、250kW煤氣加壓機(jī)平均運(yùn)行電流25A，電網(wǎng)電壓取6.1kV，功率因數(shù)為0.8。平均每小時(shí)消耗功率為：     

改造后變頻：分別運(yùn)行兩臺(tái)高壓變頻器，記錄運(yùn)行參數(shù)如表4所示：

變頻輸入電流取平均數(shù)13A，煤氣加壓機(jī)變頻運(yùn)行消耗功率為：

7.2 間接效益

（1）變頻改造后，實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流小于額定電流值，啟動(dòng)更平滑。

（2）有效地改善了現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境，由于電機(jī)以及負(fù)載轉(zhuǎn)速下降，大大降低了設(shè)備噪聲污染，現(xiàn)場操作人員非常歡迎。

（3）功率因數(shù)提高到0.95以上，減少了線路損耗。

（4）減少了維護(hù)工作量和維護(hù)費(fèi)用，延長了設(shè)備的使用壽命。

采用變頻技術(shù)調(diào)速后，設(shè)備隨生產(chǎn)工藝變速運(yùn)行，大大降低了設(shè)備負(fù)荷率，延長了風(fēng)機(jī)、電機(jī)等設(shè)備的使用壽命。

（5）變頻器具有多項(xiàng)保護(hù)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(hù)等多項(xiàng)保護(hù)功能，更精確地保護(hù)了電機(jī)。

（6）調(diào)速范圍寬，調(diào)速精度高。

采用變頻拖動(dòng)風(fēng)機(jī)可以在0～50Hz范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)精度高，調(diào)節(jié)頻率波動(dòng)可保持在0.1～0.01Hz范圍內(nèi)，便于實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)化控制。

8 結(jié)束語

      經(jīng)過變頻改造后，煤氣加壓機(jī)實(shí)現(xiàn)軟起軟停，不僅大大降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且使整個(gè)工藝流程更穩(wěn)定，達(dá)到了較好的節(jié)能效果。隨著國家對節(jié)能減排工作的越來越重視，企業(yè)通過各種措施降低生產(chǎn)成本，其中變頻技術(shù)起到了關(guān)鍵作用，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，適應(yīng)了國家建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的潮流。