摘要：本文介紹了新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器在山西某焦化廠煤氣鼓風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用情況。通過改造，實(shí)現(xiàn)了焦?fàn)t鼓風(fēng)機(jī)的高效運(yùn)行，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器焦?fàn)t鼓風(fēng)機(jī)節(jié)能降耗

1.用戶現(xiàn)場(chǎng)情況

焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)機(jī)是焦化生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，它對(duì)保證焦?fàn)t正常清潔生產(chǎn)、穩(wěn)定焦炭質(zhì)量、延長(zhǎng)爐體壽命、節(jié)約能源起著重要的作用。

山西某焦化公司有2*75孔4.3m搗鼓焦?fàn)t，年廠90萬噸冶金焦。由2臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)承擔(dān)全公司生產(chǎn)單位煤氣供應(yīng)的任務(wù)，正常生產(chǎn)時(shí)一用一備。焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主要由離心風(fēng)機(jī)、電機(jī)、液力耦合器和變速箱等構(gòu)成。焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)參數(shù)如表1所示。

表1焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)機(jī)參數(shù)

目前焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)機(jī)通過調(diào)節(jié)液力耦合器來控制鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)配合調(diào)節(jié)回流閥開度調(diào)節(jié)供氣壓力，存在的問題有：

（1）在生產(chǎn)過程中，由于煤氣量波動(dòng)較大，導(dǎo)致焦?fàn)t集氣管壓力的調(diào)節(jié)、控制滯后，通過液力耦合器對(duì)系統(tǒng)的控制和調(diào)節(jié)難以滿足生產(chǎn)要求。

（2）由于液力耦合器頻繁故障，嚴(yán)重影響了正常生產(chǎn)。

（3）回流閥打回流存在能量損失。

（4）鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)長(zhǎng)期在工頻狀態(tài)下運(yùn)行，能源浪費(fèi)較大。

通過分析研究，采用變頻調(diào)速技術(shù)來改變鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)供氣管道壓力的大小。變頻調(diào)速技術(shù)可實(shí)現(xiàn)電機(jī)連續(xù)無級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍寬，調(diào)節(jié)精度高，變頻調(diào)速技術(shù)是電機(jī)所有調(diào)速方案中最高效，最廣泛，最為可靠的方案。

2.新風(fēng)光公司JD-BP38-1250F高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)介紹

該焦化公司領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)過反復(fù)對(duì)比，通過招標(biāo)方式，選用了新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-1250F高壓變頻器(1250kW/10kV）對(duì)焦?fàn)t鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速改造，改造達(dá)到了預(yù)期目的。

2.1JD-BP38-1250F高壓變頻器技術(shù)指標(biāo)

高壓變頻器技術(shù)參數(shù)如表2所示。

2.2JD-BP38-1250F高壓變頻器技術(shù)特點(diǎn)

風(fēng)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(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IEEE519-1992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、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機(jī)。新風(fēng)光高壓變頻器被評(píng)為中國(guó)名牌產(chǎn)品。具體來說，風(fēng)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(diǎn)：

(1)高性能矢量控制，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，調(diào)速精度高，帶負(fù)載能力強(qiáng)，提高了設(shè)備運(yùn)行的平穩(wěn)性；

(2)振蕩抑制技術(shù)，采用優(yōu)越的電流算法，有效地抑制輕載電機(jī)電流的振蕩，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作；

(3)快速飛車啟動(dòng)技術(shù)，特別適用于變頻保護(hù)后的重新啟動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)變頻器在0.1s之內(nèi)從保護(hù)狀態(tài)復(fù)位重新帶載運(yùn)行；

(4)電網(wǎng)瞬時(shí)掉電重啟技術(shù)，電網(wǎng)瞬間掉電可自動(dòng)重啟，可提供最長(zhǎng)60s的等待時(shí)間；

(5)星點(diǎn)漂移技術(shù)，檢測(cè)到單元故障后，可在100us之內(nèi)將單元旁路，執(zhí)行星點(diǎn)漂移技術(shù)，保持輸出線電壓平衡，最大程度提高電壓利用率；

(6)工、變頻無擾切換技術(shù)，該技術(shù)可滿足多電機(jī)綜合控制及大容量電機(jī)軟啟動(dòng)的需要；可以實(shí)現(xiàn)大容量電機(jī)雙向無擾動(dòng)投切，能有效保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行；

(7)輸出電壓自動(dòng)穩(wěn)壓技術(shù)，變頻器實(shí)時(shí)檢測(cè)各單元母線電壓，根據(jù)母線電壓調(diào)整輸出電壓，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)壓功能；

(8)故障單元熱復(fù)位技術(shù)，若單元在運(yùn)行中故障，且變頻器對(duì)其旁路繼續(xù)運(yùn)行，此時(shí)可在運(yùn)行中對(duì)故障單元進(jìn)行復(fù)位，不必等變頻器停機(jī)；

(9)多種控制方式，可選擇本機(jī)控制、遠(yuǎn)控盒控制、DCS控制，支持MODBUS、PROFIBUS等通訊協(xié)議，頻率設(shè)定可以現(xiàn)場(chǎng)給定、通訊給定等，支持頻率預(yù)設(shè)、加減速功能；

(10)單元直流電壓檢測(cè)：實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)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(duì)功率單元運(yùn)行狀況的全面把握；

(11)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；

(12)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；

(13)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)；

(14)故障自復(fù)位功能：當(dāng)變頻器由于負(fù)載突變?cè)斐蓡卧蚴钦麢C(jī)過電流保護(hù)時(shí)，可自動(dòng)復(fù)位，繼續(xù)運(yùn)行。

3.變頻改造控制方案

該焦化公司鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)變頻改造采用“一拖二”手動(dòng)旁路方案，正產(chǎn)生產(chǎn)時(shí)一用一備。其一次電路如圖1所示，即配備一臺(tái)高壓變頻器，通過切換高壓隔離開關(guān)把高壓變頻器切換到要運(yùn)行的鼓風(fēng)機(jī)上去。高壓變頻器可以拖動(dòng)1#鼓風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行，也可以通過切換拖動(dòng)2#鼓風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行。兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)均具備工頻旁路功能。

圖1高壓變頻一次系統(tǒng)接線圖

k1和k2為變頻器旁路開關(guān)柜高壓隔離開關(guān)；

QF4和QF5為變頻器旁路開關(guān)柜高壓斷路器；

QF1和QF3分別為現(xiàn)場(chǎng)1#和2#鼓風(fēng)機(jī)工頻電源高壓斷路器；

QF2為現(xiàn)場(chǎng)變頻電源高壓斷路器；

變頻器為新風(fēng)光JD-BP38-1250F高壓變頻器；

M1、M2為1#、2#鼓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)。

變頻器控制電機(jī)采用“一拖二”控制，旁路開關(guān)柜用于工/變頻切換。K1和K2為2個(gè)高壓隔離開關(guān)，變頻器運(yùn)行時(shí)，要求K1和K2同時(shí)閉合。QF4閉合，QF5斷開，QF1斷開，1#鼓風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行；QF4斷開，QF1閉合1#鼓風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行；QF5閉合，QF4斷開，QF3斷開，2#鼓風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行；QF5斷開，QF3閉合，2#鼓風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行；其中，QF4與QF1、QF5實(shí)現(xiàn)電氣互鎖，QF5與QF3、QF4實(shí)現(xiàn)電氣互鎖；將控制柜“遠(yuǎn)控/本控”開關(guān)打至“遠(yuǎn)控”位置，將斷路器QF2“就地/遠(yuǎn)方”開關(guān)打至“遠(yuǎn)方”位置，可實(shí)現(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)控操作。

4.煤氣鼓風(fēng)機(jī)壓力閉環(huán)控制

現(xiàn)場(chǎng)的系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖2所示。

圖2現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)構(gòu)成框圖

系統(tǒng)閉環(huán)控制過程如下：由智能傳感器對(duì)煤氣鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控和處理，即采集和傳輸鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，如：鼓風(fēng)機(jī)的排量Q、電機(jī)電流I、鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口壓力，鼓風(fēng)機(jī)站出口壓力P等，并將這些控制參數(shù)與期望值及鼓風(fēng)機(jī)本身的特性曲線進(jìn)行對(duì)比和優(yōu)化計(jì)算。其中，鼓風(fēng)機(jī)供氣壓力是系統(tǒng)所需監(jiān)測(cè)和控制的最主要參數(shù)。本系統(tǒng)中，在煤氣鼓風(fēng)機(jī)出口管線上安裝一只高可靠性壓力傳感器，將實(shí)測(cè)的壓力信號(hào)與系統(tǒng)的期望值相比，并將其差值送往DCS監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行比例和積分運(yùn)算，最后將輸出結(jié)果送給高壓變頻器，DCS監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整高壓變頻器的輸出頻率從而控制煤氣鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)設(shè)計(jì)為閉環(huán)控制系統(tǒng)，將系統(tǒng)實(shí)測(cè)的壓力信號(hào)與供氣要求的壓力期望值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，系統(tǒng)及時(shí)自動(dòng)調(diào)整高壓變頻器的輸出，保證在期望的壓力下對(duì)外供氣，實(shí)現(xiàn)供氣的自動(dòng)控制。

5.煤氣鼓風(fēng)機(jī)變頻改造效果

該焦化煤氣鼓風(fēng)機(jī)高壓變頻器于2017年2月一次成功投入，至今運(yùn)行穩(wěn)定，改造達(dá)到了預(yù)期目的。在變頻改造前，煤氣鼓風(fēng)機(jī)通過打開回流閥方式進(jìn)行供氣。改造后，通過鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來控制管道恒壓輸送煤氣，既起到節(jié)能的效果，又改善了供氣品質(zhì)，降低了運(yùn)行噪聲。

5.1節(jié)能效果明顯

系統(tǒng)通過變頻改造后，煤氣鼓風(fēng)機(jī)提高了運(yùn)行效率，降低了運(yùn)行成本。據(jù)統(tǒng)計(jì)，改造后供氣單耗平均降低了0.014kWh/m3，目前每天供氣量平均為215600m3/d，每kWh以0.5元計(jì)，則一年可以節(jié)約電費(fèi)計(jì)算如下：

215600′365′0.014′0.5=550858元。

5.2節(jié)約煤氣

由于生產(chǎn)的間歇，每天供氣量的波動(dòng)較大，且一天中變化頻繁。通過變頻改造，可根據(jù)生產(chǎn)要求，實(shí)時(shí)調(diào)整鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，靈活調(diào)整用氣量，使之在滿足系統(tǒng)壓力要求的前提下盡可能減少煤氣的浪費(fèi)。

5.3其他好處

煤氣鼓風(fēng)機(jī)變頻改造后，除了具有顯著的節(jié)能效果外，還有以下優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟軟停；改善了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境，現(xiàn)場(chǎng)操作人員非常歡迎；減少了維護(hù)工作量和維護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。

6.結(jié)束語

隨著國(guó)家對(duì)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(guó)家建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的潮流。

參考文獻(xiàn)

新風(fēng)光電子使用手冊(cè)[Z]新風(fēng)光電子科技股份有限公司。