高壓變頻器在冶金石化行業(yè)中的應用

2.2 浙江省衢州巨化硫酸廠冷卻水循環(huán)泵的變頻改造(化工行業(yè)泵)

浙江省衢州巨化硫酸廠是我國首批自己設計、制造、安裝的重點硫酸生產(chǎn)企業(yè)，是浙江省最大的硫酸生產(chǎn)廠。在硫酸生產(chǎn)過程中，需要對水冷極板進行冷卻，冷卻水循環(huán)泵是硫酸生產(chǎn)工藝中的重要設備，過去冷卻水循環(huán)泵均不調(diào)速，利用出口閥門來控制水流量和管網(wǎng)壓力，由于設備的選擇都是按最大負荷情況來選型，在實際運行中設備留有較大的裕量，冷卻水的流量與壓力是通過冷卻水循環(huán)泵出、入口聯(lián)絡管上的調(diào)節(jié)閥來進行調(diào)節(jié)，造成電動機運行效率較低，電能浪費。為降低企業(yè)生產(chǎn)成本，廠家領導經(jīng)過反復論證，多方比較，決定選用我公司JD-BP37-280F型高壓變頻器對冷卻水循環(huán)泵進行變頻調(diào)速節(jié)能改造，以解決能源浪費問題。用戶冷卻水循環(huán)泵的電動機為6 kV/280 kW 異步電動機，額定轉(zhuǎn)速985 r/min，水泵為500S-35單級雙吸離心泵。冷卻水循環(huán)泵工作原理如圖6所示，3臺循環(huán)泵兩開一備。

變頻器控制3#循環(huán)泵，2#、1#循環(huán)泵一開一備。現(xiàn)在以冷卻水母管壓力為給定量，根據(jù)工藝所需母管壓力調(diào)節(jié)循環(huán)泵轉(zhuǎn)速，壓力信號取自主管網(wǎng)，目標壓力值設定在0.24 Mpa 。電氣設備改造一次回路圖如圖7所示。

設備改造工程于2005 年1 月完成，高壓變頻器一次試車成功，運行正常，運行頻率在40 Hz 左右，保證了循環(huán)水的正常溫度。

工頻(50Hz)運行時，輸入電壓6 kV，輸入電流數(shù)據(jù)為：

5月27日14:30輸入電流23.8 A;

5月27日21:35輸入電流26.4 A;

5月28日08:00輸入電流25.2 A;

5月28日21:00輸入電流24.8 A;

5月29日06:25輸入電流24.1 A;

工頻運行時，平均電流i1=24.86 A ，功率因數(shù)cos漬1 =0.85。

變頻運行時，輸入電壓6 kV，運行頻率和輸入電流數(shù)據(jù)為：

5月27日11:00頻率41.55 Hz，輸入電流13.0A;

5月27日12:00頻率41.55 Hz，輸入電流13.1A;

5月27日13:00頻率41.55 Hz，輸入電流13.0A;

5月27日14:00頻率41.55 Hz，輸入電流13.2A;

變頻運行時，平均電流i2=13.07 A , 功率因數(shù)cos漬2 =0.98。

每年節(jié)省用電=(i1cos漬1-i2cos漬2)×Ua×1.732×24×350=71.8萬kW·h。

每年節(jié)省電費=71.8萬kW·h×0.5元/kW·h=35.9萬元。

由41 Hz 運行計算知，每年可以節(jié)電約71 萬kW·h，節(jié)省電費約35.9 萬元，變頻運行時節(jié)電率達到40%。據(jù)統(tǒng)計設備運行頻率在35 Hz就可以達到工藝要求的出水壓力，而春冬秋三個季節(jié)設備完全可以在35 Hz運行，故節(jié)電率可達到50%左右。

2.3 通化鋼鐵集團高爐除塵風機的變頻應用

通化鋼鐵集團有限責任公司是吉林省省屬最大的國有工業(yè)企業(yè)和唯一的大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)集團。

隨著市場競爭的加劇，為提高產(chǎn)品市場占有率、競爭力，通化鋼鐵集團深化改革，加快一批項目建設，其中6#高爐(750 m3)為新建項目之一。6#高爐在建設中吸取了以前舊高爐經(jīng)驗，采用了大量先進的生產(chǎn)工藝，高爐除塵風機的變頻控制就是先進工藝的典型應用。以前舊高爐除塵風機一般是工頻運行或液力耦合器控制，浪費了大量的能源。經(jīng)過多方考察，比較性價比，通化鋼鐵集團決定選用山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-800F(800 kW/10 kV)型高壓變頻器，通過雙方技術(shù)人員的合作，共同制定了6#高爐除塵風機的變頻控制方案。

高爐生產(chǎn)為周期性間斷出鐵，高爐在出鐵時，產(chǎn)生大量棕紅色煙塵，此時要求風機高速運行;在不出鐵時，產(chǎn)生煙塵相對較少，只需要很低的轉(zhuǎn)速。利用變頻器根據(jù)高爐實際需要對除塵風機進行變頻調(diào)速控制，既保證和改善了工藝,又達到了節(jié)能降耗的目的。

出鐵時，變頻器高速運行，運行頻率定為45 Hz(可調(diào));不出鐵時，變頻器低速運行，運行頻率定為20 Hz(可調(diào))。用戶的風機型號為Y4-73，電機型號為

Y560-3-8 。高爐除塵風機工藝要求曲線如圖8 所示。

圖中：a～b 為風機升速時間，約1min(可調(diào));

b～c 為高爐出鐵時間，約20 min;

c～d為風機減速時間，約2 min(可調(diào));

d～e為風機低速運行階段。

該系統(tǒng)生產(chǎn)周期約為1 h，出鐵時間為20 min，間隔約40min，系統(tǒng)配置電機額定電流為59.5 A，根據(jù)其它生產(chǎn)線的實際運行情況電機運行電流在55 A左右。

高爐出鐵變頻高速運行45 Hz時，電流為45 A左右，在20 Hz低速運行時，電流為15A左右。(一天中風機高速運行時間占40%，無停機時間)

P 變=1.732×10×(45×0.98×40%+15×0.98×60%)=458 kW

P 工=1 . 732×10×55×0 . 86=819 kW

節(jié)電率=(P 工-P 變)/ P 工×100%=44%

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、過熱等多項保護功能，對電機的保護更加完善。改造后的調(diào)速系統(tǒng)隨著高爐生產(chǎn)除塵的需要，調(diào)節(jié)風機的轉(zhuǎn)速，進而調(diào)節(jié)風機的風量，滿足高爐生產(chǎn)工藝的需要，工作強度大大降低。

3 結(jié)語

我國基于IGBT 的功率單元串聯(lián)式多電平高壓變頻調(diào)速技術(shù)的研究是與世界同步進行的。隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，變頻器的使用越來越廣泛。風光高壓變頻調(diào)速器經(jīng)過多年的現(xiàn)場運行證明，它用于驅(qū)動風機、泵類設備節(jié)電效果顯著，性能穩(wěn)定、可靠性高。既節(jié)約了能源，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，且大大減少了設備維護、維修費用，直接和間接經(jīng)濟效益十分顯著。