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高壓變頻器在脫硫羅茨風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2014-04-11 作者:新風(fēng)光

1企業(yè)介紹
  山東魯西化工股份有限公司位于山東省聊城市,是一家具有百億年產(chǎn)值的上市企業(yè),員工近萬(wàn)人。公司具有年產(chǎn)合成氨100萬(wàn)噸、尿素150萬(wàn)噸、復(fù)合肥150萬(wàn)噸、磷酸二銨15萬(wàn)噸、硫酸100萬(wàn)噸的生產(chǎn)能力,擁有10萬(wàn)千瓦發(fā)電機(jī)組配套裝置,是集化肥、化工于一體的綜合性化學(xué)工業(yè)企業(yè)。其下屬企業(yè)魯西化工第二化肥廠,位于聊城市東阿縣,于1970年開(kāi)始籌建,1972年建成投產(chǎn),當(dāng)時(shí)年產(chǎn)合成氨生產(chǎn)能力3000噸,發(fā)展到現(xiàn)在,企業(yè)總資產(chǎn)7.62億元,占地面積34萬(wàn)平方米,職工1570余人,成為上市公司。
  2008年,該公司進(jìn)一步加大技改投資力度,投資2.5億元對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)裝置進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)全系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能平衡改造,甩掉污染嚴(yán)重、能耗偏高的工藝。從節(jié)能降耗、環(huán)保角度出發(fā),投資部分技改項(xiàng)目,優(yōu)化生產(chǎn)裝置,降低成本。
2廠家工藝流程及現(xiàn)狀
  脫硫風(fēng)機(jī)采用的羅茨風(fēng)機(jī)屬于回轉(zhuǎn)容積式鼓風(fēng)機(jī),它的鼓風(fēng)量與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比,基本不受出風(fēng)口阻力變化的影響,這種硬風(fēng)特性決定了不允許通過(guò)關(guān)閉出風(fēng)口或進(jìn)風(fēng)口的辦法來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量,而且經(jīng)過(guò)采取優(yōu)化以上主要工藝環(huán)節(jié)措施以后,大量過(guò)剩風(fēng)量調(diào)節(jié)只能采用旁路,造成風(fēng)機(jī)能量的大量損耗,而且由于磨損而腐蝕問(wèn)題突出,旁通閥門(mén)需要經(jīng)常維修。工藝流程設(shè)備圖如下所示:

  圖1 工藝流程設(shè)備圖

  該生產(chǎn)線自投運(yùn)以來(lái),發(fā)現(xiàn)該二系統(tǒng)脫硫風(fēng)機(jī)的問(wèn)題較大:首先是風(fēng)機(jī)出口的管道振動(dòng)大、噪聲大,雖說(shuō)經(jīng)過(guò)幾次的技改已有所改善;另外,就目前風(fēng)機(jī)送風(fēng)量能力遠(yuǎn)超生產(chǎn)能力,為保生產(chǎn)只能把多余的通過(guò)回流管道接到風(fēng)機(jī)進(jìn)口去。
  采用甲烷化法脫硫除原料氣中CO、CO2 時(shí), 合成氨工藝流程圖如下:
  造氣 ->半水煤氣脫硫 ->壓縮機(jī)1段 ->變換 -> 變換氣脫硫 -> 壓縮機(jī)2段 ->脫碳 -> 精脫硫 ->甲烷化 ->壓縮機(jī)3,4,5段 ->氨合成 ->產(chǎn)品NH3
  原系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)如下表1所示:
  表1

3改造方案
  改造前:原系統(tǒng)6KV高壓開(kāi)關(guān)柜直接到電機(jī),電機(jī)與風(fēng)機(jī)相連。
  改造后:在原系統(tǒng)6KV高壓開(kāi)關(guān)柜后面加入變頻器,變頻器輸出接電機(jī),電機(jī)再與風(fēng)機(jī)相連。
  改造方案原理接線圖如下圖2所示。

  圖2 改造方案原理接線圖

  變頻器配備了自動(dòng)旁路柜,通過(guò)KM3、KM4的控制,可自動(dòng)(或手動(dòng))在變頻狀態(tài)和工頻狀態(tài)之間切換。變頻狀態(tài)下, KM3閉合,KM4斷開(kāi),變頻器控制電機(jī);工頻狀態(tài)下,KM3斷開(kāi),KM4閉合,在切換至工頻帶動(dòng)電機(jī)。變頻器可以在重故障時(shí)自動(dòng)切換工頻運(yùn)行,這樣既保證了變頻器正常運(yùn)行,又避免了直接啟動(dòng)電機(jī)大電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊。
4現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況
  2008年8月16日,山東聊城魯西化工第二化肥廠和我公司簽訂高壓變頻器購(gòu)貨合同,型號(hào)為JD-BP37-450F。2008年9月30日,開(kāi)始安裝就位;2008年10月2日,一次調(diào)試成功投入運(yùn)行。整個(gè)變頻器安裝調(diào)試周期都很短,為系統(tǒng)的正常生產(chǎn)提供了有利的保證。
5節(jié)能效果
  山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限責(zé)任公司生產(chǎn)的JD-BP37-450F變頻器應(yīng)用于4#脫硫羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)行了改造。由于我廠的每臺(tái)高壓變頻器在出廠前均經(jīng)過(guò)實(shí)際風(fēng)機(jī)負(fù)載的整機(jī)出廠檢驗(yàn)和調(diào)試,在現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試又可以在沒(méi)有高壓輸入的情況下調(diào)試,因此在經(jīng)過(guò)約一周的施工、安裝和調(diào)試后,上電試驗(yàn)和試運(yùn)行進(jìn)行順利,一次投運(yùn)成功,高壓變頻器一直持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

  根據(jù)生產(chǎn)情況,風(fēng)機(jī)運(yùn)行30HZ左右就能滿足了生產(chǎn)工藝要求;運(yùn)行轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速的60%左右。由于電機(jī)為水冷卻,在低轉(zhuǎn)速下發(fā)熱量并沒(méi)有提高,完全滿足了工況運(yùn)行。
  變頻改造后節(jié)能效果顯著,與原有的工頻驅(qū)動(dòng)方式相比,風(fēng)機(jī)效率穩(wěn)定在理想的范圍內(nèi),電動(dòng)機(jī)能耗大大降低,節(jié)約電量可達(dá)37%。特別是機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí),效果更顯著。以下為節(jié)能效果估算:
  節(jié)能估算條件:是在同一時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行比較,相同生產(chǎn)條件需求下,同一段母線上的兩臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī),5#羅茨風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行,4#羅茨風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行,兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行比較節(jié)能估算。首先10月份是正常生產(chǎn)時(shí)期,10月2日開(kāi)始投入變頻至今,從此月2日至9日5#電動(dòng)機(jī)耗電能有功功率平均在362KW,而2日投入變頻運(yùn)行后,2日至9日時(shí)4#電動(dòng)機(jī)耗電能有功功率平均在230KW。以上數(shù)據(jù)不難看出投入變頻后確實(shí)起到節(jié)能。另外,無(wú)功功率也從原來(lái)的平均276KVar降到平均為83KVar左右,大大改善了系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償。
  根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算,由于生產(chǎn)使用自備發(fā)電,以0.386元/kWH的成本價(jià)電費(fèi),按以下計(jì)算公式計(jì)算,年節(jié)電效益:年節(jié)電效益=(工頻時(shí)平均功率-變頻時(shí)平均功率)×天運(yùn)行小時(shí)數(shù)×年運(yùn)行天數(shù)×電費(fèi)單價(jià),結(jié)果如下:
 ?。?62kW-230kW)×24小時(shí)/天×300天/年×0.386元/kWH=36.69(萬(wàn)元/年)。
  按照保守的計(jì)算方法,每年可節(jié)電費(fèi)近37萬(wàn)元,具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
  本次羅茨風(fēng)機(jī)配套用風(fēng)光牌高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)改造成功后,由于實(shí)現(xiàn)了頻率的遠(yuǎn)方調(diào)節(jié)和狀態(tài)監(jiān)控,產(chǎn)品運(yùn)行可靠、穩(wěn)定,大大地改善了系統(tǒng)工藝,該公司決定再次采購(gòu)三套風(fēng)光牌高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)用于另外三臺(tái)710kW/6KV羅茨風(fēng)機(jī)配套電動(dòng)機(jī)的變頻技術(shù)改造。
6其他效益
  6.1 該羅茨風(fēng)機(jī)由于采用變頻控制,可對(duì)風(fēng)量進(jìn)行精確控制,而且與閥門(mén)控制相比更直觀、方便調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量來(lái)滿足生產(chǎn)需要;
  6.2 由于采用了變頻技術(shù),電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng),不存在啟動(dòng)電流沖擊;原來(lái)沒(méi)有使用變頻器時(shí)電機(jī)直接啟動(dòng),啟動(dòng)電流高達(dá)200-300A,對(duì)電機(jī)或電網(wǎng)都具有不利的影響?,F(xiàn)在使用變頻器軟啟動(dòng),啟動(dòng)電流不高于額定電流46A,減少了風(fēng)機(jī)出口壓力瞬間提高對(duì)風(fēng)機(jī)的沖擊,從而延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)和其他設(shè)備的使用壽命;
  6.3 由于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降為原來(lái)的60%,大大減少了風(fēng)機(jī)管道振動(dòng)頻率和噪聲,延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)、電機(jī)軸承的機(jī)械壽命,減少了設(shè)備的維護(hù)量。
  6.4 由于旁通閥門(mén)幾乎不操作,減少了風(fēng)道的振動(dòng)與磨損腐蝕,提高了機(jī)械壽命。
7 變頻改造總結(jié)
  根據(jù)針對(duì)該項(xiàng)目的變頻改造經(jīng)驗(yàn)以及同類其他項(xiàng)目的實(shí)踐結(jié)果,總結(jié)出風(fēng)光高壓變頻器改造具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)安裝簡(jiǎn)單。變頻器安裝在高壓開(kāi)關(guān)柜和電機(jī)之間,對(duì)原有接線改動(dòng)不大。
(2)操作簡(jiǎn)單。直觀的中文人機(jī)界面,設(shè)備具有開(kāi)機(jī)、停機(jī)和頻率調(diào)整等操作。
(3)調(diào)速平滑。能夠進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速,調(diào)速范圍寬,并且調(diào)速精度高。
(5)節(jié)電明顯。根據(jù)工況要求,變頻器一般運(yùn)行在27Hz左右,實(shí)際輸入電流不到額定電流的一半,節(jié)電率高達(dá)37%以上。
(6)噪音降低。由于電機(jī)運(yùn)行于較低轉(zhuǎn)速上,運(yùn)行噪音大大降低,電機(jī)的發(fā)熱量也有明顯下降。
(7)保護(hù)完善。變頻調(diào)速系統(tǒng)具有完善的保護(hù)功能,降低了電機(jī)運(yùn)行中的故障率,并且啟動(dòng)平穩(wěn),啟動(dòng)電流小,對(duì)電網(wǎng)的沖擊量小,大大提高了可靠性。輸出諧波小。變頻器輸出符合IEEE STD 519 1992及中國(guó)供電部門(mén)對(duì)電壓失真較嚴(yán)格的要求,高于國(guó)標(biāo)GB/T14549-93對(duì)諧波失真的要求,不需要采用輸出電抗器。
(8)具有星點(diǎn)漂移功能。三相輸出采用單元串聯(lián)結(jié)構(gòu),在運(yùn)行中,如果有任意三個(gè)單元以內(nèi)出現(xiàn)故障,變頻器本身會(huì)自動(dòng)旁路,同時(shí)變頻器主控系統(tǒng)具有星點(diǎn)漂移功能,使三相輸出線電壓保持平衡,不會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)造成不利影響。
8 結(jié)束語(yǔ)
  從現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況來(lái)看,山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-450F高壓變頻器性能優(yōu)越,運(yùn)行可靠,有效地降低了生產(chǎn)成本,在生產(chǎn)材料成本日益增長(zhǎng)的今天,通過(guò)有效的節(jié)能改造,具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

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