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解決方案

高壓變頻器在尾氣制酸行業(yè)的應用

發(fā)布時間:2020-04-14 作者:新風光

引言
  吐魯番工企礦冶有限公司銅冶煉廠,是新疆維吾爾自治區(qū)吐魯番地區(qū)較大的國有企業(yè),由于國家對銅冶煉尾氣處理的要求越來越高,公司領(lǐng)導在綜合考慮各方面的因素后,認為單純處理尾氣,還不如變廢為寶,將尾氣凈化處理后,將其中的SO2轉(zhuǎn)變成硫酸,這樣即處理了尾氣,達到國家尾氣排放標準,又派生出新產(chǎn)品硫酸,可以獲得新的經(jīng)濟效益,一舉兩得,是這次設備改造及尾氣處理的雙重收益。
1項目概況
1.1項目名稱:9萬噸/年煙氣制酸
  9萬噸/年煙氣制酸項目是將冶煉廠排放的煙氣,通過凈化處理后,采用國內(nèi)外先進成熟的冶煉煙氣制酸技術(shù)和設備,使原先超標排放的SO2煙氣得以回收利用,生產(chǎn)出符合市場需求的優(yōu)質(zhì)工業(yè)硫酸,從而尾氣達標排放。
  項目嚴格執(zhí)行國家有關(guān)方針政策和各項設計規(guī)程、規(guī)范,系統(tǒng)優(yōu)化設計,采用美國孟山都公司動力波洗滌器和托普掌公司生產(chǎn)的觸煤等國內(nèi)外先進可靠的核心技術(shù)和設備,全廠采用DCS集中控制系統(tǒng),項目完成后,系統(tǒng)整體技術(shù)設備達到國內(nèi)外先進水平。
1.2項目建設規(guī)模:制酸規(guī)模和冶煉規(guī)模相配套,設計規(guī)模為9萬噸/年。
1.3投資及收益

  項目計劃總投資7000萬元,資金來源企業(yè)自籌和專項資金的支持,投產(chǎn)后年均利稅總額為1000萬元。
1.4產(chǎn)品及質(zhì)量標準:
  主要產(chǎn)品為98% H2SO4,質(zhì)量符合工業(yè)硫酸國家標準GBT34-2002一等品標準。
1.5節(jié)能指標:
  單位產(chǎn)品電耗98KW·h/t 98% H2SO4以下,遠低于199 KW·h/t100% H2SO4的生產(chǎn)指標,合理采用循環(huán)水系統(tǒng),使本項目工業(yè)復用水率高達96.5%。
  項目建成投產(chǎn)后,銅冶煉整體系統(tǒng)安全、節(jié)能、環(huán)保。
2工藝流程圖

3變頻器的應用
  在這個工藝流程中, SO2煙氣由干燥塔到散熱器的過程是由鼓風機經(jīng)風道傳遞的,而鼓風機的運行采用了變頻控制,啟動平穩(wěn),風量可隨時根據(jù)需要任意調(diào)節(jié),并節(jié)約了能量。
3.1現(xiàn)場的基本數(shù)據(jù)
 ?。?)電動機
  名稱:SIMA變頻調(diào)速三相異步電動機
  型號:YPT5003-2
  功率:710KW
  絕緣等級:F
  額定電壓:10KV
  額定電流:49.7A
  接法:Y型
  防護等級:IP54
  恒轉(zhuǎn)矩:2260N.M,20-50Hz.
  冷卻方式:IC616
  生產(chǎn)廠家:西安西碼電機(集團)股份有限公司
 ?。?)離心鼓風機
  型號:C850-1.357/0.969
  流量:850m3/min
  出口壓力:38000Pa
  電機功率:710KW
  主軸轉(zhuǎn)速:2980r/min
  生產(chǎn)廠家:湖北雙創(chuàng)鼓風機制造有限公司
3.2系統(tǒng)方案
  根據(jù)用戶要求,現(xiàn)場共兩套系統(tǒng),配置兩臺風機,配置一套變頻器,即一臺變頻器拖動二臺電機,采用一拖二方式。旁路系統(tǒng)由1個高壓真空接觸器KM1和5個高壓隔離開關(guān)K1、K21、K22、K31、K32組成。要求K21不能和K1、K31同時閉合,K22不能和K1、K32同時閉合,在電氣上實現(xiàn)互鎖。K1與K31閉合,K21斷開,1#電機變頻運行;K1與K32閉合,K22斷開,2#電機變頻運行。K1與K31斷開,K21閉合,1#電機工頻運行;K1與K32斷開,K22閉合,2#電機工頻運行。
  主回路圖如下:

3.3變頻器的配置
  根據(jù)現(xiàn)場情況和用戶要求,采用山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-710F型號的高壓大功率變頻器為用戶配置。
  (1)變頻裝置技術(shù)數(shù)據(jù)
  A、額定輸入電壓:10KV,允許變化范圍:+15%~-20%
  B、額定輸出電壓:0~10KV
  C、額定容量:900KVA
  D、輸入諧波:<3%
  E 、輸入功率因數(shù):>95%
  F、過載能力:120%連續(xù),150%1分鐘。
 ?。?) 風光高壓變頻器的主要特點及構(gòu)成:
  高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用直接“高-高”變換形式,為每相8單元串聯(lián)多電平拓撲結(jié)構(gòu),主體結(jié)構(gòu)由控制柜、功率柜、變壓器柜組成。
  控制器采用32位高速DSP芯片,精心設計的算法可以保證電機達到較優(yōu)的運行性能。彩色嵌入式人機界面提供友好的全中文監(jiān)控和操作界面,同時可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和網(wǎng)絡化控制??刂破鬟€包括一臺內(nèi)置的PLC,用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理,以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號(包括DCS/RS485//Modbus)的協(xié)調(diào),并且可以根據(jù)用戶的需要擴展控制開關(guān)量,增強系統(tǒng)的靈活性??刂破鹘Y(jié)構(gòu)上采用箱體結(jié)構(gòu),各控制單元板采用FPGA、CPLD等大規(guī)模集成電路和表面焊接技術(shù),系統(tǒng)具有極高的可靠性。控制器與功率單元之間采用光纖通訊技術(shù),低壓部分和高壓部分完全可靠隔離,系統(tǒng)具有極高的安全性,同時具有很好的抗電磁干擾性能。
 ?。?)控制方式
  變頻器有三種控制方式:
  本地控制:從變頻器操作界面控制電機的啟、停,并能完成變頻器的所有控制;
  遠程控制:通過內(nèi)置PLC接受來自現(xiàn)場的開關(guān)量控制;
  上位機控制:通過RS485接口,采用PROPFIBUS通訊協(xié)議,接收上位DCS系統(tǒng)的控制;或與DCS硬連接。
  在本系統(tǒng)中,由于用戶采用DCS集中控制系統(tǒng),因此我們采用上位機控制,將變頻器所需要的開機信號和速度調(diào)節(jié)信號直接傳至用戶的集中控制系統(tǒng),采用硬連接,在DCS上直接進行調(diào)節(jié),并接受由DCS上傳輸?shù)默F(xiàn)場電機的溫度及風量調(diào)節(jié)信號,實現(xiàn)電機過熱保護及風量的自動調(diào)節(jié)。
  表1、用戶DCS與變頻器的接口:

  表2、高壓變頻系統(tǒng)到用戶DCS的接線:

4安裝與調(diào)試
4.1安裝

  安裝時注意不要將變頻器安裝在有較大灰塵、腐蝕或爆炸性氣體、導電粉塵等空氣污染的環(huán)境里??紤]通風散熱及操作空間的需要,10KV系列整套裝置背面離墻或是別的柜體距離不得小于1500mm,裝置頂部離屋頂距離不得小于1500mm;裝置正面離墻或是別的柜體距離不得小于1500mm。
  所有柜體應牢固安裝于基座之上,并和廠房大地可靠連接。變壓器屏蔽層及接地端子PE也應接至廠房大地。各柜體之間應相互連接成為一個整體。
  安裝過程中,要防止變頻器受到撞擊和震動,所有柜體不得倒置,傾斜角度不得超過30°。
  變頻器安裝場地應采取完善的小動物防護措施。
  以變頻器隨機配套的《整機連線圖》為依據(jù)進行安裝接線。
  a.確認變頻器殼體安裝正確整齊,底部槽鋼與大地可靠連接(建議采用焊接方式)。包括控制柜、功率柜、變壓器柜和旁路柜。風道的設計、安裝必須防雨,以防雨水順風道進入變頻器內(nèi)。
  b.變頻器功率柜分前后兩面安裝。每相前后面各4個單元,按照功率單元標注的編號的順序?qū)卧湃牍β使瘢m然單元可以互換,但是按編號安放便于查詢,也符合人的正常思維)。
  c.安裝UPS,人機界面,高壓帶電顯示裝置,變壓器溫控儀,電流傳感器,報警器。
  d.依照連線圖接變頻器內(nèi)部連線。
4.2通控制電調(diào)試過程
  注意:通控制電調(diào)試時必須確保高壓電不能加到變頻器上,以確保人身安全
 ?。?)通上交流220V控制電(交流220伏控制電用6mm2的電源線??刂齐娫礊锳C220V±10%,容量不小于5KVA。合上控制柜、旁路柜內(nèi)斷路器,開UPS后當人機界面顯示正常時,說明控制電源已送上,觸摸屏會自動進入監(jiān)控程序。
  (2)合變頻柜主回路上的隔離開關(guān)。
 ?。?)按變頻送電按鈕或是模擬短接高壓就緒接點,但是在送高壓電之前必須將模擬短接點斷開。
 ?。?)開機用示波器測量單元輸出波形和總輸出波形是否正確。
  每個單元輸出的波形:

 ?。?)按照變頻器的接線圖及技術(shù)協(xié)議連接變頻器的內(nèi)部接線。
4.3依照連線圖接變頻器與外部連線
 ?。?)外部高壓就緒,故障輸出,報警輸出,就地指示,遠程指示,變頻指示,工頻指示,遠程急停,遠程開機,遠程停機,遠程頻率給定,電流輸出,頻率輸出,工藝允許,聯(lián)跳外部高壓等。
  (2)變頻器控制柜內(nèi)的走線原則
  高壓線和低壓線分開走線,交流和直流分開走線,PLC 輸入和4~20mA模擬信號必須用屏蔽線,屏蔽線線徑不能小于0.5mm2,以免線徑太細壓接時易斷。
  交流電源用線沿控制柜靠近功率單元柜的一側(cè)走,直流電源用線沿控制柜不靠功率柜的的一側(cè)走線。走線要整齊、美觀、易查。
4.4試驗變頻器遠程開機,停機,頻率給定
  電流輸出與頻率輸出和各種顯示,及與現(xiàn)場聯(lián)系的各種必要的互鎖。
4.5現(xiàn)場通高壓電調(diào)試
 ?。?)將高壓電送至變頻器,無特殊情況不要在通高壓電的情況下測輸出或是其他地方,如需測試,調(diào)試人員需做好安全防護并經(jīng)技術(shù)人員允許后再測試,以免出現(xiàn)安全事故。
 ?。?)輕載試驗,觀察變頻器運行是否正常。
  (3)試驗工頻變頻狀態(tài)下,電機轉(zhuǎn)向是否一致。如果不一致,則將變頻器三相輸出中任意兩相更換位置。
 ?。?)重載試驗
  由于該系統(tǒng)電機軸承與風機配比不太合理,且電機為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速,啟動時較困難,需要增加低頻補償,經(jīng)過試驗,在風門全開,即負荷最大情況下,大約設定在3.5%,可滿足正常啟動要求。
  原系統(tǒng)DCS控制設置有手動和自動兩種控制方式,調(diào)試時先在手動方式調(diào)試工作正常,根據(jù)用戶要求,設置變頻器頻率上升、下降時間,達到上升不過流保護/下降不過壓保護,實際實驗時間為上升300s,下降420s.然后再轉(zhuǎn)至自動運行狀態(tài),有DCS的PID輸出控制變頻器的頻率,從而達到穩(wěn)定的運行狀態(tài)。
  系統(tǒng)最終運行參數(shù):
  變頻器:
  頻率40Hz,
  輸出電流39A,
  輸入電流21A,
  輸出電壓7.37KV,
  輸入電壓9.34KV
  風機參數(shù):
  氣體溫度:  進口31.10℃,出口 57.10℃
  氣體壓力:  進口 -7.04Kpa,出口  17.06Kpa
  電機軸承溫度  左:34.1℃,右:34.10℃
5應用效果
  (1)實現(xiàn)了系統(tǒng)的平穩(wěn)啟動。該設備為新機配套,由于系統(tǒng)電網(wǎng)配置小,工頻直接啟動,電流大約為額定電流的5-7倍,即啟動瞬間可達300A左右,在風門開啟時根本啟動不了。而采用變頻啟動,啟動電流大約在額定電流的一半左右(約28A)即可平穩(wěn)正常啟動,因此解決了軟啟動問題。
 ?。?)運行中調(diào)速平滑、連續(xù),.可依據(jù)工藝需要平滑的調(diào)節(jié)變頻器的頻率,進而無級的調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速,使SO2送風量得到無級平滑的調(diào)節(jié),減少了對風門及系統(tǒng)的沖擊,極大的保護了風道系統(tǒng),免受沖擊損害。
 ?。?)簡化了操作系統(tǒng),精簡了控制程序,減輕了工人的勞動強度,特別是自動控制的應用,提高了整個系統(tǒng)的自動化程度,實現(xiàn)了變頻器無人值守。
 ?。?)節(jié)能顯著。
  對風機\泵類負載,由流體力學知,流量與轉(zhuǎn)速成正比,管壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比,而軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。
  現(xiàn)系統(tǒng)運行在40Hz ,因此變頻運行下的功率
  P變=(40/50)3P工=0.83P工=0.51 P工
  當然變頻改造后效率可能要降低一些,總體效率大約80%.因此變頻應用后的實際效率為
  P1變=0.51/80% P工=0.64 P工=64% P工
  則節(jié)電率為⊿P= (P工- P1變)/ P工=36%
  節(jié)電效果是十分明顯的,基本達到了預期的節(jié)能效果。
  總之,使用變頻器后,實現(xiàn)了軟啟動,運行平穩(wěn),節(jié)約電能,是實現(xiàn)自動化控制的較理想設備,值得在各種領(lǐng)域大力推廣。