风光 高压变频器在氧化铝焙烧炉除尘风机中的应用

Abstract: This paper describes the high voltage inverters in Guangxi Xinfa Aluminium Electricity limited, alumina 2#, 4# application of  baking furnace fan, and calculation the transformation. Results show that using high voltage inverter on speed fan device of alumina baking furnace energy saving, good economic and social benefits.

Key words: High voltage inverter  Roaster  Dust blower   Energy-saving

1前言

　　广西信发铝电有限公司一期工程建有4条40万吨的氧化铝生产线，当焙烧炉进行生产时，高温的AL(OH)3会同空气发生剧烈的化学反应，产生大量的烟气。一方面对现场操作的工人不利，另一方面也对环境造成了巨大的污染。根据国家环保法需对烟气进行处理，每条生产线都配有一套烟气净化除尘系统。焙烧炉根据氧化铝产量的大小，烟气净化风量随时变化，因此该除尘风机需要多种速度来适应，以达到最佳除尘效果。在以前的运行过程中，液力耦合器不能适应频繁的调速，需要风量大小靠风门调节，大量能量消耗在风门上。1#～4#焙烧炉除尘电动机和风机之间都配有液力耦合器调速，液力耦合器每年花费润滑油5万元，每年需维护费用近10万元，且其运行效率低，故障率较高，一旦发生故障时，需停产进行维护。为了提高焙烧炉除尘风机的运行效率，保证生产的正常进行，很有必要对除尘风机调速控制进行改进。

　　近几年随着国内高压变频技术的进步，变频器的性价比和稳定性有很大幅度的提升，经过考察，我厂最终选择了山东新风光电子科技发展有限公司生产的JD-BP38系列高压变频器2套（1120kW/10kW）对2#、4#焙烧炉除尘ID风机进行调速控制。整体项目为交钥匙工程，于2011年6月份安装调试完毕投入运行，至今已稳定运行，给我厂带来了巨大的效益。

2 焙烧炉除尘工艺及设备参数介绍

　　2.1 除尘工艺流程

　　氧化铝焙烧炉将燃烧完AL(OH)3以后，绝大部分AL2O3下沉到氧化铝冷却仓，但是燃烧后的烟气中含有部分有用的AL2O3、其他烟气和粉尘，这部分烟气经除尘ID风机引导进入电收尘中，电收尘将有用的AL2O3吸附住，经处理后的烟气随之排到大气中。生产量大时，除尘ID风机抽风量大，除尘风机转速高。生产量小时，用气量小，除尘风机转速低。未用变频前风量大小靠液力耦合器和风门配合调节。除尘ID风机生产流程示意图如图1所示。

       图1 除尘ID风机生产流程示意图

　　2.2 除尘风机设备参数

　　现场2#、4#焙烧炉除尘ID风机型号相同，以4#焙烧炉除尘ID风机为例介绍其参数。

2.3 工艺要求

　　焙烧炉现场生产要求根据下料量大小情况除尘风机给出相应配合，才能保证除尘效果：

　　（1）下料量每小时60t～69t，电收尘内维持风压为-6700Pa～-7000Pa。

　　（2）下料量每小时70t～79t，电收尘内维持风压为-7000Pa～-7400Pa。

　　（3）下料量每小时80t～90t，电收尘内维持风压为-7400Pa～-7700Pa。

　　（4）下料量每小时90t以上，电收尘内维持风压为-7700Pa～-8600Pa。

3 风光JD-BP38系列高压变频系统技术特点

　　2007年9月，风光牌JD-BP38系列高压变频器荣获“中国名牌”称号，山东新风光是国家高新技术企业，生产的风光牌JD-BP38系列高压变频器以高速DSP为控制核心，采用无速度矢量控制技术、功率单元串联多电平技术，属高-高电压源型变频器，其谐波指标远小于IEE519-1992的谐波国家标准，输入功率因数高，输出波形质量好，不必采用输入谐波滤波器、功率因数补偿装置和输出滤波器；不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，可以使用普通的异步电机。

　　3.1JD-BP38-1120F高压变频器技术指标

　　JD-BP38-1120F高压变频器技术指标如表4所示。

3.2 JD-BP38-1120F高压变频器技术性能

　　具体来说，风光高压变频器除具有一般普通高压变频器的性能外，还具有以下突出特点：        

　　(1)采用高速DSP作为中央处理器，运算速度更快，控制更精准。

　　(2)飞车启动功能。能够识别电机的速度并在电机不停转的情况下直接起动。

　　(3)完整的工频/变频自动互切技术。现在的高压变频调速系统一般设置工频旁路切换柜，变频器发生故障时能使高压电机转至工频运行，旁路切换有手动旁路和自动旁路切换两种型式，手动旁路需人工操作，适应于无备用装置或不重要的运行工况，自动旁路可在变频器发生故障后直接自动转换至工频运行。新风光公司提供的自动旁路切换柜，不仅可实现变频故障情况下自动由变频转换至工频运行状态，还可实现在变频检修完毕后由工频瞬间转换至变频运行的功能，整个转换过程不会对用户设备的运行造成任何影响。

　　(4)旋转中再启动功能。运行过程中高压瞬时掉电3s内恢复，高压变频器不停机，高压恢复后变频自动运行到掉电前的频率。

　　(5)线电压自动均衡技术（星点漂移技术）。变频器某相有单元故障后，为了使线电压平衡，传统的处理方法是将另外两相的电压也降至与故障相相同的电压，而线电压自动均衡技术通过调整相与相之间的夹角，在相电压输出最大且不相等的前提下保证最大的线电压均衡输出。

　　(6)单元直流电压检测：实时显示检测系统的直流电压，从而实现输出电压的优化控制，降低谐波含量，保证输出电压的精度，提升系统控制性能，并可使保证运行维护人员实现对功率单元运行状况的全面把握。

　　(7)单元内电解电容因采取了公司专利技术，可以将其使用寿命提高1倍。

　　(8) 具备突发相间短路保护功能。如果由于设备原因及其他原因造成输出短路，此时如果变频器不具备相间短路保护功能，将会导致重大事故。变频器在发生类似问题时能够立即封锁变频器输出，保护设备不受损害，避免事故的发生。

　　(9) 限流功能：当变频器输出电流超过设定值，变频器将自动限制电流输出，避免变频器在加减速过程中或因负载突然变化而引起的过流保护，最大限度减少停机次数。

　　(10) 故障自复位功能：当变频器由于负载突变造成单元或是整机过电流保护时，可自动复位，继续运行。

4改造系统方案介绍

　　由于目前设备使用液力耦合器，考虑到风机运行的稳定性，因此拆除液力耦合器，将电机向前移位采用直接连接方式，重新制作钢底座作为电机基础。

　　高压变频器设备安装在风机值班室内，原高压柜至电机的高压电缆用做改造时高压柜至变频器进线电缆，变频器至电机高压电缆重新敷设，同时敷设现场PLC柜至变频器控制柜的控制电缆用于变频器的远程控制，采集现场设备状态信号，实现设备的自动调节及信号反馈。此外还需敷设一根高压柜至变频器的控制电缆，用于高压柜合闸允许和高压柜紧急分闸控制。

　　由于高压变频器对环境温度要求比较高，为了防止因温高而引起变频器的保护停机，我厂采用以下措施来防止室温过高：2#焙烧炉除尘ID风机高压变频器采用2台10匹空调用于制冷降温，4#焙烧炉除尘ID风机高压变频器采用4台5匹空调用于制冷降温。

　　2#、4#除尘ID风机改造系统采用一拖一自动旁路转工频控制，系统由一次回路进线柜（旁路柜）、变压器柜、变频单元柜和操作控制柜组成。旁路柜在变频器维护过程中或变频器出现故障，而不能排除故障时，将电机自动投入到工频运行，确保生产不受影响。

　　变频运行时，变频器为电机提供全面的保护。自动旁路柜接线如图2所示：

     图2  自动旁路柜

　　图2旁路柜在变频器进、出线端增加了两个隔离刀闸，以便在变频器退出后而电机运行于旁路时，能安全地进行变频器的故障处理或维护工作。

　　旁路柜主要配置：三个真空接触器（KM1、KM2、KM3）和两个刀闸隔离开关K1、K2。KM2与KM3实现电气互锁，当KM1、KM2闭合，KM3断开时，电机变频运行；当KM1、KM2断开，KM3闭合时，电机工频运行。另外，KM1闭合时，K1操作手柄被锁死，不能操作；KM2闭合时，K2操作手柄被锁死，不能操作。

　　电机工频运行时，若需对变频器进行故障处理或维护，切记在KM1、KM2分闸状态下，将隔离刀闸K1和K2断开。

　　合闸闭锁：将变频器“合闸允许”信号串联于KM1、KM2合闸回路。在变频器故障或不就绪时，真空接触器KM1、KM2合闸不允许；在KM1、KM2合闸状态下，若变频器出现故障，则“合闸允许”断开，KM1、KM2跳闸，分断变频器输入电源。

　　旁路投入：将变频器“旁路投入”信号并联于KM3合闸回路。变频运行状态下，若变频器出现故障且自动投入允许，或者需要将电机从变频投入到工频状态运行（按下“工频投切”按钮），系统将首先分断变频器高压输入、输出开关、真空接触器KM1和KM2，经过一定延时后，“旁路投入”闭合，即工频旁路开关KM3合闸，电机投入电网工频运行。

　　保护：保持原有对电机的保护及其整定值不变。

5 焙烧炉变频节能情况

　　5.1变频节能分析

　　2#、4#焙烧炉除尘ID风机高压变频器一次正式投入运行，至今运行正常。变频运行后，风门全部打开，根据氧化铝生产下料量的大小，随时调节风机的风量大小，满足生产电收尘的负压要求，而且现场人员操作非常方便。

　　2011年6月厂节能服务中心随机对2#焙烧炉不同下料量的情况下，对除尘ID风机高压变频器进行了测试，记录数据如表5所示。

   通过以上变频运行数据，与原氧化铝下料量基本相同的工频运行数据相比，电机电流、消耗功率大大减小，节能效果是非常明显的。

　　为了进一步测试节能效果，分别统计2#、4#焙烧炉在不同下料量的情况下，除尘ID风机的耗电量，统计数据如表6、表7、表8所示。

综合统计分析，氧化铝焙烧炉除尘风机上安装高压变频器后较以前工频液力耦合器调速，平均生产1吨氧化铝除尘系统可节约电量约为3.77kW�h/t，按生产线年产量40万吨计算，每台高压变频器年节电150.7万kW�h。

　　5.2改造其他效益

　　(1)运行稳定，安全可靠。原来使用液力耦合器大概2～3个月左右就必须更换轴承，每次需停炉半天左右，带来的巨大的经济损失。JD-BP38系列高压变频器具有免维护的特点，只需定期除尘，不用停机，保证了生产的连续性。

　　(2) 电动机实现了真正的软启动、软停止。避免了启动时对设备的电气和机械冲击，使风机启动平稳。

　　(3) 运行工况改善，工人劳动强度降低。

　　随着氧化铝焙烧炉生产除尘的需要，调节风机的转速，进而调节风机风量，满足除尘生产工艺的需要，现场工作环境大为改善，工作强度大大降低。

　　(4)延长了电机、风机的使用寿命，提高了风机的利用效率。原除尘风机在运行过程中，维护工作量大，检修费用高，采用变频技术调速后，减少了机械磨损，保证了风机的正常运行。

　　(5)调速范围宽，调速精度高。

　　除尘风机的风量经常需要根据工艺的需要变化，在过去液力耦合器调节时，出现执行机构的开度与流量的非线形问题，致使调节失误，采用变频拖动风机可以在0～50Hz范围内任意调速，调速精度高，可保持在0.1～0.01Hz范围内工作，便于实现除尘系统自动化控制。

　　(6)变频器具有多项保护功能，十分完善。

　　与原来旧系统相比较，变频器具有过流、短路、过压、欠压、缺相、温升保护等多项保护功能，更精确地保护了电机。

6 结束语

　　综合看来，2#、4#氧化铝焙烧炉除尘风机采用高压变频器进行改造，大大提高广西信发铝电有限公司氧化铝焙烧炉除尘风机的使用效率，降低氧化铝的生产成本，保证焙烧炉除尘风机的安全运行起着重要的作用。