摘要：本文著重介紹高壓變頻器在旭陽公司焦爐尾氣除塵風(fēng)機上的應(yīng)用情況，對節(jié)能效果進行了分析，結(jié)果表明，焦化廠采用高壓變頻器對尾氣除塵風(fēng)機進行調(diào)速，具有投資省，見效快等特點。
1引言
旭陽煤化工集團是全球領(lǐng)先的煤化工產(chǎn)品供應(yīng)商，集團總部位于北京，核心業(yè)務(wù)為生產(chǎn)、銷售焦炭、焦化產(chǎn)品及深加工煤化工產(chǎn)品。河北旭陽焦化有限公司是旭陽煤化工集團下屬子公司，年生產(chǎn)能力200萬噸焦化及配套粗苯、焦油、硫銨等。企業(yè)2009年全年實現(xiàn)銷售收入43億元，實現(xiàn)利稅5.06億元。焦化廠廠區(qū)如圖1所示。
河北省旭陽焦化集團焦爐是焦化廠的主要生產(chǎn)設(shè)備，也是焦化廠生產(chǎn)過程中最大的污染源之一。焦化廠在生產(chǎn)過程、推焦過程中排放大量溫度高、濃度大的有害氣體及易擴散的煙塵，對人體危害極大。尤其在焦爐爐頂大氣中苯可溶物嚴重超標，焦爐工作區(qū)粉塵濃度也超標，嚴重危及職工的身體健康.
按照我國1996年頒布的《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297一1996），對煙氣必須冷卻、凈化，由引風(fēng)機將其排至煙囪放散或輸送到煤氣回收系統(tǒng)中備用。因此，每座焦爐需配有一套除塵系統(tǒng)。一期工程的地面除塵站使用的是一臺630kW/10kV的高壓電機拖動風(fēng)機，抽取前級焦爐出焦時產(chǎn)生的焦爐煙氣和灰塵，吸收的煙塵和氣體進入除塵站的布袋除塵器濾除粉塵和有害物質(zhì)以后，高溫氣體經(jīng)高爐排放到空氣中。除塵系統(tǒng)風(fēng)機型號AI850。由于焦爐周期性間斷推焦，為滿足節(jié)能和環(huán)保要求,要求風(fēng)機在整個煉焦工作周期內(nèi)變速運行，推焦時高速運行，不推焦時低速運行。原系統(tǒng)采用液力偶合器調(diào)速，高速800rpm，低速600rpm。經(jīng)過一段時間的運行，發(fā)現(xiàn)液力偶合器技術(shù)存在著局限性，主要表現(xiàn)在：
1調(diào)速范圍在40%～95%之間，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定；造成能源浪費。
2液力偶合器本身包含油路，水路等多套系統(tǒng)，故障率高，液力偶合器一旦故障，只能停機維修，無法切換至工頻旁路運行，造成焦爐停產(chǎn)，不能滿足連續(xù)生產(chǎn)的需要。
3液力偶合器在調(diào)速越低時效率越低，調(diào)速的節(jié)能效果大打折扣。
4調(diào)節(jié)精度低、線性度差，響應(yīng)慢。
5電機仍然為直接啟動，需要啟動裝置，啟動沖擊也大，并且不能頻繁 啟動。
隨著高壓變頻器應(yīng)用的越來越普遍，高壓變頻器的性價比越來越高，相比液力偶合器變頻器具有以下優(yōu)點：
1高壓變頻器調(diào)速范圍大，精度高，調(diào)速范圍為0-100%。
2高壓變頻器是高科技產(chǎn)品，可靠性高，基本免維護，萬一變頻器故障，電機還可以直接掛電網(wǎng)工頻運行，不會造成生產(chǎn)損失。
3高壓變頻器在整個調(diào)速范圍內(nèi)都具有較高的效率（大于96%）。
4高壓變頻器對電機及負載機械實現(xiàn)真正的軟啟動，如果工藝需要，電機可以在短時間內(nèi)多次重復(fù)啟動。
5高壓變頻器不會因為電機速度的高低而增加成本，而低速大容量的電機用液力偶合器調(diào)速，成本將大大增加，有些時候甚至無法實現(xiàn)。
鑒于此，在2009年節(jié)能改造工作中，焦化廠領(lǐng)導(dǎo)決定對地面除塵站除塵風(fēng)機（一期工程）進行改造，經(jīng)多方考察，選中山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP38-630F型高壓變頻器對除塵風(fēng)機進行調(diào)速。
2高壓變頻器技術(shù)改造方案
除塵風(fēng)機是除塵凈化系統(tǒng)的動力中樞，一旦除塵風(fēng)機不能正常運行，不但影響生產(chǎn)，還有可能威脅到現(xiàn)場生產(chǎn)人員的人身安全；另外，調(diào)速系統(tǒng)工作的環(huán)境比較惡劣；同時焦爐又周期性間斷推焦；所以，和除塵風(fēng)機配套的高壓調(diào)速系統(tǒng)方案應(yīng)周密細致，經(jīng)過雙方技術(shù)人員的合作，制定了一期工程除塵風(fēng)機的技術(shù)改造方案。改造方案如下:
2.1 設(shè)備配置
風(fēng)光高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)由一次回路進線柜（旁路柜）、變壓器柜、變頻單元柜和操作控制柜組成。旁路柜在變頻器維護過程中或變頻器出現(xiàn)故障時，將電機投入到工頻電網(wǎng)運行，保證生產(chǎn)不受影響。變頻運行時，變頻器為電機提供全面的保護。高壓變頻器旁路柜一次回路如圖2所示。
DL：用戶高壓真空斷路器
K1、K2、K3：高壓變頻器內(nèi)置高壓隔離開關(guān)
BPQ：JD-BP38-630F高壓變頻器
D：630kW/10kV異步電動機。
圖2手動旁路柜中，共有3個高壓隔離開關(guān)，為了確保不向變頻器輸出端反送電，K2與K3采用電磁互鎖操動機構(gòu)，實現(xiàn)電磁互鎖。當(dāng)K1、K3閉合，K2斷開時，電機變頻運行；當(dāng)K1、K3斷開，K2閉合時，電機工頻運行，此時變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護和調(diào)試。
旁路柜必須與上級高壓斷路器DL連鎖， DL合閘時，絕對不允許操作旁路隔離開關(guān)與變頻輸出隔離開關(guān)，以防止出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，確保操作人員和設(shè)備的安全。
現(xiàn)場控制要求可以遠程和本機控制。風(fēng)機高速運行時，如果變頻器出現(xiàn)嚴重故障，變頻器自動停機。遠程控制時，通過操作臺工頻/變頻旋鈕把電機切換到工頻電網(wǎng)運行，當(dāng)推焦周期結(jié)束后，檢修變頻器。變頻器檢修完畢后，通過把操作臺工頻/變頻旋鈕打到變頻位置，返回變頻調(diào)速狀態(tài)。本機控制時，通過變頻器控制柜工頻/變頻旋鈕把電機切換到工頻電網(wǎng)運行，當(dāng)推焦周期結(jié)束后，檢修變頻器。變頻器檢修完畢后，通過把變頻器工頻/變頻旋鈕打到變頻位置，返回變頻調(diào)速狀態(tài)。
2.2電機及風(fēng)機參數(shù)
2.3除塵風(fēng)機工藝要求
除塵風(fēng)機用于焦炭出焦時除塵使用，該焦爐有3臺推焦車，1、2號不能同時推焦，1、2號與3號可能有同時推焦的可能，單爐推焦瞬間風(fēng)量達到800rpm，兩臺同時推焦870rpm，并且需要持續(xù)80S，不推焦時600rpm就可以。
采用變頻器改造后，為了節(jié)省電能，除塵風(fēng)機設(shè)計為高低速兩檔運行，不出焦時，風(fēng)機轉(zhuǎn)速約600rpm；出焦時，風(fēng)機升速至800rpm（或者870rpm）。
具體操作如下：推焦除塵風(fēng)機平時不出焦時在低速運行(30Hz )。推焦機開始推焦時，推焦桿離開限位推出后給變頻器發(fā)出高速信號(40Hz )，風(fēng)機啟動到高速，待推焦桿退回時經(jīng)一定延遲時間（40S）給變頻器發(fā)出降速信號，降為低速（30Hz)。
2.4 監(jiān)控和操作
除塵風(fēng)機在不推焦時，只需要很低的轉(zhuǎn)速，根本不需要滿負荷運轉(zhuǎn)。利用高壓變頻器根據(jù)實際需要對除塵風(fēng)機進行變速運行，既改善了工藝，又達到節(jié)能降耗的目的和效果。
對除塵風(fēng)機高壓變頻監(jiān)控具體實現(xiàn)過程如下：變頻器操作可以在本機控制，也可以遠程操作。變頻器包括一臺內(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(如RS485)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，增強了系統(tǒng)的靈活性。變頻器也可由控制室的上位機或操作臺進行操作。
現(xiàn)場操作人員可以通過上位機或操作臺對變頻器進行遠程操作并監(jiān)控變頻器運行狀態(tài)，可以根據(jù)工況需要自由設(shè)定，完全可以滿足工藝要求。
上位機：可以通過上位機進行遠程監(jiān)控，一方面便于用戶隨時了解設(shè)備運行情況，另一方面，也利于設(shè)備的遠程診斷和維護，故障問題可以及時得到解決。
操作臺：可以通過操作臺對變頻器進行簡單的遠程操作，包括：工頻/變頻切換。
3風(fēng)光牌JD-BP38-630F 高壓變頻器技術(shù)參數(shù)
山東新風(fēng)光是國家高新技術(shù)企業(yè)，生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP38系列高壓變頻器是“中國名牌產(chǎn)品”， 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)，其諧波指標遠小于IEE519-1992的諧波國家標準，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)補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機。
風(fēng)光牌高壓變頻器為高--高電壓源型模式，由移相變壓器，功率單元和控制器組成。JD-BP38-630F高壓變頻器采用48脈沖整流，功率單元每相采用 7個功率單元串接組成，三相共21個單元；輸出相電壓為15電平，輸出線電壓 29電平，功率單元旁路單元采用可控硅作為旁路器件。控制器部分以高速微處理器實現(xiàn)控制以及與子微處理器間進行通信。風(fēng)光高壓變頻器采用模塊化設(shè)計，互換性好、維修簡單。JD-BP38-630F高壓變頻器主要技術(shù)參數(shù)如下表3所示。
設(shè)備運行情況
從2009年10月31日正式投入運行以來，一直正常運轉(zhuǎn)，沒有出現(xiàn)故障?？偟膩碚f，投入變頻器后有以下優(yōu)點：
1運行穩(wěn)定，安全可靠。原來使用液力偶合器大概60天左右就必須更換軸承，每次需停爐半天左右，帶來的巨大的經(jīng)濟損失。JD-BP38系列高壓變頻器具有免維護的特點，只需定期除塵，不用停機，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性?，F(xiàn)場變頻器運行照片如圖3所示。
2電動機實現(xiàn)了真正的軟啟動、軟停止。避免了啟動時對設(shè)備的電氣和機械沖擊，使風(fēng)機啟動平穩(wěn)。
3運行工況改善，工人勞動強度降低。
隨著焦爐生產(chǎn)除塵的需要，調(diào)節(jié)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速,進而調(diào)節(jié)風(fēng)機風(fēng)量，滿足焦爐生產(chǎn)工藝的需要，現(xiàn)場工作環(huán)境大為改善，工作強度大大降低。
4延長了電機、風(fēng)機的使用壽命，提高了風(fēng)機的利用效率。原舊焦爐除塵風(fēng)機在運行過程中，經(jīng)常造成風(fēng)機和電機的損壞，維護工作量大,檢修費用高,采用變頻技術(shù)調(diào)速后，減少了機械磨損，保證了風(fēng)機的正常運行。 除塵風(fēng)機的風(fēng)量經(jīng)常需要根據(jù)工藝的需要變化，在過去液力偶合器調(diào)節(jié)時，出現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)的開度與流量的非線形問題，致使調(diào)節(jié)失誤，采用變頻拖動風(fēng)機可以在 0～50Hz范圍內(nèi)任意調(diào)速，調(diào)速精度高，可保持在0.1～0.01Hz范圍內(nèi)工作，便于實現(xiàn)除塵系統(tǒng)自動化控制。
6變頻器具有多項保護功能，十分完善。
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、溫升保護等多項保護功能，更精確地保護了電機。
7節(jié)能效果顯著，大大降低了電耗。
5 節(jié)能分析
焦爐除塵風(fēng)機高壓變頻器投入使用以來，運行情況良好，基本達到預(yù)期的改造目的。
除塵風(fēng)機只有在推焦車推焦的時候需要高速，帶動風(fēng)機高速運行使風(fēng)機的吸力達到1.5KPa即可滿足工藝要求，達到除塵的效果，滿足環(huán)保要求。根據(jù)現(xiàn)場的實際考察，旭陽焦化公司一期的焦爐生產(chǎn)情況是：推焦車每天生產(chǎn)焦炭110爐，每一次往外推焦時都需要除塵風(fēng)機高速運行，而且每一次推焦持續(xù)的時間是80S。焦爐每爐周期10min，80S要求除塵風(fēng)機轉(zhuǎn)速800rpm（40Hz）或870 rpm（43.5Hz），其余時間要求風(fēng)機轉(zhuǎn)速600rpm（30Hz）。
除塵風(fēng)機高壓變頻器改造前后，今年和去年同期相比，以噸焦炭電耗來分析節(jié)能數(shù)據(jù)（單位：度/噸焦炭），如表4所示：
從上表4統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，2009年1～6月同2010年1～6月相比較，噸焦炭電耗有較大幅度下降，下降達：18.17%，其中主要的節(jié)電是由高壓變頻器完成的。
以焦炭除塵風(fēng)機消耗電量來分析節(jié)能效果，根據(jù)旭陽公司生產(chǎn)統(tǒng)計報表，2009年1～6月同2010年1～6月相比，焦化廠2009年上半年焦炭產(chǎn)量為 438020噸，2010年上半年焦炭產(chǎn)量為439334噸，產(chǎn)量基本相同，統(tǒng)計除塵風(fēng)機消耗電量如下表5所示：從上表4統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，2009年1～6月同2010年1～6月相比較，噸焦炭電耗有較大幅度下降，下降達：18.17%，其中主要的節(jié)電是由高壓變頻器完成的。
從表5數(shù)據(jù)統(tǒng)計看，除塵風(fēng)機節(jié)電率為：（1780720-1193034）/1780720=33%，6個月共節(jié)約用電58.7萬度，平均每月節(jié)約用電 9.78萬度，年節(jié)電量可估算為：9.78×12=117萬度。以電價0.45元/度計算，焦化廠一期焦爐除塵風(fēng)機年節(jié)電費：117×0.45=52.65萬元。
6結(jié)束語
從風(fēng)光牌JD-BP38-630F高壓變頻器在旭陽焦化公司一期焦爐除塵風(fēng)機近一年運行情況來看，變頻系統(tǒng)滿足了焦化廠連續(xù)生產(chǎn)的需要，用戶非常滿意。在今年旭陽焦化公司二期焦爐除塵風(fēng)機改造中也采用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-900F高壓變頻器。