摘要：本文著重介紹高壓變頻器在旭陽公司焦?fàn)t尾氣除塵風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用情況,，對節(jié)能效果進(jìn)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(jī)進(jìn)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(tuán)是全球領(lǐng)先的煤化工產(chǎn)品供應(yīng)商,，集團(tuán)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(tuán)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(tuán)焦?fàn)t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(kuò)散的煙塵,，對人體危害極大。尤其在焦?fàn)t爐頂大氣中苯可溶物嚴(yán)重超標(biāo),，焦?fàn)t工作區(qū)粉塵濃度也超標(biāo),，嚴(yán)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(biāo)準(zhǔn)》（GB16297一1996），對煙氣必須冷卻,、凈化,，由引風(fēng)機(jī)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?fàn)t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(jī)拖動風(fēng)機(jī),，抽取前級焦?fàn)t出焦時產(chǎn)生的焦?fàn)t煙氣和灰塵,，吸收的煙塵和氣體進(jìn)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(jī)型號AI850,。由于焦?fàn)t周期性間斷推焦，為滿足節(jié)能和環(huán)保要求,要求風(fēng)機(jī)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(jī)維修,，無法切換至工頻旁路運行,，造成焦?fàn)t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(jī)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(hù),，萬一變頻器故障，電機(jī)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(jī)及負(fù)載機(jī)械實現(xiàn)真正的軟啟動,，如果工藝需要,，電機(jī)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(jī)速度的高低而增加成本,，而低速大容量的電機(jī)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(jī)（一期工程）進(jìn)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(jī)進(jìn)行調(diào)速。
2高壓變頻器技術(shù)改造方案
除塵風(fēng)機(jī)是除塵凈化系統(tǒng)的動力中樞,，一旦除塵風(fēng)機(jī)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?fàn)t又周期性間斷推焦；所以,，和除塵風(fēng)機(jī)配套的高壓調(diào)速系統(tǒng)方案應(yīng)周密細(xì)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(jī)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(jìn)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(hù)過程中或變頻器出現(xiàn)故障時,，將電機(jī)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(jī)提供全面的保護(hù)。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(jī),。
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(jī)構(gòu)，實現(xiàn)電磁互鎖,。當(dāng)K1,、K3閉合，K2斷開時,，電機(jī)變頻運行,；當(dāng)K1、K3斷開,，K2閉合時,，電機(jī)工頻運行，此時變頻器從高壓中隔離出來,，便于檢修,、維護(hù)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(yuǎn)程和本機(jī)控制,。風(fēng)機(jī)高速運行時，如果變頻器出現(xiàn)嚴(yán)重故障,，變頻器自動停機(jī),。遠(yuǎn)程控制時，通過操作臺工頻/變頻旋鈕把電機(jī)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(jī)控制時,，通過變頻器控制柜工頻/變頻旋鈕把電機(jī)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(jī)及風(fēng)機(jī)參數(shù)
2.3除塵風(fēng)機(jī)工藝要求
除塵風(fēng)機(jī)用于焦炭出焦時除塵使用,，該焦?fàn)t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(dá)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(jī)設(shè)計為高低速兩檔運行,，不出焦時，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速約600rpm,；出焦時,，風(fēng)機(jī)升速至800rpm（或者870rpm）。
具體操作如下：推焦除塵風(fēng)機(jī)平時不出焦時在低速運行(30Hz ),。推焦機(jī)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(jī)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(jī)在不推焦時，只需要很低的轉(zhuǎn)速,，根本不需要滿負(fù)荷運轉(zhuǎn),。利用高壓變頻器根據(jù)實際需要對除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行變速運行，既改善了工藝,，又達(dá)到節(jié)能降耗的目的和效果,。
對除塵風(fēng)機(jī)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(jī)控制，也可以遠(yuǎn)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(kuò)展控制開關(guān)量,，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。變頻器也可由控制室的上位機(jī)或操作臺進(jìn)行操作,?！ ?/span>
現(xiàn)場操作人員可以通過上位機(jī)或操作臺對變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)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(jī)：可以通過上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)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(yuǎn)程診斷和維護(hù)，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(jìn)行簡單的遠(yuǎn)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(biāo)遠(yuǎn)小于IEE519-1992的諧波國家標(biāo)準(zhǔn),，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(bǔ)償裝置和輸出濾波器,；不存在諧波引起的電機(jī)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(jī)。
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?？刂破鞑糠忠愿咚傥⑻幚砥鲗崿F(xiàn)控制以及與子微處理器間進(jìn)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(jì)損失,。JD-BP38系列高壓變頻器具有免維護(hù)的特點,，只需定期除塵，不用停機(jī),，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(jī)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(jī)械沖擊，使風(fēng)機(jī)啟動平穩(wěn),。
3運行工況改善,，工人勞動強(qiáng)度降低,。
隨著焦?fàn)t生產(chǎn)除塵的需要，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,進(jìn)而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量,，滿足焦?fàn)t生產(chǎn)工藝的需要,，現(xiàn)場工作環(huán)境大為改善，工作強(qiáng)度大大降低,。
4延長了電機(jī),、風(fēng)機(jī)的使用壽命，提高了風(fēng)機(jī)的利用效率,。原舊焦?fàn)t除塵風(fēng)機(jī)在運行過程中,，經(jīng)常造成風(fēng)機(jī)和電機(jī)的損壞，維護(hù)工作量大,檢修費用高,采用變頻技術(shù)調(diào)速后,，減少了機(jī)械磨損,，保證了風(fēng)機(jī)的正常運行。 除塵風(fēng)機(jī)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(jī)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(jī)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(hù)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(hù)等多項保護(hù)功能,，更精確地保護(hù)了電機(jī)。
7節(jié)能效果顯著,，大大降低了電耗,。
5 節(jié)能分析
焦?fàn)t除塵風(fēng)機(jī)高壓變頻器投入使用以來，運行情況良好,，基本達(dá)到預(yù)期的改造目的,。
除塵風(fēng)機(jī)只有在推焦車推焦的時候需要高速,，帶動風(fēng)機(jī)高速運行使風(fēng)機(jī)的吸力達(dá)到1.5KPa即可滿足工藝要求,，達(dá)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?fàn)t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(jī)高速運行，而且每一次推焦持續(xù)的時間是80S,。焦?fàn)t每爐周期10min,，80S要求除塵風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速800rpm（40Hz）或870 rpm（43.5Hz），其余時間要求風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速600rpm（30Hz）,。
除塵風(fēng)機(jī)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(dá)：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(jī)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(jī)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(dá)：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(jī)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?fàn)t除塵風(fēng)機(jī)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?fàn)t除塵風(fēng)機(jī)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?fàn)t除塵風(fēng)機(jī)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,。