焦炉尾气除尘风机变频节能改造

　　1引言

　　旭阳煤化工集团是的煤化工产品供应商，集团总部位于北京，业务为生产、销售焦炭、焦化产品及深加工煤化工产品。旭阳煤化工集团有限公司成立于1995年，是一家以煤化工产品生产和国内外贸易为主业的大型企业集团，是中国焦炭和煤化工产业的。旭阳集团经过十余年的创业发展，业已成为集焦炭制造、煤化工生产、国内国际贸易于一体的大型煤焦化工企业集团。旭阳煤化工集团在全国的煤化工行业具有地位，是中国炼焦行业协会副会长单位及市场委员会主任单位，河北省焦化行业协会会长单位。旭阳在河北定州、邢台建立了两个化工园区，园区内的化工项目被列为河北省重点产业支撑项目。

　　河北省旭阳焦化集团焦炉是焦化厂的主要生产设备，也是焦化厂生产过程中的污染源之一。焦化厂在生产过程、推焦过程中排放大量温度高、浓度大的有害气体及易扩散的烟尘，对人体危害极大。尤其在焦炉炉顶大气中苯可溶物严重超标，焦炉工作区粉尘浓度也超标，严重危及职工的身体健康。

　　按照我国1996年颁布的《大气污染物综合排放标准》（GB16297一1996），对烟气必须冷却、净化，由引风机将其排至烟囱放散或输送到煤气回收系统中备用。因此，每座焦炉需配有一套除尘系统。原系统采用液力偶合器调速，高速800rpm，低速600rpm。经过一段时间的运行，发现液力偶合器技术存在着局限性，主要表现在：

　　1调速范围在40%～95%之间，转速不稳定；造成能源浪费。

　　2液力偶合器本身包含油路，水路等多套系统，故障率高，液力偶合器一旦故障，只能停机维修，无法切换至工频旁路运行，造成焦炉停产，不能满足连续生产的需要。

　　3液力偶合器在调速越低时效率越低，调速的节能效果大打折扣。

　　4调节低、线性度差，响应慢。

　　5电机仍然为直接启动，需要启动装置，启动冲击也大，并且不能频繁 启动。

　　随着高压变频器应用的越来越普遍，高压变频器的性价比越来越高，相比液力偶合器变频器具有以下优点：

　　1高压变频器调速范围大，高，调速范围为0-100%。

　　2高压变频器是高科技产品，可靠性高，基本免维护，万一变频器故障，电机还可以直接挂电网工频运行，不会造成生产损失。

　　3高压变频器在整个调速范围内都具有较高的效率（大于96%）。

　　4高压变频器对电机及负载机械实现真正的软启动，如果工艺需要，电机可以在短时间内多次重复启动。

　　变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，高压大功率变频调速装置不断地成熟起来，原来一直难于解决的高压问题，近年来通过器件串联或单元串联得到了很好的解决。其应用的领域和范围也越来越为大，这使得高效、合理地利用能源（尤其是电能）成为了可能。电机是国民经济中主要的耗电大户，高压大功率的更为突出，而这些设备大部分都有节能的潜力。大力发展高压大功率变频调速技术，将是时代赋予我们的一项神圣使命，而这一使命也将具有深远的意义。高压大功率变频调速装置被广泛地应用于大型矿泉水应用生产厂、石油化工、市政供水、冶金钢铁、电力能源等行业的各种风机、水泵、压缩机、轧钢机等。

　　2 高压变频器技术改造方案

　　除尘风机是除尘净化系统的动力中枢，一旦除尘风机不能正常运行，不但影响生产，还有可能威胁到现场生产人员的人身安全，经过双方技术人员的合作，制定了一期工程除尘风机的技术改造方案。改造方案如下：

　　2.1 设备配置

　　风光高压变频调速系统由回路进线柜（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时，将电机投入到工频电网运行，保证生产不受影响。变频运行时，变频器为电机提供全面的保护。高压变频器旁路柜回路如图2所示。

　　DL：用户高压真空断路器

　　K1、K2、K3：高压变频器内置高压隔离开关

　　BPQ：JD-BP38-630F高压变频器

　　D：630kW/10kV异步电动机。

　　图2手动旁路柜中，共有3个高压隔离开关，为了确保不向变频器输出端反送电，K2与K3采用电磁互锁操动机构，实现电磁互锁。当K1、K3闭合，K2断开时，电机变频运行；当K1、K3断开，K2闭合时，电机工频运行，此时变频器从高压中隔离出来，便于检修、维护和调试。

　　旁路柜必须与上级高压断路器DL连锁， DL合闸时，不允许操作旁路隔离开关与变频输出隔离开关，以防止出现拉弧现象，确保操作人员和设备的安全。

　　2.2电机及风机参数

　　2.3除尘风机工艺要求

　　除尘风机用于焦炭出焦时除尘使用，该焦炉有3台推焦车，1、2号不能同时推焦，1、2号与3号可能有同时推焦的可能，单炉推焦瞬间风量达到800rpm，两台同时推焦870rpm，并且需要持续80S，不推焦时600rpm就可以。

　　采用变频器改造后，为了节省电能，除尘风机设计为高低速两档运行，不出焦时，风机转速约600rpm；出焦时，风机升速至800rpm（或者870rpm）。

　　具体操作如下：推焦除尘风机平时不出焦时在低速运行（30Hz ）。推焦机开始推焦时，推焦杆离开限位推出后给变频器发出高速信号（40Hz ），风机启动到高速，待推焦杆退回时经一定延迟时间（40S）给变频器发出降速信号，降为低速（30Hz）。

　　2.4 监控和操作

　　除尘风机在不推焦时，只需要很低的转速，根本不需要满负荷运转。利用高压变频器根据实际需要对除尘风机进行变速运行，既改善了工艺，又达到节能降耗的目的和效果。

　　对除尘风机高压变频监控具体实现过程如下：变频器操作可以在本机控制，也可以远程操作。变频器包括一台内置的PLC，用于柜体内开关信号的逻辑处理，以及与现场各种操作信号和状态信号（如RS485）的协调，并且可以根据用户的需要扩展控制开关量，增强了系统的灵活性。变频器也可由控制室的上位机或操作台进行操作。

　　现场操作人员可以通过上位机或操作台对变频器进行远程操作并监控变频器运行状态，可以根据工况需要自由设定，完全可以满足工艺要求。

　　上位机：可以通过上位机进行远程监控，一方面便于用户随时了解设备运行情况，另一方面，也利于设备的远程诊断和维护，故障问题可以及时得到解决。

　　操作台：可以通过操作台对变频器进行简单的远程操作，包括：工频/变频切换。

　　3 风光牌JD-BP38-630F 高压变频器技术参数

　　山东新风光是国家高新技术企业，生产的风光牌JD-BP38系列高压变频器是“中国产品”， JD-BP38系列高压变频器以高速DSP为控制，采用无速度矢量控制技术、功率单元串联多电平技术，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。

　　风光牌高压变频器为高--高电压源型模式，由移相变压器，功率单元和控制器组成。控制器部分以高速微处理器实现控制以及与子微处理器间进行通信。风光高压变频器采用模块化设计，互换性好、维修简单。JD-BP38-630F高压变频器主要技术参数如下表3所示。

　　4 设备运行情况

　　从2009年10月31日正式投入运行以来，一直正常运转，没有出现故障。总的来说，投入变频器后有以下优点：

　　1运行稳定，安全可靠。原来使用液力偶合器大概60天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。现场变频器运行照片如图3所示。

　　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。

　　4延长了电机、风机的使用寿命，提高了风机的利用效率。原旧焦炉除尘风机在运行过程中，经常造成风机和电机的损坏，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。

　　6变频器具有多项保护功能，十分完善。

　　7节能效果显着，大大降低了电耗。

　　5 节能分析

　　焦炉除尘风机高压变频器投入使用以来，运行情况良好，基本达到预期的改造目的。

　　除尘风机高压变频器改造前后，今年和去年同期相比，以吨焦炭电耗来分析节能数据（单位：度/吨焦炭），如表4所示：

　　从上表4统计数据看，2009年1～6月同2010年1～6月相比较，吨焦炭电耗有较大幅度下降，下降达：18.17%，其中主要的节电是由高压变频器完成的。

　　以焦炭除尘风机消耗电量来分析节能效果，根据旭阳公司生产统计报表，2009年1～6月同2010年1～6月相比，焦化厂2009年上半年焦炭产量为 438020吨，2010年上半年焦炭产量为439334吨，产量基本相同，统计除尘风机消耗电量如下表5所示：从上表4统计数据看，2009年1～6月同2010年1～6月相比较，吨焦炭电耗有较大幅度下降，下降达：18.17%，其中主要的节电是由高压变频器完成的。

　　从表5数据统计看，除尘风机节电率为：（1780720-1193034）/1780720=33%，6个月共节约用电58.7万度，平均每月节约用电 9.78万度，年节电量可估算为：9.78×12=117万度。以电价0.45元/度计算，焦化厂一期焦炉除尘风机年节电费：117×0.45=52.65万元。

　　6结束语

　　从风光牌JD-BP38-630F高压变频器在旭阳焦化公司一期焦炉除尘风机近一年运行情况来看，变频系统满足了焦化厂连续生产的需要，用户非常满意。采用高压变频调速器调节风量，节约的轴功率为额定转速与运行转速平方值乘以风机档板运行轴功率消耗值。风量调节幅度越大，节电效果越好。变频器投入使用后，节能效果明显，适应生产需要，既提高了设备效率，又满足了工艺要求，还大大减少了设备维护、维修费用，延长设备总寿命。在今年旭阳焦化公司二期焦炉除尘风机改造中也采用山东新风光电子科技发展有限公司生产的JD-BP38-900F高压变频器。