產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
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解決方案
高壓變頻器在脫硫羅茨風機上的應(yīng)用
1企業(yè)介紹
山東魯西化工股份有限公司位于山東省聊城市,是一家具有百億年產(chǎn)值的上市企業(yè),員工近萬人。公司具有年產(chǎn)合成氨100萬噸、尿素150萬噸、復合肥150萬噸、磷酸二銨15萬噸、硫酸100萬噸的生產(chǎn)能力,擁有10萬千瓦發(fā)電機組配套裝置,是集化肥、化工于一體的綜合性化學工業(yè)企業(yè)。其下屬企業(yè)魯西化工第二化肥廠,位于聊城市東阿縣,于1970年開始籌建,1972年建成投產(chǎn),當時年產(chǎn)合成氨生產(chǎn)能力3000噸,發(fā)展到現(xiàn)在,企業(yè)總資產(chǎn)7.62億元,占地面積34萬平方米,職工1570余人,成為上市公司。
2008年,該公司進一步加大技改投資力度,投資2.5億元對現(xiàn)有生產(chǎn)裝置進行優(yōu)化。對全系統(tǒng)進行節(jié)能平衡改造,甩掉污染嚴重、能耗偏高的工藝。從節(jié)能降耗、環(huán)保角度出發(fā),投資部分技改項目,優(yōu)化生產(chǎn)裝置,降低成本。
2廠家工藝流程及現(xiàn)狀
脫硫風機采用的羅茨風機屬于回轉(zhuǎn)容積式鼓風機,它的鼓風量與風機轉(zhuǎn)速成正比,基本不受出風口阻力變化的影響,這種硬風特性決定了不允許通過關(guān)閉出風口或進風口的辦法來調(diào)節(jié)風量,而且經(jīng)過采取優(yōu)化以上主要工藝環(huán)節(jié)措施以后,大量過剩風量調(diào)節(jié)只能采用旁路,造成風機能量的大量損耗,而且由于磨損而腐蝕問題突出,旁通閥門需要經(jīng)常維修。工藝流程設(shè)備圖如下所示:
圖1 工藝流程設(shè)備圖
該生產(chǎn)線自投運以來,發(fā)現(xiàn)該二系統(tǒng)脫硫風機的問題較大:首先是風機出口的管道振動大、噪聲大,雖說經(jīng)過幾次的技改已有所改善;另外,就目前風機送風量能力遠超生產(chǎn)能力,為保生產(chǎn)只能把多余的通過回流管道接到風機進口去。
采用甲烷化法脫硫除原料氣中CO、CO2 時, 合成氨工藝流程圖如下:
造氣 ->半水煤氣脫硫 ->壓縮機1段 ->變換 -> 變換氣脫硫 -> 壓縮機2段 ->脫碳 -> 精脫硫 ->甲烷化 ->壓縮機3,4,5段 ->氨合成 ->產(chǎn)品NH3
原系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)如下表1所示:
表1
3改造方案
改造前:原系統(tǒng)6KV高壓開關(guān)柜直接到電機,電機與風機相連。
改造后:在原系統(tǒng)6KV高壓開關(guān)柜后面加入變頻器,變頻器輸出接電機,電機再與風機相連。
改造方案原理接線圖如下圖2所示。
圖2 改造方案原理接線圖
變頻器配備了自動旁路柜,通過KM3、KM4的控制,可自動(或手動)在變頻狀態(tài)和工頻狀態(tài)之間切換。變頻狀態(tài)下, KM3閉合,KM4斷開,變頻器控制電機;工頻狀態(tài)下,KM3斷開,KM4閉合,在切換至工頻帶動電機。變頻器可以在重故障時自動切換工頻運行,這樣既保證了變頻器正常運行,又避免了直接啟動電機大電流對電網(wǎng)的沖擊。
4現(xiàn)場運行情況
2008年8月16日,山東聊城魯西化工第二化肥廠和我公司簽訂高壓變頻器購貨合同,型號為JD-BP37-450F。2008年9月30日,開始安裝就位;2008年10月2日,一次調(diào)試成功投入運行。整個變頻器安裝調(diào)試周期都很短,為系統(tǒng)的正常生產(chǎn)提供了有利的保證。
5節(jié)能效果
山東新風光電子科技發(fā)展有限責任公司生產(chǎn)的JD-BP37-450F變頻器應(yīng)用于4#脫硫羅茨風機進行了改造。由于我廠的每臺高壓變頻器在出廠前均經(jīng)過實際風機負載的整機出廠檢驗和調(diào)試,在現(xiàn)場的調(diào)試又可以在沒有高壓輸入的情況下調(diào)試,因此在經(jīng)過約一周的施工、安裝和調(diào)試后,上電試驗和試運行進行順利,一次投運成功,高壓變頻器一直持續(xù)穩(wěn)定運行。
根據(jù)生產(chǎn)情況,風機運行30HZ左右就能滿足了生產(chǎn)工藝要求;運行轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速的60%左右。由于電機為水冷卻,在低轉(zhuǎn)速下發(fā)熱量并沒有提高,完全滿足了工況運行。
變頻改造后節(jié)能效果顯著,與原有的工頻驅(qū)動方式相比,風機效率穩(wěn)定在理想的范圍內(nèi),電動機能耗大大降低,節(jié)約電量可達37%。特別是機組低負荷運行時,效果更顯著。以下為節(jié)能效果估算:
節(jié)能估算條件:是在同一時間段內(nèi)進行比較,相同生產(chǎn)條件需求下,同一段母線上的兩臺羅茨風機,5#羅茨風機工頻運行,4#羅茨風機變頻運行,兩臺電動機進行比較節(jié)能估算。首先10月份是正常生產(chǎn)時期,10月2日開始投入變頻至今,從此月2日至9日5#電動機耗電能有功功率平均在362KW,而2日投入變頻運行后,2日至9日時4#電動機耗電能有功功率平均在230KW。以上數(shù)據(jù)不難看出投入變頻后確實起到節(jié)能。另外,無功功率也從原來的平均276KVar降到平均為83KVar左右,大大改善了系統(tǒng)的無功補償。
根據(jù)以上數(shù)據(jù)計算,由于生產(chǎn)使用自備發(fā)電,以0.386元/kWH的成本價電費,按以下計算公式計算,年節(jié)電效益:年節(jié)電效益=(工頻時平均功率-變頻時平均功率)×天運行小時數(shù)×年運行天數(shù)×電費單價,結(jié)果如下:
?。?62kW-230kW)×24小時/天×300天/年×0.386元/kWH=36.69(萬元/年)。
按照保守的計算方法,每年可節(jié)電費近37萬元,具有明顯的經(jīng)濟效益。
本次羅茨風機配套用風光牌高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)改造成功后,由于實現(xiàn)了頻率的遠方調(diào)節(jié)和狀態(tài)監(jiān)控,產(chǎn)品運行可靠、穩(wěn)定,大大地改善了系統(tǒng)工藝,該公司決定再次采購三套風光牌高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)用于另外三臺710kW/6KV羅茨風機配套電動機的變頻技術(shù)改造。
6其他效益
6.1 該羅茨風機由于采用變頻控制,可對風量進行精確控制,而且與閥門控制相比更直觀、方便調(diào)節(jié)風機風量來滿足生產(chǎn)需要;
6.2 由于采用了變頻技術(shù),電機實現(xiàn)軟啟動,不存在啟動電流沖擊;原來沒有使用變頻器時電機直接啟動,啟動電流高達200-300A,對電機或電網(wǎng)都具有不利的影響。現(xiàn)在使用變頻器軟啟動,啟動電流不高于額定電流46A,減少了風機出口壓力瞬間提高對風機的沖擊,從而延長了風機和其他設(shè)備的使用壽命;
6.3 由于風機轉(zhuǎn)速降為原來的60%,大大減少了風機管道振動頻率和噪聲,延長風機、電機軸承的機械壽命,減少了設(shè)備的維護量。
6.4 由于旁通閥門幾乎不操作,減少了風道的振動與磨損腐蝕,提高了機械壽命。
7 變頻改造總結(jié)
根據(jù)針對該項目的變頻改造經(jīng)驗以及同類其他項目的實踐結(jié)果,總結(jié)出風光高壓變頻器改造具有以下優(yōu)點:
(1)安裝簡單。變頻器安裝在高壓開關(guān)柜和電機之間,對原有接線改動不大。
(2)操作簡單。直觀的中文人機界面,設(shè)備具有開機、停機和頻率調(diào)整等操作。
(3)調(diào)速平滑。能夠進行無級調(diào)速,調(diào)速范圍寬,并且調(diào)速精度高。
(5)節(jié)電明顯。根據(jù)工況要求,變頻器一般運行在27Hz左右,實際輸入電流不到額定電流的一半,節(jié)電率高達37%以上。
(6)噪音降低。由于電機運行于較低轉(zhuǎn)速上,運行噪音大大降低,電機的發(fā)熱量也有明顯下降。
(7)保護完善。變頻調(diào)速系統(tǒng)具有完善的保護功能,降低了電機運行中的故障率,并且啟動平穩(wěn),啟動電流小,對電網(wǎng)的沖擊量小,大大提高了可靠性。輸出諧波小。變頻器輸出符合IEEE STD 519 1992及中國供電部門對電壓失真較嚴格的要求,高于國標GB/T14549-93對諧波失真的要求,不需要采用輸出電抗器。
(8)具有星點漂移功能。三相輸出采用單元串聯(lián)結(jié)構(gòu),在運行中,如果有任意三個單元以內(nèi)出現(xiàn)故障,變頻器本身會自動旁路,同時變頻器主控系統(tǒng)具有星點漂移功能,使三相輸出線電壓保持平衡,不會對電動機造成不利影響。
8 結(jié)束語
從現(xiàn)場運行情況來看,山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-450F高壓變頻器性能優(yōu)越,運行可靠,有效地降低了生產(chǎn)成本,在生產(chǎn)材料成本日益增長的今天,通過有效的節(jié)能改造,具有明顯的經(jīng)濟效益。