高压变频器在煤化工行业的应用1

1、高压变频器在煤化工行业的应用（1）-旭阳公司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全球领先的煤化工产品供应商，集团总部位于北京，核心业务为 生产、销售焦炭、焦化产品及深加工煤化工产品。河北旭阳焦化有限公司是旭阳煤 化工集团下属子公司，年生产能力200万吨焦化及配套粗苯、焦油、硫铵等。企业 2009年全年实现销售收入43亿元，实现利税5.06亿元。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最大的 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

2、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 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。一期工程的地面除尘站使用的是一台 630kW/10kV的高压电机拖动风机，抽取前级焦炉出焦时产生的焦炉烟气和灰尘， 吸收的烟尘和气体进入除尘站的布袋除尘器滤除粉尘和有害物质以后，高温气体经 高炉排放到空气中。除尘系统风机型号AI850O由于焦炉周期性间断推焦，为满足 节能和环保要求，要求风机在整个炼焦工作周期内变速运行，推焦时高速运行，不推 焦时低速运行。原系统采用液力偶合器调

3、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）调节精度低、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

4、围大，精度高，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。5）高压变频器不会因为电机速度的高低而增加成本，而低速大容量的电机用液力偶 合器调速，成本将大大增加，有些时候甚至无法实现。鉴于此，在2009年节能改造工作中，焦化厂领导决定对地面除尘站除尘风机（一 期工程）进行改造，经多方考察，采用高压变频器对除尘风机进行调速。2高压变频器技术改造方案

5、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；另外，调速系统工作的环境比较恶劣； 同时焦炉又周期性间断推焦；所以，和除尘风机配套的高压调速系统方案应周密细 致，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 压变频器旁路柜一次回路如图所示。图2旁路柜一彼巨路匿扣DL

6、：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。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，绝对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。现场控制要求可以远程和本机控制。风机高速运行时，如果

7、变频器出现严重故障， 变频器自动停机。远程控制时，通过操作台工频变频旋钮把电机切换到工频电网运 行，当推焦周期结束后，检修变频器。变频器检修完毕后，通过把操作台工频变频 旋钮打到变频位置，返回变频调速状态。本机控制时，通过变频器控制柜工频变频 旋钮把电机切换到工频电网运行，当推焦周期结束后，检修变频器。变频器检修完 毕后，通过把变频器工频/变频旋钮打到变频位置，返回变频调速状态。2.2电机及风机参数电机参数负载名称除尘风机口所带负载类型离心风机4型号YKK56O4-P额定电压（V） 额定电流（A）45额定功率山W）的睥额定频率（Hz）5眼功率因数0.85颔定转速（rpm990P绝缘等级F级Q风

8、机参数型号AI85OP额定功率住*，500额定风重（寥虫）5100QP额定转速irpm.9902.3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

9、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

10、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。泊现场所需开关量节点旧表2现场所需开关童节点序号:名称Vw状态-谡帽要求a接口类型备往控制电源.输入低压配电室给变频器口W:外部高压就绪4输入4常开点4元源接点、原系统高压配电室给变频器（断路器常开点）p37联跳高压信号4输出4常开点。无源接点变频器提供富原

11、系统高压配电室（断路器分闸线圈）+4尸高压合闸允许4输出4常开点4元源接点，变频器提供始原系统-高压配电室（断路器合闸线圈）外控开机常开点4无源接点，:CS提供给变频器小倒外控停机4输人4常开点4无源接点DCS提供给变频器中*七卜盛急商输入口常闭点4无源接点#DCS提供给频器口,低速9,输入口常开点4无源接点，DCS提供给变频器7高速9输入P常开点4无源接点DCS提供给变频器中1g-24TiC公共端通讯裁9姐DCS与变频器通讯3高压变频器技术参数高压变频器以高速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，其谐波指标远小于IEE519-1992的谐波国家标准，输入功率因数

12、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。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。高压 变频器采用48脉冲整流，功率单元每相采用7个功率单元串接组成，三相共21个 单元；输出相电压为15电平，输出线电压29电平，功率单元旁路单元采用可控硅 作为旁路器件。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。表3

13、 JIXBP38Y3或商压变频器王要技术参数变频器容星（瞧）8W模拟星输入20mA,任意设定传笙电机功率EWFP630模拟量输出妃两路2&mA可选额定输出电施（48加减速时间1320005输尽频率电矣升关量输入输出，可按用户要求扩展尸祯定输点电压10000VC - 20%+。%) 4运行环境温度4度 口崎入功率因数7.96（刃0%负载）世存运输温度-2070度变频器效率点甑定员载下7.免冷却方式强迫风备输出频率范围gSOP环境湿度颈,无凝结*J输出变频分辨率ootp开关频率*Hz*2k4过载能力1D5以在蜂，1.50%分许1公钟硝防铲等蜩IP30P设备运行情况 从2009年10月31日正式投入

14、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。图3现场变频器运行照片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。随着焦炉生产除尘的需要，调节风机的转速，进而调节风机风量，满足焦炉生产工艺 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

15、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。除尘风机的风量经常需要根据工 艺的需要变化，在过去液力偶合器调节时，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050Hz范围内任意调速，调速精度 高，可保持在0.10.01Hz范围内工作，便于实现除尘系统自动化控制。5）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）节能效果显著，

16、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。 除尘风机只有在推焦车推焦的时候需要高速，带动风机高速运行使风机的吸力达到 1.5KPa即可满足工艺要求，达到除尘的效果，满足环保要求。根据现场的实际考察， 旭阳焦化公司一期的焦炉生产情况是：推焦车每天生产焦炭110炉，每一次往外推 焦时都需要除尘风机高速运行，而且每一次推焦持续的时间是80S。焦炉每炉周期 10min，80S要求除尘风机转速800rpm（40Hz）或870 rpm（43.5Hz），其余时 间要求风机转速600rpm（30Hz）。除尘风机高压变频器改造前后，今年和去年同期相比，以

17、吨焦炭电耗来分析节能数 据（单位：度/吨焦炭），如表4所示：表4崖化厂吨隹炭电耗（单位：度吨焦炭1月点2月点3月s4月点5月点6月4平均42009 年口4 一泌4.27484.274.264 g4.272010 年口3一5皿3 5W3一饷3一4%3.483一4如3一4卯从上表4统计数据看，2009年16月同2010年16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16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，从上表4统计数据看，2009年1