变频调速技术在济钢化工厂管式炉余热利用项目中的探索与应用培训课件

变频调速技术在济钢化工厂管式炉余热利用项目中的探索与应用培训课件CONTENTS目录01项目背景与意义02变频调速技术原理及优势03管式炉余热利用方案设计04系统功能及组成控制方案CONTENTS目录05控制方式的选择06变频器与DCS系统的选择07上位动态显示主要内容01项目背景与意义济钢化工厂管式炉余热利用项目概述项目背景与目标济钢化工厂二系统硫铵干燥工段年产硫铵11300-13800t，原采用集中式导热油炉加热方式。为实现节能降耗，建立焦化化产系统网化分布式能源系统，试验回收粗苯管式加热炉排烟余热用于硫铵干燥，取代原导热油加热系统。工艺流程简述通过风机将粗苯管式炉的高温烟气（330℃）和空气引入热风转换器，同时打入脱苯塔釜热贫油作为补充加热介质；出热风转换器的混合气体（约160℃）经鼓风机加压送入硫铵干燥床；干燥后物料经除尘器分离得到成品硫酸铵，净化后气体（约70℃）由引风机排空。系统核心控制需求需实现混合气体风量与温度的有效控制，直观呈现生产过程参数变化，采用变频器与DCS系统相结合的方式，实现变频器与管式炉顶电动调节阀连锁及远程变频调速。传统能源供给方式存在的问题

集中式能源供给效率低济钢化工厂二系统硫铵干燥工段原采用集中式能源供给方式，即取自导热油炉加热后的导热油，存在能源输送过程中的损耗，未能实现按需求就地生产并供应能量的高效利用。

能耗成本较高传统集中式能源供给方式下，能源转换和输送环节多，导致能耗较大，增加了生产成本，与节能降耗的目标不符。

无法实现精准调控在传统方式中，对于硫铵干燥所需的热源供给，难以根据生产负荷的变化进行灵活、精准的调节，可能造成能源的浪费或满足不了生产需求。节能降耗的目标与需求项目节能目标设定

济钢化工厂二系统硫铵干燥工段旨在通过回收粗苯管式加热炉排烟余热，取代原硫铵干燥导热油加热系统，实现按需求就地生产并供应能量的高效节能型能源转换供给。现有能源供给方式问题

原硫铵干燥热源采用传统的集中式能源供给方式，取自导热油炉加热后的导热油，存在能源利用效率不高的问题。工艺生产对能源的核心需求

为满足硫铵干燥工艺生产需求，需实现混合气体的风量与温度的有效控制，确保出热风转换器的混合气体温度约160℃，并保证干燥后的物料在除尘器中与气体分离得到成品硫酸铵。项目实施的必要性与价值

传统能源供给方式的局限性济钢化工厂二系统硫铵干燥工段原采用集中式能源供给，依赖导热油炉加热后的导热油，存在能源转换效率低、能耗较高的问题。

管式炉余热回收的潜力粗苯管式加热炉排烟温度高达330℃，具备巨大的余热回收潜力，通过回收该部分余热可替代原硫铵干燥导热油加热系统，实现能源梯级利用。

节能降耗的核心目标项目旨在建立焦化化产系统的网化分布式能源系统，按需求就地生产并供应能量，达到高效节能型能源转换供给，降低整体能耗。

生产工艺优化的需求通过变频调速技术与DCS系统结合，实现混合气体风量与温度的精准控制，满足硫铵干燥工艺要求，提升生产过程的稳定性和可控性。02变频调速技术原理及优势变频调速技术基本原理

变频调速技术核心概念变频调速技术通过改变电机电源频率来调节电机转速，实现对风机、泵类等设备的精准控制，具有调速精度高、节能效果显著的特点。

变频器与DCS系统结合原理系统采用变频器与DCS相结合的方式，DCS系统根据生产需求（如风量设定值）进行内部PID运算，输出0-20mA信号控制变频器，进而调节电机转速，实现远程变频调速和连锁控制。

风量闭环控制机制系统装有远传流量计实时监测风量，当实际风量与设定值存在偏差时，差值反馈给变频器，变频器通过调节电机转速使风量达到设定值，形成闭环控制，满足生产对风量的精确需求。

控制模式选择变频器控制模式选用矢量控制，支持机旁启动与远程启动两种方式，速度调节可通过DCS系统选择手动或自动模式，手动模式便于操作人员实时观察参数变化，自动模式通过PID运算实现电机速度的自动控制。变频调速技术的主要特点

调速精度高变频调速技术可实现对电机转速的精确控制，通过DCS系统PID运算及0-20mA信号传输，能根据生产需求精准调节风机风量，满足工艺参数的稳定要求。

显著节能降耗通过调节电机转速控制风机输出风量，避免了传统节流调节造成的能量损耗，在济钢化工厂管式炉余热利用项目中有效降低了能耗，实现了节能目标。

控制方式灵活支持机旁启动和远程启动两种方式，可灵活选择手动或自动调节风机速度。手动调节便于观察参数变化，自动调节通过DCS系统实现生产过程的自动化控制。

良好的系统兼容性能与DCS系统（如瑞士ABB公司AC800f控制系统）有效结合，实现连锁控制、远程监控及参数反馈，可接入现有生产控制系统，扩展性能良好。

运行状态可视化可通过上位机动态显示风机运行状态、故障信息、变频器给定与反馈频率，以及温度、压力、流量等生产参数，便于实时监控和生产管理。与传统调速方式的对比优势

调速精度提升采用变频器与DCS系统结合的控制方式，通过PID运算及0-20mA信号精准调节电机转速，相比传统机械调速，实现风量等参数的实时闭环控制，提高生产控制准确度和精细度。

显著节能降耗传统集中式能源供给方式能耗较高，本项目利用变频调速技术控制风机输出，根据实际风量需求动态调节电机转速，避免了“大马拉小车”现象，结合管式炉余热回收，有效降低了硫铵干燥工段的能耗。

操作便捷性增强支持机旁启动和远程启动两种灵活方式，远程操作可在上位计算机实现自动启停及手动/自动调速切换，克服了传统机旁调速无法及时掌握全局控制参数的弊端，方便多班次（每天约12h，分三个班次）生产操作。

系统集成度与可视化提升与瑞士ABB公司AC800F分散式控制系统无缝对接，可在上位机动态显示风机运行状态、故障报警、变频器频率、温度、压力、流量等关键参数，实现了生产过程的集中监控和直观呈现，优于传统调速方式的信息孤岛状态。

控制响应速度更快当风量偏离设定值时，远传流量计将差值信号反馈给变频器，变频器迅速输出控制信号调节电机转速，实现对风量的快速动态响应，确保混合气体温度约160℃等工艺参数稳定，满足硫铵干燥生产需求。在工业领域的应用价值01显著提升能源利用效率济钢化工厂管式炉余热利用项目通过变频调速技术实现按需求就地生产并供应能量，有效回收粗苯管式加热炉排烟余热（330℃高温烟气）用于硫铵干燥，取代原导热油加热系统，实现高效节能型能源转换供给。02实现精细化生产控制采用变频器与DCS系统相结合的方式，通过0-20mA信号传输及PID运算，可精确控制风机转速，实现风量与温度的有效调节，同时支持机旁与远程（上位计算机）两种操作方式，提升生产控制的准确度和精细度。03降低设备运行成本选用国产合康75kW变频器满足硫铵干燥工段每天约12小时、分班次（2-3h或4-5h）的生产需求，结合AC800F分散式控制系统的高可靠性与扩展性能，在保障生产的同时降低能耗及设备维护成本。04提升生产过程可视化与管理水平上位动态显示系统可实时呈现风机运行状态、故障报警、变频器给定与反馈频率，以及温度、压力、流量等关键参数，便于操作人员及时掌握生产情况，为优化生产决策提供数据支持。03管式炉余热利用方案设计工艺流程设计概述余热回收核心流程通过风机将粗苯管式炉高温烟气（330℃）和空气引入热风转换器，同时打入脱苯塔釜热贫油作为补充加热介质，实现烟气、空气配风、调节及补充加热功能。干燥介质供给流程出热风转换器的混合气体温度约160℃，经鼓风机加压后送入硫铵干燥床对硫铵进行干燥，满足硫铵干燥的热源需求。气固分离与尾气处理流程干燥后的物料在除尘器中与气体分离得到成品硫酸铵，净化后的气体（温度约70℃）经引风机后排空，实现生产过程的环保排放。热风转换器工作原理

核心功能定位热风转换器是管式炉余热利用系统的关键设备，主要实现高温烟气、空气的配风、调节及补充加热功能，为硫铵干燥提供稳定热源。

多介质热量交换机制通过风机将管式炉高温烟气（330℃）和空气引入转换器，同时打入脱苯塔釜热贫油作为补充加热介质，三种介质在转换器内完成热量传递与混合。

出口参数控制目标经热风转换器处理后，混合气体温度稳定控制在约160℃，该温度气体通过鼓风机加压后直接送入硫铵干燥床，满足硫铵干燥工艺需求。

与后续系统的衔接从热风转换器输出的160℃混合气体进入干燥床完成硫铵干燥，干燥后的气体经除尘器分离物料后温度降至70℃左右，最终由引风机排空。烟气与空气引入及混合过程

高温烟气引入来源与参数从管式炉引入高温烟气，其温度约为330℃，作为硫铵干燥的主要热源，通过烟道进入热风转换器参与热量交换。

空气引入方式与作用同时引入空气至热风转换器，与高温烟气进行配风调节，以控制混合气体的温度和流量，满足硫铵干燥工艺需求。

补充加热介质的注入将脱苯塔釜的热贫油打入热风转换器，作为补充加热介质，确保混合气体温度稳定，保障干燥效果。

混合气体温度控制目标经热风转换器处理后，输出的混合气体温度约为160℃，该温度为硫铵干燥床的理想工作温度，可有效实现硫铵物料干燥。补充加热介质的作用与控制补充加热介质的定义与来源在济钢化工厂管式炉余热利用项目中，补充加热介质为脱苯塔釜的热贫油，用于在热风转换器中对烟气与空气的混合气体进行温度补充。补充加热介质的核心作用其主要作用是确保出热风转换器的混合气体温度达到约160℃，以满足硫铵干燥工艺对热源温度的需求，保障干燥效果。补充加热介质的控制方式补充加热介质的供应量需根据混合气体的实际温度与设定值的偏差进行调节，与变频器、DCS系统及管式炉顶电动调节阀等协同工作，实现整体系统的稳定运行。干燥后物料与气体分离工艺分离设备：除尘器的应用干燥后的物料在除尘器中与气体分离，通过除尘工艺实现气固分离，可得到成品硫酸铵。净化后气体的排放参数经分离净化后的气体温度大约为70℃，通过引风机后排空，确保排放符合环保要求。分离工艺的核心作用该工艺不仅实现了成品硫酸铵的有效收集，同时对干燥尾气进行处理，保障生产环境安全与物料回收效率。04系统功能及组成控制方案系统功能需求分析

01风量与温度有效控制需求为满足硫铵干燥工艺生产需求，需实现混合气体的风量与温度的精准调控，确保进入硫化干燥床的混合气体温度约160℃，并通过调节风机转速控制风量稳定。

02生产过程参数监测与呈现需求系统需直观呈现生产过程中各关键参数变化，包括风机运行状态、故障信息、变频器运行状态及故障报警，以及给定频率与反馈频率，同时监测温度、压力、流量等参数。

03灵活可靠的启动与控制方式需求要求支持机旁启动和远程启动两种变频器启动方式，且风机速度控制可灵活选择手动或自动调节，手动调节便于操作人员及时观察参数变化，自动调节通过DCS系统PID运算实现精准控制。

04连锁控制与安全保障需求实现变频器与管式炉顶电动调节阀的连锁控制，变频器启动时炉顶调节翻板连锁关闭，关到位后停止动作以引入高热烟气；变频器停止时翻板打开使烟气排空，保障系统安全运行。变频器与DCS系统结合方式系统连锁控制原理变频器启动风机运行时，炉顶调节翻板连锁关闭；调节翻板关到位后，限位信号控制电动阀停止动作，高热烟气进入烟道提供热源。反之，变频器停止时，翻板打开，烟气向上排空。风量自动调节机制系统中装有远传流量计实时监测风量。当风量较大时，实际风量与设定值的正差值反馈给变频器，控制电机转速降低；风量较少时，负差值反馈给变频器，控制电机转速升高，最终满足生产风量需求。灵活的启动控制方式变频器支持机旁启动和远程启动两种方式。机旁操作可在机旁操作箱直接控制变频器启停；远程操作则由操作人员在上位计算机实现远程自动启停。速度调节模式选择风机速度控制信号来自DCS系统。手动调节时，操作人员可观察参数变化并控制生产；自动调节时，DCS系统通过内部PID运算，将结果转换为0-20mA信号传送给变频器，实现电机速度自动控制。风机运行与炉顶调节翻板连锁控制

启动连锁控制逻辑当变频器启动风机运行时，炉顶调节翻板连锁开始关闭；当调节翻板关到位时，限位信号控制电动阀停止动作，高热烟气进入烟道提供热源。

停止连锁控制逻辑当变频器停止时，炉顶调节翻板打开，烟气向上排空，实现系统安全停运。

风量闭环调节机制系统中装有远传流量计实时监测风量，当实际风量与设定值存在偏差时，差值反馈给变频器，通过调节电机转速使风量满足生产需要。风量监测与调节控制逻辑

风量实时监测装置系统中装有远传流量计，可实时监测风机输出的风量，为调节控制提供数据依据。

风量偏差反馈机制当风量较大时，实际风量与设定值比较产生的正差值反馈给变频器；风量较少时，负差值反馈给变频器，实现风量的闭环控制。

变频器调速控制逻辑变频器接收风量偏差信号后，输出控制电机转速：正差值时降低电机转速，负差值时升高电机转速，最终使风量满足生产需要。系统组成部分及功能说明

核心控制单元：变频器与DCS系统系统采用国产合康75kw变频器与瑞士ABB公司IndustrialIT分散式控制系统AC800F相结合，实现对风机的精准调速与生产过程的集中监控。

执行机构：风机与调节翻板风机输出风量由变频器调节电机转速控制，炉顶调节翻板与变频器连锁动作，启动时关闭以引入高热烟气，停止时打开使烟气排空。

检测与反馈元件系统中装有远传流量计，可实时监测风量，将实际风量与设定值比较后的差值反馈给变频器，实现风量的闭环控制。

上位监控与显示功能上位动态显示内容包括：风机运行状态与故障、变频器运行状态与故障、给定频率与反馈频率，以及生产过程中的温度、压力、流量等关键参数。05控制方式的选择机旁启动方式操作说明机旁操作适用场景适用于现场调试、设备检修或远程控制系统故障时，需在设备旁直接对变频器进行启停控制的场景。操作地点与设备操作人员在机旁操作箱上进行操作，通过操作箱上的控制按钮直接控制变频器的运行状态。基本操作流程在机旁操作箱上选择机旁操作方式后，可直接进行变频器的启停操作，无需通过上位计算机远程控制。远程启动方式操作说明

远程启动权限与入口操作人员可通过上位计算机实现远程自动启停变频器操作，需具备相应的系统操作权限。

远程速度控制信号来源变频器的控制信号直接来自DCS控制系统，确保调速指令的精准传达与执行。

手动调节模式操作操作人员可在上位计算机上选择手动调节风机速度，能及时观察调节过程中其他参数变化，提高生产控制准确度和精细度。

自动调节模式操作选择自动调节时，通过DCS系统进行内部PID运算，运算结果转换为0-20mA信号传送给变频器，实现对电机速度的自动控制。手动调节风机速度的操作流程

选择远程手动控制模式操作人员在DCS上位计算机界面，将风机速度控制方式切换为远程手动模式，以便在控制室内进行调节操作。

观察生产参数变化实时监控系统中显示的风量、温度、压力等关键生产参数，以此作为手动调节风机速度的依据，避免机旁调速无法及时掌握全局参数的弊端。

设定变频器输出频率根据生产条件和参数变化，在DCS上位机上手动设定变频器的输出频率，通过改变电机转速来调节风机输出的风量，提高生产控制的准确度和精细度。自动调节风机速度的实现方式

控制信号来源变频器的控制信号直接来自DCS控制系统，确保控制的集中性和准确性。

手动调节模式操作人员可在上位计算机上选择手动调节风机速度，能及时观察调节过程中其他参数的变化，以此为依据控制生产，避免机旁调速无法及时掌握控制参数的弊端，提高生产控制的准确度和精细度。

自动调节模式通过DCS系统进行内部PID运算，将运算结果转换为0-20mA的信号传送给变频器，由变频器输出控制电机速度，最终实现生产的自动调节。不同控制方式的适用场景机旁操作方式适用场景适用于设备调试、故障排查或临时本地控制需求，操作人员可在机旁操作箱直接控制变频器启停，便于快速响应现场突发状况。远程操作方式适用场景适用于正常生产运行中的集中监控，操作人员可通过上位计算机实现远程自动启停变频器，无需现场值守，提高操作便捷性。手动调节速度适用场景适用于生产条件复杂或需精细调整的情况，操作人员可观察多参数变化并手动控制风机速度，避免机旁调速无法及时掌握全局参数的弊端。自动调节速度适用场景适用于生产负荷稳定、参数波动较小的常规工况，通过DCS系统内部PID运算自动转换控制信号，实现电机速度的精准自动调节，保障生产稳定。06变频器与DCS系统的选择变频器选型依据及参数选型核心依据根据硫铵生产运行周期（每天约12h，分三个班次，每班2-3h或4-5h不等）及生产负荷情况，综合确定变频器功率需求。变频器型号选择选用国产合康75kw变频器，可满足项目生产要求。控制模式设定控制模式选择矢量控制，以实现精确的速度控制。启动方式设计采用三线制启动方式，支持机旁启动和远程启动两种灵活操作方式。国产合康75kw变频器性能特点

01适用功率与生产负荷匹配选用国产合康75kw变频器，满足硫铵生产每天约12h运行、分三个班次（每班2-5h不等）的低负荷工况需求。

02启动方式灵活可靠支持机旁启动和远程启动两种方式，机旁可直接控制启停，远程可通过上位计算机实现自动操作，提升操作便捷性。

03控制模式与调速精度采用矢量控制模式，结合DCS系统实现精准调速，通过0-20ma信号传输，确保风机风量按生产需求稳定调节。

04系统兼容性设计采用三线制启动方式，可接入现有二系统蒸氨DCS控制系统（ABBAC800F），实现与管式炉顶电动调节阀连锁控制。DCS系统选择及优势选用的DCS系统本项目选用瑞士ABB公司IndustrialIT分散式控制系统AC800F。系统核心特性AC800F控制系统融传统的DCS和PLC优点于一体，是新一代开放式控制系统。可靠性保障该系统具有较高的可靠性，能够稳定支持管式炉余热利用项目的长期运行需求。扩展性能优势系统具备良好的扩展性能，可根据项目发展灵活增加控制功能和监测点数。与变频器的协同能力可较好地实现对变频器的控制，满足混合气体风量与温度的有效调控要求。ABBAC800F控制系统功能介绍

系统核心特性ABBAC800F控制系统融合传统DCS和PLC优点，具备高可靠性与良好扩展性