对锅炉引风机进行高压变频技术改造的设计

1 概述

中国铝业青海分公司第三电解厂工程建设分两期，现有200 kA预焙阳极电解槽268台,年产重熔用铝锭15万t。电解生产中电解烟气的处理采用国内外大型铝厂普遍采用的干法烟气净化法。电解槽电解反应后产生含有大量HF、SO2、CO2等烟气的粉尘，在离心锅炉引风机(以下简称排烟机)的负压作用下，该烟气经过袋滤室下的VRI 反应室进行吸附反应，利用布袋实现烟气的气固分离，利用引风机将烟气排入大烟囱，完成烟气净化的工艺。

目前，我分公司第三电解厂电解生产中电解烟气的处理系统，分别为东、中、西三套电解烟气净化系统，共10台排烟机，每套系统分别处理80、80、108台电解槽的烟气，分别设置于电解车间过道的两侧。

其中配用900 kW 异步电动机的2 台(西部净化系统)，630 kW 异步电动机的8 台(中、东部各4 台)，均为6.0 kV高压异步电动机。净化排烟机是电解车间烟气净化系统的关键设备，是烟气能否有效净化和氟盐能否有效回收的保障。

现有排烟机系统在运行过程中主要存在以下几方面的问题。

1)设计流量余量过大就西部净化系统来说，正常运行时系统需要的理论引风量为1 041 004m3/h，实际设计的引风量为1 418 012 m3/h，有377 008 m3/h的风量余量，而现有的控制方式则是不论生产的需求大小，风机都在额定功率(转速)下运转，风量调节采用入口多叶式调节阀，从而造成大量电能的浪费。

2)启动电流过大我公司净化系统排烟机配用的异步电动机均采用继电保护的直接启动方式，启动电流较大，不仅对电网造成巨大冲击，而且对电机本体结构和风机轴承箱造成一定损坏，同时使电动机电源侧开关损坏时有发生，有时甚至导致配电回路跳闸，造成整个净化系统失电，停止运行，严重影响了生产的正常运行。

3)保护系统简单只有过流保护器对设备进行过流保护，设备运行的安全性和可靠性较低。

4)系统无法保证恒压系统运行当中，由于排烟机转速无法调整，系统的压力将无法调节，相关参数无法进行有效控制，对净化系统的净化效率有很大影响。

2 技术改造方案设计

2.1 变频器拖动方式的选择

根据我厂实际工况，经研究、讨论确定变频器拖动方式如下：西部净化系统配用电动机900 kW 排烟机，变频器控制方式采用“一拖一”的控制模式，共需2台变频器;东、中部净化系统配用电动机630 kW排烟机，变频器控制方式采用“一拖二”的控制模式，2 台排烟机用1 台变频器实现运行的调节和控制，2台排烟机均可以由变频运行自由切换至工频运行，共需4台变频器。如果在进行排烟机变频器切换时，先停后启，用高压开关进行变频器转换，即可实现在一套系统中的2台排烟机由1台变频器来控制。

2.2 控制及监控方式设计

东、中、西部排烟机各用一台PLC 实现集中控制。风机的控制设现场、主控制室两地控制，原有排烟机的就地启停控制继续保留。东、中、西部烟气净化系统控制柜、PLC 安装在现场。10台排烟机的控制变频器及相关部件就近安装于单独的控制室内。工控机(3台)安装在烟气净化系统主控室，利用组态软件和Profibus-DP 通讯网络实时监控各风机工作状况，显示分现场和控制室两地显示。监控功能实现风机的出口风压、风机和电机轴承温度及振动、电机电流的检测。控制系统可根据生产工艺实际需要调节排烟机的运行状态，并且控制系统能对排烟机的所有运行参数进行远程监控，当排烟机出现异常时，能立即停止排烟机的运行，并进行报警。控制系统能实现两地控制(远程控制和现场控制)。控制界面可以进行变频器的功能设定、运行和监控参数设定及显示、实时波形显示、运行记录打印、故障查询;通过控制界面可以对变频器直接进行软启动、设定运行频率、停机、急停和复位等操作。变频器运行方式可设定开环或闭环运转方式。控制系统框图如图1所示。

2.3 对变频器的技术要求

1)高- 高电压源型变频器，直接6 kV 输入，直接6 kV 输出，无需任何输出变压器或滤波器，适配于普通高压电动机，对电机、电缆绝缘无损害。

2)功率单元需经24 h高温老化、150%负载试验，要求可靠性高。

3)中文Windows 操作界面，彩色液晶触摸屏操作。用户操作监控系统界面要友好和完善，系统包括上位机(商用PC机)、下位机(工控机)、单片机。其中单片机给用户提供一个4 位LED 数码显示屏和一个12键的小键盘操作平台，可对变频器进行全部操作，包括参数设置和各种运行指令。工控机用触摸屏和通用键盘给用户提供操作平台，包括参数设定、功能设定、运行操作、运行数据打印、故障查询等。上位机(商用PC 机)放在主控室，可对多台变频器进行遥测、遥控。

4)可打印输出运行报表。

3 收益估算

该方案即将实施，我厂对其进行了初步的理论效益估算。

3.1 改造后电机节省的功率

改造后电机节省的功率P按式(1)计算。

3.2 投资回报

西部净化系统排烟机变频器改造预计总投资为430 万元，430÷84.9632≈5.06 年，预计5 年后可收回投资。

3.3 其他效益分析

技术改造实施后，亦可带来下述间接经济效益。

1)改善了工艺，提高了效率。可实现电解烟气净化控制系统自动化，排烟机可以非常平滑稳定地调整风量，运行人员可以自如地调控，排烟机运行参数得到改善，使效率得到提高。

2)延长了电动机和风机的使用寿命。采用变频器控制后，排烟机可以实现软启动和软制动，对排烟机几乎不产生冲击，可大大延长机械的使用寿命。

3)减少了阀门机械和风机叶轮的磨损。实现变频器控制后，阀门机械不需要进行频繁的调整，风机转速降低，磨损减少。

4)减少了维护费用和检修工作量。

4 结语

工业用排烟机功率大，能耗高，现有控制方式简单，无法根据生产变化对排烟机的运行情况进行相应的调节，风机始终在额定转速下运转，风量过剩，能源浪费巨大。而变频控制异步高压电机技术比较成熟，性能稳定，节能效果显著，因此，对工业排烟机进行变频技术改造意义重大。