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1引言
　　旭陽(yáng)煤化工集團是全球領(lǐng)先的煤化工產(chǎn)品供應商，集團總部位于北京，核心業(yè)務(wù)為生產(chǎn)、銷(xiāo)售焦炭、焦化產(chǎn)品及深加工煤化工產(chǎn)品。河北旭陽(yáng)焦化有限公司是旭陽(yáng)煤化工集團下屬子公司，年生產(chǎn)能力200萬(wàn)噸焦化及配套粗苯、焦油、硫銨等。企業(yè)2009年全年實(shí)現銷(xiāo)售收入43億元，實(shí)現利稅5.06億元。
　　河北省旭陽(yáng)焦化集團焦爐是焦化廠(chǎng)的主要生產(chǎn)設備，也是焦化廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中最大的污染源之一。焦化廠(chǎng)在生產(chǎn)過(guò)程、推焦過(guò)程中排放大量溫度高、濃度大的有害氣體及易擴散的煙塵，對人體危害極大。尤其在焦爐爐頂大氣中苯可溶物嚴重超標，焦爐工作區粉塵濃度也超標，嚴重危及職工的身體健康。
　　按照我國1996年頒布的《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297一1996），對煙氣必須冷卻、凈化，由引風(fēng)機將其排至煙囪放散或輸送到煤氣回收系統中備用。因此，每座焦爐需配有一套除塵系統。一期工程的地面除塵站使用的是一臺630kW/10kV的高壓電機拖動(dòng)風(fēng)機，抽取前級焦爐出焦時(shí)產(chǎn)生的焦爐煙氣和灰塵，吸收的煙塵和氣體進(jìn)入除塵站的布袋除塵器濾除粉塵和有害物質(zhì)以后，高溫氣體經(jīng)高爐排放到空氣中。除塵系統風(fēng)機型號AI850。由于焦爐周期性間斷推焦，為滿(mǎn)足節能和環(huán)保要求，要求風(fēng)機在整個(gè)煉焦工作周期內變速運行，推焦時(shí)高速運行，不推焦時(shí)低速運行。原系統采用液力偶合器調速，高速800rpm，低速600rpm。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運行，發(fā)現液力偶合器技術(shù)存在著(zhù)局限性，主要表現在：
　　（1）調速范圍在40%～95%之間，轉速不穩定；造成能源浪費。
　　（2）液力偶合器本身包含油路，水路等多套系統，故障率高，液力偶合器一旦故障，只能停機維修，無(wú)法切換至工頻旁路運行，造成焦爐停產(chǎn)，不能滿(mǎn)足連續生產(chǎn)的需要。
　　（3）液力偶合器在調速越低時(shí)效率越低，調速的節能效果大打折扣。
　　（4）調節精度低、線(xiàn)性度差，響應慢。
　　（5）電機仍然為直接啟動(dòng)，需要啟動(dòng)裝置，啟動(dòng)沖擊也大，并且不能頻繁啟動(dòng)。
　　隨著(zhù)高壓變頻器應用的越來(lái)越普遍，高壓變頻器的性?xún)r(jià)比越來(lái)越高，相比液力偶合器變頻器具有以下優(yōu)點(diǎn)：
　　（1）高壓變頻器調速范圍大，精度高，調速范圍為0-100%。
　　（2）高壓變頻器是高科技產(chǎn)品，可靠性高，基本免維護，萬(wàn)一變頻器故障，電機還可以直接掛電網(wǎng)工頻運行，不會(huì )造成生產(chǎn)損失。
　　（3）高壓變頻器在整個(gè)調速范圍內都具有較高的效率（大于96%）。
　　（4）高壓變頻器對電機及負載機械實(shí)現真正的軟啟動(dòng)，如果工藝需要，電機可以在短時(shí)間內多次重復啟動(dòng)。
　　（5）高壓變頻器不會(huì )因為電機速度的高低而增加成本，而低速大容量的電機用液力偶合器調速，成本將大大增加，有些時(shí)候甚至無(wú)法實(shí)現。
　　鑒于此，在2009年節能改造工作中，焦化廠(chǎng)領(lǐng)導決定對地面除塵站除塵風(fēng)機（一期工程）進(jìn)行改造，經(jīng)多方考察，選中山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP38-630F型高壓變頻器對除塵風(fēng)機進(jìn)行調速。
2高壓變頻器技術(shù)改造方案
　　除塵風(fēng)機是除塵凈化系統的動(dòng)力中樞，一旦除塵風(fēng)機不能正常運行，不但影響生產(chǎn)，還有可能威脅到現場(chǎng)生產(chǎn)人員的人身安全；另外，調速系統工作的環(huán)境比較惡劣；同時(shí)焦爐又周期性間斷推焦；所以，和除塵風(fēng)機配套的高壓調速系統方案應周密細致，經(jīng)過(guò)雙方技術(shù)人員的合作，制定了一期工程除塵風(fēng)機的技術(shù)改造方案。改造方案如下：
2.1 設備配置
　　風(fēng)光高壓變頻調速系統由一次回路進(jìn)線(xiàn)柜（旁路柜）、變壓器柜、變頻單元柜和操作控制柜組成。旁路柜在變頻器維護過(guò)程中或變頻器出現故障時(shí)，將電機投入到工頻電網(wǎng)運行，保證生產(chǎn)不受影響。變頻運行時(shí)，變頻器為電機提供全面的保護。高壓變頻器旁路柜一次回路如圖1所示。

　　DL：用戶(hù)高壓真空斷路器
　　K1、K2、K3：高壓變頻器內置高壓隔離開(kāi)關(guān)
　　BPQ：JD-BP38-630F高壓變頻器
　　D：630kW/10kV異步電動(dòng)機。
　　圖1手動(dòng)旁路柜中，共有3個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)，為了確保不向變頻器輸出端反送電，K2與K3采用電磁互鎖操動(dòng)機構，實(shí)現電磁互鎖。當K1、K3閉合，K2斷開(kāi)時(shí)，電機變頻運行；當K1、K3斷開(kāi)，K2閉合時(shí)，電機工頻運行，此時(shí)變頻器從高壓中隔離出來(lái)，便于檢修、維護和調試。
　　旁路柜必須與上級高壓斷路器DL連鎖， DL合閘時(shí)，絕對不允許操作旁路隔離開(kāi)關(guān)與變頻輸出隔離開(kāi)關(guān)，以防止出現拉弧現象，確保操作人員和設備的安全。
　　現場(chǎng)控制要求可以遠程和本機控制。風(fēng)機高速運行時(shí)，如果變頻器出現嚴重故障，變頻器自動(dòng)停機。遠程控制時(shí)，通過(guò)操作臺工頻/變頻旋鈕把電機切換到工頻電網(wǎng)運行，當推焦周期結束后，檢修變頻器。變頻器檢修完畢后，通過(guò)把操作臺工頻/變頻旋鈕打到變頻位置，返回變頻調速狀態(tài)。本機控制時(shí)，通過(guò)變頻器控制柜工頻/變頻旋鈕把電機切換到工頻電網(wǎng)運行，當推焦周期結束后，檢修變頻器。變頻器檢修完畢后，通過(guò)把變頻器工頻/變頻旋鈕打到變頻位置，返回變頻調速狀態(tài)。
2.2電機及風(fēng)機參數

2.3除塵風(fēng)機工藝要求
　　除塵風(fēng)機用于焦炭出焦時(shí)除塵使用，該焦爐有3臺推焦車(chē)，1、2號不能同時(shí)推焦，1、2號與3號可能有同時(shí)推焦的可能，單爐推焦瞬間風(fēng)量達到800rpm，兩臺同時(shí)推焦870rpm，并且需要持續80S，不推焦時(shí)600rpm就可以。
　　采用變頻器改造后，為了節省電能，除塵風(fēng)機設計為高低速兩檔運行，不出焦時(shí)，風(fēng)機轉速約600rpm；出焦時(shí)，風(fēng)機升速至800rpm（或者870rpm）。
　　具體操作如下：推焦除塵風(fēng)機平時(shí)不出焦時(shí)在低速運行（30Hz ）。推焦機開(kāi)始推焦時(shí)，推焦桿離開(kāi)限位推出后給變頻器發(fā)出高速信號（40Hz ），風(fēng)機啟動(dòng)到高速，待推焦桿退回時(shí)經(jīng)一定延遲時(shí)間（40S）給變頻器發(fā)出降速信號，降為低速（30Hz）。
2.4 監控和操作
　　除塵風(fēng)機在不推焦時(shí)，只需要很低的轉速，根本不需要滿(mǎn)負荷運轉。利用高壓變頻器根據實(shí)際需要對除塵風(fēng)機進(jìn)行變速運行，既改善了工藝，又達到節能降耗的目的和效果。
　　對除塵風(fēng)機高壓變頻監控具體實(shí)現過(guò)程如下：變頻器操作可以在本機控制，也可以遠程操作。變頻器包括一臺內置的PLC，用于柜體內開(kāi)關(guān)信號的邏輯處理，以及與現場(chǎng)各種操作信號和狀態(tài)信號（如RS485）的協(xié)調，并且可以根據用戶(hù)的需要擴展控制開(kāi)關(guān)量，增強了系統的靈活性。變頻器也可由控制室的上位機或操作臺進(jìn)行操作。
　　現場(chǎng)操作人員可以通過(guò)上位機或操作臺對變頻器進(jìn)行遠程操作并監控變頻器運行狀態(tài)，可以根據工況需要自由設定，完全可以滿(mǎn)足工藝要求。
　　上位機：可以通過(guò)上位機進(jìn)行遠程監控，一方面便于用戶(hù)隨時(shí)了解設備運行情況，另一方面，也利于設備的遠程診斷和維護，故障問(wèn)題可以及時(shí)得到解決。
　　操作臺：可以通過(guò)操作臺對變頻器進(jìn)行簡(jiǎn)單的遠程操作，包括：工頻/變頻切換。
2.5現場(chǎng)所需開(kāi)關(guān)量節點(diǎn)

3風(fēng)光牌JD-BP38-630F 高壓變頻器技術(shù)參數
　　山東新風(fēng)光是國家高新技術(shù)企業(yè)， JD-BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無(wú)速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，其諧波指標小于IEE519-1992的諧波國家標準，輸入功率因數高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題，可以使用普通的異步電機。
　　風(fēng)光牌高壓變頻器為高--高電壓源型模式，由移相變壓器，功率單元和控制器組成。JD-BP38-630F高壓變頻器采用48脈沖整流，功率單元每相采用7個(gè)功率單元串接組成，三相共21個(gè)單元；輸出相電壓為15電平，輸出線(xiàn)電壓 29電平，功率單元旁路單元采用可控硅作為旁路器件。控制器部分以高速微處理器實(shí)現控制以及與子微處理器間進(jìn)行通信。風(fēng)光高壓變頻器采用模塊化設計，互換性好、維修簡(jiǎn)單。JD-BP38-630F高壓變頻器主要技術(shù)參數如下表3所示。

4設備運行情況
　　從2009年10月31日正式投入運行以來(lái)，一直正常運轉，沒(méi)有出現故障。總的來(lái)說(shuō)，投入變頻器后有以下優(yōu)點(diǎn)：
　　（1）運行穩定，安全可靠。原來(lái)使用液力偶合器大概60天左右就必須更換軸承，每次需停爐半天左右，帶來(lái)的巨大的經(jīng)濟損失。JD-BP38系列高壓變頻器具有免維護的特點(diǎn)，只需定期除塵，不用停機，保證了生產(chǎn)的連續性。
　　（2） 電動(dòng)機實(shí)現了真正的軟啟動(dòng)、軟停止。避免了啟動(dòng)時(shí)對設備的電氣和機械沖擊，使風(fēng)機啟動(dòng)平穩。
　　（3） 運行工況改善，工人勞動(dòng)強度降低。
　　隨著(zhù)焦爐生產(chǎn)除塵的需要，調節風(fēng)機的轉速，進(jìn)而調節風(fēng)機風(fēng)量，滿(mǎn)足焦爐生產(chǎn)工藝的需要，現場(chǎng)工作環(huán)境大為改善，工作強度大大降低。
　　（4）延長(cháng)了電機、風(fēng)機的使用壽命，提高了風(fēng)機的利用效率。原舊焦爐除塵風(fēng)機在運行過(guò)程中，經(jīng)常造成風(fēng)機和電機的損壞，維護工作量大，檢修費用高，采用變頻技術(shù)調速后，減少了機械磨損，保證了風(fēng)機的正常運行。
　　（5）調速范圍寬，調速精度高。
　　除塵風(fēng)機的風(fēng)量經(jīng)常需要根據工藝的需要變化，在過(guò)去液力偶合器調節時(shí)，出現執行機構的開(kāi)度與流量的非線(xiàn)形問(wèn)題，致使調節失誤，采用變頻拖動(dòng)風(fēng)機可以在0～50Hz范圍內任意調速，調速精度高，可保持在0.1～0.01Hz范圍內工作，便于實(shí)現除塵系統自動(dòng)化控制。
　　（6）變頻器具有多項保護功能，十分完善。
　　與原來(lái)舊系統相比較，變頻器具有過(guò)流、短路、過(guò)壓、欠壓、缺相、溫升保護等多項保護功能，更精確地保護了電機。
　　（7）節能效果顯著(zhù)，大大降低了電耗。
5 節能分析
　　焦爐除塵風(fēng)機高壓變頻器投入使用以來(lái)，運行情況良好，基本達到預期的改造目的。
　　除塵風(fēng)機只有在推焦車(chē)推焦的時(shí)候需要高速，帶動(dòng)風(fēng)機高速運行使風(fēng)機的吸力達到1.5KPa即可滿(mǎn)足工藝要求，達到除塵的效果，滿(mǎn)足環(huán)保要求。根據現場(chǎng)的實(shí)際考察，旭陽(yáng)焦化公司一期的焦爐生產(chǎn)情況是：推焦車(chē)每天生產(chǎn)焦炭110爐，每一次往外推焦時(shí)都需要除塵風(fēng)機高速運行，而且每一次推焦持續的時(shí)間是80S。焦爐每爐周期10min，80S要求除塵風(fēng)機轉速800rpm（40Hz）或870 rpm（43.5Hz），其余時(shí)間要求風(fēng)機轉速600rpm（30Hz）。
　　除塵風(fēng)機高壓變頻器改造前后，今年和去年同期相比，以噸焦炭電耗來(lái)分析節能數據（單位：度/噸焦炭），如表4所示：

　　從上表4統計數據看，2009年1～6月同2010年1～6月相比較，噸焦炭電耗有較大幅度下降，下降達：18.17%，其中主要的節電是由高壓變頻器完成的。
　　以焦炭除塵風(fēng)機消耗電量來(lái)分析節能效果，根據旭陽(yáng)公司生產(chǎn)統計報表，2009年1～6月同2010年1～6月相比，焦化廠(chǎng)2009年上半年焦炭產(chǎn)量為438020噸，2010年上半年焦炭產(chǎn)量為439334噸，產(chǎn)量基本相同，統計除塵風(fēng)機消耗電量如下表5所示：

　　從表5數據統計看，除塵風(fēng)機節電率為：（1780720-1193034）/1780720=33%，6個(gè)月共節約用電58.7萬(wàn)度，平均每月節約用電9.78萬(wàn)度，年節電量可估算為：9.78×12=117萬(wàn)度。以電價(jià)0.45元/度計算，焦化廠(chǎng)一期焦爐除塵風(fēng)機年節電費：117×0.45=52.65萬(wàn)元。
6結束語(yǔ)
　　從風(fēng)光牌JD-BP38-630F高壓變頻器在旭陽(yáng)焦化公司一期焦爐除塵風(fēng)機近一年運行情況來(lái)看，變頻系統滿(mǎn)足了焦化廠(chǎng)連續生產(chǎn)的需要，用戶(hù)非常滿(mǎn)意。在今年旭陽(yáng)焦化公司二期焦爐除塵風(fēng)機改造中也采用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-900F高壓變頻器。