技術頻道

      變頻器在焦化廠風機變頻改造上的應用

      摘要:煉焦鼓冷系統用液力耦合器調速,在變頻器未實際應用以前,液力耦合器調速不失為交流電機較為理想的調速方式,其效率 低 耗能大,用變頻調速方式取代后可以獲得非常好的經濟效益。
      關鍵詞:風機液力耦合器調速,變頻器,節能
      一、概述
      煉焦過程是煉焦煤在炭化室經過干燥脫水、軟化熔融、半焦化和半焦收縮成焦等階段。在200攝氏度以前,煤表面的水分、吸附在煤中的二氧化碳、甲烷等析出。隨著進入軟化熔融階段,在此階段中,煤大分子側鏈斷裂和分解,產生熱解產物,在半焦形成和開始縮聚之前,熱解產生的蒸汽和煤氣,主要含有甲烷、一氧化碳、化合水及焦油蒸汽等。溫度繼續升高,析出的氣體中氫和苯蒸汽的含量增加。在半焦至焦碳階段中,隨著焦質致密、縮聚,氫大量的產生。在炭化室煉焦的特定條件下,上述初次分解的產物,通過赤熱的半焦及焦碳層到達爐墻邊,然后沿著高溫的爐墻與焦碳之間的空隙到達爐頂空間。
      炭化室出來的荒煤氣首先在橋管處被大量的循環氨水噴灑。在次過程中,熱煤氣與7075攝示度的呈細霧狀的氨水接觸,高溫煤氣放出熱量,使氨水霧滴迅速升溫和汽化,結果,煤氣溫度降到8085攝示度,未被汽化的氨水溫度升高到7578攝示度。煤氣中的焦油氣約為5060%被冷卻下來,部分焦油與煤塵和焦炭粒混在一起構成焦油渣。煤氣經初冷器后溫度可降至30攝示度,此時,輕質焦油和氨水就冷凝下來。煉焦爐出來的焦爐煤氣經集氣管、吸氣管、初冷器、捕焦油器、回收氨和苯的系統等一系系列的設備,然后才能變成凈煤氣送給不同的用戶,或送至貯罐。在這一過程中煤氣要克服許多阻力才能達到用戶的地點,為此,煤氣應具有足夠的壓力。另外,為了使焦爐內的荒煤氣按規定的壓力制度抽出,要是煤氣管線中具有一定的吸力,因此,必須在焦化工藝的流程中,選擇合理的位置設置鼓風機,一般焦化廠鼓風機的位置選擇在初冷器之后和捕焦油器之前,這是因為此時鼓風機的負荷較小,電捕焦油器處于正壓狀態下操作,比較安全。
      二、現狀
      某焦化廠煉焦爐鼓冷系統有400kW離心風機兩臺,一用一備,安裝在兩臺初冷器之前,即一臺鼓風機同時對兩臺初冷器中的煤氣進行抽取。工藝上要保證初冷器內維持120Pa正壓,則鼓風機需要調速,原系統采用液力偶合器調速。另外,還要求兩臺初冷器內的正壓相同,均為120Pa。原系統是在初冷器的出口處設置手動閥門用人工調節,在調節過程中,不僅要調節閥門的開度,還要同時調節液力偶合器的油壓,以此調節風機的轉速。閥門和轉速都要調節,二者又有一定的偶合度,常常顧此失彼,很難達到工藝要求。另外,液力偶合器調速的穩定性較差及調速的不方便,而且效率低,為滿足生產工藝的要求和節能,需要對其進行改造。
      改造方案
      為節能考慮,將液力偶合器調速改為變頻調速。為控制兩初冷氣內的壓力,采用壓力閉環控制和電動閥結合控制,該方法是在1#初冷器和2#初冷器上安裝兩只壓力變送器,變送器壓力值代表初冷器內的壓力值。以1#初冷器變送器的反饋值來控制變頻器的輸出頻率,使其穩定在120Pa的壓力上。但是1#初冷器和2#初冷器的出口風道是并聯的,由于某些因素,1#初冷器和2#初冷器的壓力值可能不相等,這時,由調節器送出的信號到2#初冷器電動調節閥,調節器閥門的開度,使1#初冷器和2#初冷器的壓力值相等。但是電動閥的調節影響總壓力值,2#初冷器出口處的壓力變送器將檢測到的壓力信號送變頻器,由變頻器使風機電機升速或降速,維持工藝要求的壓力值在120Pa。調節過程要經過幾次的反復調節,無需人工介入,都是自動進行的。煉焦鼓冷系統控制示意圖如圖1所示:

      1 煉焦鼓冷系統控制示意圖
      液力偶合器
      液力偶合器是通過控制工作腔內工作油液的動量矩變化,來傳遞電動機能量并改變輸出轉速的,電動機通過液力偶合器的輸入軸拖動其主動工作輪,對工作油進行加速,被加速的工作油再帶動液力偶合器的從動工作渦輪,把能量傳遞到輸出軸和負載,這樣,可以通過控制工作腔內的油壓來控制輸出軸的力矩,達到控制負載的轉速的目地。因此液力偶合器也可以實現負載轉速無級調節,在變頻器未應用以前,液力偶合器不失為一種較為理想的交流電機調速方式。
      液力偶合器從電動機輸出軸取得機械能,通過液力變速后送入負載,其效率不可能為1;變頻器從電網取的電能,通過逆變后送入電動機其效率也不可能是1。在全轉速范圍內,變頻器的效率變化不大,變頻器在輸出低轉速下降時效率仍然較高,例如:100%轉速時效率97%75%轉速時效率大于95%20%轉速時效率大于90%液力偶合器的效率基本上與轉速成正比,隨著輸出轉速的降低,效率基本上成正比下降。例如:100%轉速時效率95%75%轉速時效率約72%20%轉速時效率約19%液力偶合器用于風機、泵類負載,由于其軸功率與轉速的三次方成正比,當轉速下降時,雖然液力偶合器效率與轉速成正比下降,但電動機綜合軸功率還是隨著轉速的下降成二次方比例下降,因此在變頻器取代液力耦合器調速時,計算節能時,電機軸功率與轉速的一次方成正比。
      、改造方案的電氣原理圖和控制原理
      1變頻器采用森蘭SB61P400KW。考慮到電機是一用一備,為節省投資,兩臺風機電機共用一臺變頻器,當電機需要倒換時,僅改變電機外部的接線,變頻器控制原理圖如圖2所示。PT為壓力變送器,為四線式的壓力變送器接線,還有兩根電源線未畫出。R為給定調節,也可以用操作面板給定。KM1KM2控制那臺電機運行。
      2 變頻器控制原理圖
      因為液力耦合器的效率較低,改造時不需要保留,可將其拆除。留下的空位可裝一臺減速箱,減速箱的減速比的選擇,根據工藝條件決定。即變頻器輸出頻率5060Hz時,風機輸出最大風量。為減少減速箱安裝時的工作量,減速箱需認真選擇。
      2壓力變送器的安裝
      壓力變送器要正確的反映初冷器的壓力值,安裝位置值得研究,顯然安裝在初冷器上,即可。為簡化控制,用一號初冷器壓力變送器的信號反饋到變頻器,由此控制一號初冷器的壓力;二號初冷器的壓力變送器的信號送到電動調節閥調節器上,控制閥門的開度,以平衡兩初冷器的壓力值。如圖1所示。
      節能
      改造過程中,去掉了液力耦合器后換為一臺51的減速箱。生產運行時,變頻器的輸出頻率在34Hz上下變動,計算節能效果如下:
      400kW風機風量從100%降低到70%,由于流量與轉速一次方成正比,因此轉速可以降低70%,負載功率理論上降為34.3%,如果變頻調速效率按0.95算,再考慮電動機效率在低功率時和管道系統效率有所下降,電網總輸入功率約:
      40034.3%/0.95/0.85/0.95=40044.71%=178.84kW
      如果采用液力偶合器,其效率按0.665計算,電網總輸入功率為
      40034.3%/0.665/0.85/0.95=40063.87%=255.12kW
      二者之差為節約的電能,即:
      255.12-178.84=76.28kW
      全年按300 日計算,年節電:
      76.2830024=549216kWh
      據實際檢測本系統節能在21.9%,不到一年可收回投資,取得了非常好的經濟效益。

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