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引言
　　吐魯番工企礦冶有限公司銅冶煉廠,，是新疆維吾爾自治區(qū)吐魯番地區(qū)較大的國有企業(yè)，由于國家對銅冶煉尾氣處理的要求越來越高,，公司領(lǐng)導(dǎo)在綜合考慮各方面的因素后,，認(rèn)為單純處理尾氣，還不如變廢為寶,，將尾氣凈化處理后,，將其中的SO2轉(zhuǎn)變成硫酸，這樣即處理了尾氣,，達(dá)到國家尾氣排放標(biāo)準(zhǔn),，又派生出新產(chǎn)品硫酸，可以獲得新的經(jīng)濟(jì)效益,，一舉兩得,，是這次設(shè)備改造及尾氣處理的雙重收益。
1項(xiàng)目概況
1.1項(xiàng)目名稱：9萬噸/年煙氣制酸
　　9萬噸/年煙氣制酸項(xiàng)目是將冶煉廠排放的煙氣,，通過凈化處理后,，采用國內(nèi)外先進(jìn)成熟的冶煉煙氣制酸技術(shù)和設(shè)備，使原先超標(biāo)排放的SO2煙氣得以回收利用,，生產(chǎn)出符合市場需求的優(yōu)質(zhì)工業(yè)硫酸,，從而尾氣達(dá)標(biāo)排放。
　　項(xiàng)目嚴(yán)格執(zhí)行國家有關(guān)方針政策和各項(xiàng)設(shè)計(jì)規(guī)程,、規(guī)范,，系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì),，采用美國孟山都公司動力波洗滌器和托普掌公司生產(chǎn)的觸煤等國內(nèi)外先進(jìn)可靠的核心技術(shù)和設(shè)備，全廠采用DCS集中控制系統(tǒng),，項(xiàng)目完成后,，系統(tǒng)整體技術(shù)設(shè)備達(dá)到國內(nèi)外先進(jìn)水平。
1.2項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模：制酸規(guī)模和冶煉規(guī)模相配套,，設(shè)計(jì)規(guī)模為9萬噸/年,。
1.3投資及收益
　　項(xiàng)目計(jì)劃總投資7000萬元，資金來源企業(yè)自籌和專項(xiàng)資金的支持,，投產(chǎn)后年均利稅總額為1000萬元,。
1.4產(chǎn)品及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：
　　主要產(chǎn)品為98% H2SO4,質(zhì)量符合工業(yè)硫酸國家標(biāo)準(zhǔn)GBT34-2002一等品標(biāo)準(zhǔn),。
1.5節(jié)能指標(biāo)：
　　單位產(chǎn)品電耗98KW·h/t 98% H2SO4以下,，遠(yuǎn)低于199 KW·h/t100% H2SO4的生產(chǎn)指標(biāo)，合理采用循環(huán)水系統(tǒng),，使本項(xiàng)目工業(yè)復(fù)用水率高達(dá)96.5%,。
　　項(xiàng)目建成投產(chǎn)后，銅冶煉整體系統(tǒng)安全,、節(jié)能,、環(huán)保。
2工藝流程圖

3變頻器的應(yīng)用
　　在這個工藝流程中,， SO2煙氣由干燥塔到散熱器的過程是由鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)風(fēng)道傳遞的,，而鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行采用了變頻控制，啟動平穩(wěn),，風(fēng)量可隨時根據(jù)需要任意調(diào)節(jié),，并節(jié)約了能量。
3.1現(xiàn)場的基本數(shù)據(jù)
　?。?）電動機(jī)
　　名稱：SIMA變頻調(diào)速三相異步電動機(jī)
　　型號：YPT5003-2
　　功率：710KW
　　絕緣等級：F
　　額定電壓：10KV
　　額定電流：49.7A
　　接法：Y型
　　防護(hù)等級：IP54
　　恒轉(zhuǎn)矩：2260N.M,20-50Hz.
　　冷卻方式：IC616
　　生產(chǎn)廠家：西安西碼電機(jī)（集團(tuán)）股份有限公司
　?。?）離心鼓風(fēng)機(jī)
　　型號：C850-1.357/0.969
　　流量：850m3/min
　　出口壓力：38000Pa
　　電機(jī)功率：710KW
　　主軸轉(zhuǎn)速：2980r/min
　　生產(chǎn)廠家：湖北雙創(chuàng)鼓風(fēng)機(jī)制造有限公司
3.2系統(tǒng)方案
　　根據(jù)用戶要求，現(xiàn)場共兩套系統(tǒng),，配置兩臺風(fēng)機(jī),，配置一套變頻器，即一臺變頻器拖動二臺電機(jī),，采用一拖二方式,。旁路系統(tǒng)由1個高壓真空接觸器KM1和5個高壓隔離開關(guān)K1、K21,、K22,、K31、K32組成,。要求K21不能和K1,、K31同時閉合,，K22不能和K1、K32同時閉合,，在電氣上實(shí)現(xiàn)互鎖,。K1與K31閉合，K21斷開,，1#電機(jī)變頻運(yùn)行,；K1與K32閉合，K22斷開,，2#電機(jī)變頻運(yùn)行,。K1與K31斷開，K21閉合,，1#電機(jī)工頻運(yùn)行,；K1與K32斷開，K22閉合,，2#電機(jī)工頻運(yùn)行,。
　　主回路圖如下：

3.3變頻器的配置
　　根據(jù)現(xiàn)場情況和用戶要求，采用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-710F型號的高壓大功率變頻器為用戶配置,。
　?。?）變頻裝置技術(shù)數(shù)據(jù)
　　A、額定輸入電壓：10KV,允許變化范圍：+15%～-20%
　　B,、額定輸出電壓：0～10KV
　　C,、額定容量：900KVA
　　D、輸入諧波：＜3%
　　E ,、輸入功率因數(shù)：＞95%
　　F,、過載能力：120%連續(xù)，150%1分鐘,。
　?。?） 風(fēng)光高壓變頻器的主要特點(diǎn)及構(gòu)成：
　　高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用直接“高-高”變換形式，為每相8單元串聯(lián)多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),，主體結(jié)構(gòu)由控制柜,、功率柜、變壓器柜組成,。
　　控制器采用32位高速DSP芯片,，精心設(shè)計(jì)的算法可以保證電機(jī)達(dá)到較優(yōu)的運(yùn)行性能。彩色嵌入式人機(jī)界面提供友好的全中文監(jiān)控和操作界面,，同時可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制,。控制器還包括一臺內(nèi)置的PLC，用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理,，以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號（包括DCS/RS485//Modbus）的協(xié)調(diào),，并且可以根據(jù)用戶的需要擴(kuò)展控制開關(guān)量，增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性,?？刂破鹘Y(jié)構(gòu)上采用箱體結(jié)構(gòu)，各控制單元板采用FPGA,、CPLD等大規(guī)模集成電路和表面焊接技術(shù),，系統(tǒng)具有極高的可靠性?？刂破髋c功率單元之間采用光纖通訊技術(shù),，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統(tǒng)具有極高的安全性,，同時具有很好的抗電磁干擾性能,。
　　（3）控制方式
　　變頻器有三種控制方式：
　　本地控制：從變頻器操作界面控制電機(jī)的啟,、停,，并能完成變頻器的所有控制；
　　遠(yuǎn)程控制：通過內(nèi)置PLC接受來自現(xiàn)場的開關(guān)量控制,；
　　上位機(jī)控制：通過RS485接口，采用PROPFIBUS通訊協(xié)議,，接收上位DCS系統(tǒng)的控制,；或與DCS硬連接。
　　在本系統(tǒng)中,，由于用戶采用DCS集中控制系統(tǒng),，因此我們采用上位機(jī)控制，將變頻器所需要的開機(jī)信號和速度調(diào)節(jié)信號直接傳至用戶的集中控制系統(tǒng),，采用硬連接,，在DCS上直接進(jìn)行調(diào)節(jié)，并接受由DCS上傳輸?shù)默F(xiàn)場電機(jī)的溫度及風(fēng)量調(diào)節(jié)信號,，實(shí)現(xiàn)電機(jī)過熱保護(hù)及風(fēng)量的自動調(diào)節(jié),。
　　表1、用戶DCS與變頻器的接口：

　　表2,、高壓變頻系統(tǒng)到用戶DCS的接線：

4安裝與調(diào)試
4.1安裝
　　安裝時注意不要將變頻器安裝在有較大灰塵,、腐蝕或爆炸性氣體、導(dǎo)電粉塵等空氣污染的環(huán)境里,?？紤]通風(fēng)散熱及操作空間的需要，10KV系列整套裝置背面離墻或是別的柜體距離不得小于1500mm，裝置頂部離屋頂距離不得小于1500mm;裝置正面離墻或是別的柜體距離不得小于1500mm,。
　　所有柜體應(yīng)牢固安裝于基座之上,，并和廠房大地可靠連接。變壓器屏蔽層及接地端子PE也應(yīng)接至廠房大地,。各柜體之間應(yīng)相互連接成為一個整體,。
　　安裝過程中，要防止變頻器受到撞擊和震動,，所有柜體不得倒置,，傾斜角度不得超過30°。
　　變頻器安裝場地應(yīng)采取完善的小動物防護(hù)措施,。
　　以變頻器隨機(jī)配套的《整機(jī)連線圖》為依據(jù)進(jìn)行安裝接線,。
　　a.確認(rèn)變頻器殼體安裝正確整齊，底部槽鋼與大地可靠連接（建議采用焊接方式）,。包括控制柜,、功率柜、變壓器柜和旁路柜,。風(fēng)道的設(shè)計(jì),、安裝必須防雨，以防雨水順風(fēng)道進(jìn)入變頻器內(nèi),。
　　b.變頻器功率柜分前后兩面安裝,。每相前后面各4個單元，按照功率單元標(biāo)注的編號的順序?qū)卧湃牍β使瘢m然單元可以互換,，但是按編號安放便于查詢,，也符合人的正常思維）。
　　c.安裝UPS,人機(jī)界面,，高壓帶電顯示裝置,，變壓器溫控儀，電流傳感器,，報警器,。
　　d.依照連線圖接變頻器內(nèi)部連線。
4.2通控制電調(diào)試過程
　　注意：通控制電調(diào)試時必須確保高壓電不能加到變頻器上,，以確保人身安全
　?。?）通上交流220V控制電（交流220伏控制電用6mm2的電源線?？刂齐娫礊锳C220V±10%,，容量不小于5KVA。合上控制柜,、旁路柜內(nèi)斷路器,，開UPS后當(dāng)人機(jī)界面顯示正常時，說明控制電源已送上，觸摸屏?xí)詣舆M(jìn)入監(jiān)控程序,。
　?。?）合變頻柜主回路上的隔離開關(guān)。
　?。?）按變頻送電按鈕或是模擬短接高壓就緒接點(diǎn),，但是在送高壓電之前必須將模擬短接點(diǎn)斷開。
　?。?）開機(jī)用示波器測量單元輸出波形和總輸出波形是否正確,。
　　每個單元輸出的波形：

　　（5）按照變頻器的接線圖及技術(shù)協(xié)議連接變頻器的內(nèi)部接線,。
4.3依照連線圖接變頻器與外部連線
　?。?）外部高壓就緒，故障輸出,，報警輸出,，就地指示，遠(yuǎn)程指示,，變頻指示,，工頻指示，遠(yuǎn)程急停,，遠(yuǎn)程開機(jī),，遠(yuǎn)程停機(jī)，遠(yuǎn)程頻率給定,，電流輸出,，頻率輸出，工藝允許,，聯(lián)跳外部高壓等。
　?。?）變頻器控制柜內(nèi)的走線原則
　　高壓線和低壓線分開走線,，交流和直流分開走線，PLC 輸入和4～20mA模擬信號必須用屏蔽線,，屏蔽線線徑不能小于0.5mm2,以免線徑太細(xì)壓接時易斷,。
　　交流電源用線沿控制柜靠近功率單元柜的一側(cè)走，直流電源用線沿控制柜不靠功率柜的的一側(cè)走線,。走線要整齊,、美觀、易查,。
4.4試驗(yàn)變頻器遠(yuǎn)程開機(jī),，停機(jī)，頻率給定
　　電流輸出與頻率輸出和各種顯示，及與現(xiàn)場聯(lián)系的各種必要的互鎖,。
4.5現(xiàn)場通高壓電調(diào)試
　?。?）將高壓電送至變頻器，無特殊情況不要在通高壓電的情況下測輸出或是其他地方,，如需測試,，調(diào)試人員需做好安全防護(hù)并經(jīng)技術(shù)人員允許后再測試，以免出現(xiàn)安全事故,。
　?。?）輕載試驗(yàn)，觀察變頻器運(yùn)行是否正常,。
　?。?）試驗(yàn)工頻變頻狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)向是否一致,。如果不一致,，則將變頻器三相輸出中任意兩相更換位置。
　?。?）重載試驗(yàn)
　　由于該系統(tǒng)電機(jī)軸承與風(fēng)機(jī)配比不太合理,，且電機(jī)為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，啟動時較困難,，需要增加低頻補(bǔ)償,，經(jīng)過試驗(yàn)，在風(fēng)門全開,，即負(fù)荷最大情況下,，大約設(shè)定在3.5%,可滿足正常啟動要求。
　　原系統(tǒng)DCS控制設(shè)置有手動和自動兩種控制方式,，調(diào)試時先在手動方式調(diào)試工作正常,，根據(jù)用戶要求，設(shè)置變頻器頻率上升,、下降時間,，達(dá)到上升不過流保護(hù)/下降不過壓保護(hù)，實(shí)際實(shí)驗(yàn)時間為上升300s,下降420s.然后再轉(zhuǎn)至自動運(yùn)行狀態(tài),，有DCS的PID輸出控制變頻器的頻率,，從而達(dá)到穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。
　　系統(tǒng)最終運(yùn)行參數(shù)：
　　變頻器：
　　頻率40Hz,
　　輸出電流39A,
　　輸入電流21A,
　　輸出電壓7.37KV,
　　輸入電壓9.34KV
　　風(fēng)機(jī)參數(shù)：
　　氣體溫度：  進(jìn)口31.10℃,，出口 57.10℃
　　氣體壓力：  進(jìn)口 -7.04Kpa,出口  17.06Kpa
　　電機(jī)軸承溫度  左：34.1℃,，右：34.10℃
5應(yīng)用效果
　　（1）實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的平穩(wěn)啟動,。該設(shè)備為新機(jī)配套,，由于系統(tǒng)電網(wǎng)配置小,，工頻直接啟動，電流大約為額定電流的5-7倍,，即啟動瞬間可達(dá)300A左右,，在風(fēng)門開啟時根本啟動不了。而采用變頻啟動,，啟動電流大約在額定電流的一半左右（約28A）即可平穩(wěn)正常啟動,，因此解決了軟啟動問題。
　?。?）運(yùn)行中調(diào)速平滑,、連續(xù)，.可依據(jù)工藝需要平滑的調(diào)節(jié)變頻器的頻率,，進(jìn)而無級的調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,，使SO2送風(fēng)量得到無級平滑的調(diào)節(jié)，減少了對風(fēng)門及系統(tǒng)的沖擊,，極大的保護(hù)了風(fēng)道系統(tǒng),，免受沖擊損害。
　?。?）簡化了操作系統(tǒng),，精簡了控制程序，減輕了工人的勞動強(qiáng)度,，特別是自動控制的應(yīng)用,，提高了整個系統(tǒng)的自動化程度，實(shí)現(xiàn)了變頻器無人值守,。
　?。?）節(jié)能顯著。
　　對風(fēng)機(jī)\泵類負(fù)載,，由流體力學(xué)知,，流量與轉(zhuǎn)速成正比，管壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比,，而軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比,。
　　現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行在40Hz ,因此變頻運(yùn)行下的功率
　　P變=（40/50）3P工=0.83P工=0.51 P工
　　當(dāng)然變頻改造后效率可能要降低一些，總體效率大約80%.因此變頻應(yīng)用后的實(shí)際效率為
　　P1變=0.51/80% P工=0.64 P工=64% P工
　　則節(jié)電率為⊿P= （P工- P1變）/ P工=36%
　　節(jié)電效果是十分明顯的,，基本達(dá)到了預(yù)期的節(jié)能效果。
　　總之,，使用變頻器后,，實(shí)現(xiàn)了軟啟動，運(yùn)行平穩(wěn),，節(jié)約電能,，是實(shí)現(xiàn)自動化控制的較理想設(shè)備,，值得在各種領(lǐng)域大力推廣。