希望森蘭科技公司

1 概述

煉焦過程是煉焦煤在炭化室經(jīng)過干燥脫水、軟化熔融、半焦化和半焦收縮成焦等階段。在200℃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(cè)鏈斷裂和分解，產(chǎn)生熱解產(chǎn)物，在半焦形成和開始縮聚之前，熱解產(chǎn)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(xù)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(zhì)致密、縮聚，氫大量的產(chǎn)生。在炭化室煉焦的特定條件下，上述初次分解的產(chǎn)物，通過赤熱的半焦及焦碳層到達(dá)爐墻邊，然后沿著高溫的爐墻與焦碳之間的空隙到達(dá)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(huán)氨水噴灑。在此過程中，熱煤氣與70～75℃的呈細(xì)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(jié)果，煤氣溫度降到80～85℃，未被汽化的氨水溫度升高到75～78℃。煤氣中的焦油氣約為50～60%被冷卻下來，部分焦油與煤塵和焦炭?；煸谝黄饦?gòu)成焦油渣。煤氣經(jīng)初冷器后溫度可降至30℃，此時，輕質(zhì)焦油和氨水就冷凝下來。煉焦?fàn)t出來的焦?fàn)t煤氣經(jīng)集氣管、吸氣管、初冷器、捕焦油器、回收氨和苯的系統(tǒng)等一系列的設(shè)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(dá)到用戶的地點，為此，煤氣應(yīng)具有足夠的壓力。另外，為了使焦?fàn)t內(nèi)的煤氣按規(guī)定的壓力抽出，要使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(shè)置鼓風(fēng)機，一般焦化廠鼓風(fēng)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(fēng)機的負(fù)荷較小，電捕焦油器處于正壓狀態(tài)下操作，比較安全。

2 現(xiàn)狀

某鋼鐵企業(yè)焦化廠煉焦?fàn)t鼓冷系統(tǒng)有400kW離心風(fēng)機兩臺，一用一備，安裝在兩臺初冷器之前，即一臺鼓風(fēng)機同時對兩臺初冷器中的煤氣進行抽取。從安全角度考慮，工藝上要保證初冷器內(nèi)維持120Pa正壓，若初冷器內(nèi)的壓力忽高忽低對安全的影響是巨大的。如果初冷器內(nèi)的壓力過高，會使可燃性煤氣泄漏到生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境中，可能發(fā)生爆炸對設(shè)備和人員造成損傷；若初冷器內(nèi)的壓力低于120Pa，則空氣可能進入初冷器中與可燃性氣體混合，后果極其嚴(yán)重。因此，為維持初冷器內(nèi)的正常壓力，鼓風(fēng)機需要調(diào)速。另外，還要求兩臺初冷器內(nèi)的正壓相同，均為120Pa。原系統(tǒng)采用液力耦合器調(diào)速。在初冷器的出口處設(shè)置手動閥門用人工調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)過程中，不僅要調(diào)節(jié)閥門的開度，還要同時調(diào)節(jié)液力耦合器的油壓，以此調(diào)節(jié)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速。生產(chǎn)過程中管道閥門和風(fēng)機轉(zhuǎn)速都需要調(diào)節(jié)，二者又有一定的耦合度，常常顧此失彼，很難達(dá)到工藝要求。另外，液力耦合器調(diào)速具有穩(wěn)定性較差、調(diào)速不方便，且效率低的特點，為滿足生產(chǎn)工藝的要求和節(jié)能，需要對其進行改造。

3 改造方案

為節(jié)能和方便控制考慮，將液力耦合器調(diào)速改為變頻調(diào)速。為控制初冷氣器1和初冷器2內(nèi)的壓力，采用壓力閉環(huán)和電動閥結(jié)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(nèi)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(wěn)定在120Pa的壓力上。但是1#初冷器和2#初冷器的出口風(fēng)道是并聯(lián)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(diào)節(jié)器送出的信號到2#初冷器電動調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥門的開度， 使2#初冷器的壓力值為120Pa。但是電動閥的調(diào)節(jié)又影響1#初冷器內(nèi)的壓力值，1#初冷器的壓力變送器將檢測到的壓力信號的變化送變頻器，由變頻器使風(fēng)機電機升速或降速，維持工藝要求的壓力值在120Pa。調(diào)節(jié)過程要經(jīng)過幾次的反復(fù)調(diào)節(jié)，無需人工介入，都是自動進行的。煉焦鼓冷系統(tǒng)控制示意圖如圖1所示。

圖1 煉焦鼓冷系統(tǒng)控制示意圖

4 液力耦合器

液力耦合器是通過控制工作腔內(nèi)工作油液的動量矩變化，來傳遞電動機能量并改變輸出轉(zhuǎn)速的，電動機通過液力耦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耦合器的從動工作渦輪，把能量傳遞到輸出軸和負(fù)載，這樣，可以通過控制工作腔內(nèi)的油壓來控制輸出軸的力矩，達(dá)到控制負(fù)載的轉(zhuǎn)速的目地。因此液力耦合器也可以實現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)速無級調(diào)節(jié)，在變頻器未應(yīng)用以前，液力耦合器不失為一種較為理想的交流電機調(diào)速方式。

液力耦合器從電動機輸出軸取得機械能，通過液力變速后送入負(fù)載，其效率不可能為1；變頻器從電網(wǎng)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(zhuǎn)速范圍內(nèi)，變頻器的效率變化不大，變頻器在輸出低轉(zhuǎn)速下降時效率仍然較高，例如：100%轉(zhuǎn)速時效率97%，75%轉(zhuǎn)速時效率大于95%，20%轉(zhuǎn)速時效率大于90%；液力耦合器的效率基本上與轉(zhuǎn)速成正比，隨著輸出轉(zhuǎn)速的降低，效率基本上成正比下降。例如：100%轉(zhuǎn)速時效率95%，75%轉(zhuǎn)速時效率約72%，20%轉(zhuǎn)速時效率約19%。液力耦合器用于風(fēng)機、泵類負(fù)載，由于其軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時，雖然液力耦合器效率與轉(zhuǎn)速成正比下降，但電動機綜合軸功率還是隨著轉(zhuǎn)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(diào)速后，計算節(jié)能時，電機軸功率與轉(zhuǎn)速的一次方成正比。

5 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(jié)省投資，兩臺風(fēng)機電機共用一臺變頻器，當(dāng)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(diào)節(jié)，也可以用操作面板給定。KM1、KM2控制那臺電機運行。

圖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，減速箱減速比的選擇，根據(jù)工藝條件決定。即變頻器輸出頻率50（60）Hz時，風(fēng)機輸出最大風(fēng)量。為減少減速箱安裝時的工作量，減速箱需認(rèn)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1#初冷器壓力變送器的信號反饋到變頻器，由此控制1#初冷器的壓力；2#初冷器的壓力變送器的信號送到電動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)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。

6 節(jié)能

改造過程中，去掉了液力耦合器后換為一臺5∶1的減速箱。生產(chǎn)運行時，變頻器的輸出頻率在34Hz上下變動，計算節(jié)能效果如下：

400kW 風(fēng)機風(fēng)量從100%降低到70%，

由于流量與轉(zhuǎn)速一次方成正比，因此轉(zhuǎn)速可以降低70%，負(fù)載功率理論上降為34.3%，如果變頻調(diào)速效率按0.95計算，再考慮電動機效率在低功率時和管道系統(tǒng)效率有所下降， 電網(wǎng)總輸入功率約：

400×（34.3%/0.95/0.85/0.95）=400×44.71%=178.84kW

如果采用液力耦合器，其效率按0.665 計算，電網(wǎng)總輸入功率為

400×（34.3%/0.665/0.85/0.95）=400×63.87%=255.12kW，

二者之差為節(jié)約的電能，即：

255.12-178.84=76.28kW

全年按300 日計算，年節(jié)電:

76.28×300×24=549216kWh。

據(jù)實際檢測本系統(tǒng)節(jié)能在21.9%，不到一年可收回投資，取得了非常好的經(jīng)濟效益。