湯其富

摘要：在電解鋁的生產(chǎn)中，其凈化系統(tǒng)必須能夠按照實(shí)際負(fù)荷來調(diào)節(jié)所需風(fēng)量。傳統(tǒng)的高壓排煙風(fēng)機(jī)需要保持滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，并依賴風(fēng)門來調(diào)節(jié)風(fēng)量，這種經(jīng)濟(jì)性較低的運(yùn)行方式會(huì)造成大量能源的浪費(fèi)。因此需要采用變頻調(diào)速方式來技術(shù)改造，通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)量的準(zhǔn)閉環(huán)乃至閉環(huán)控制，使凈化系統(tǒng)的運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)合理，并減少對(duì)能源的消耗，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能改造的目的。

關(guān)鍵詞：電解鋁；凈化系統(tǒng)；高壓排煙風(fēng)機(jī)；變頻調(diào)速；節(jié)能改造

近年來我國在計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)以及自控技術(shù)等方面取得了長足的進(jìn)步，客觀上促進(jìn)了交流傳動(dòng)等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展。傳統(tǒng)的直流調(diào)速技術(shù)和模擬控制等技術(shù)已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)領(lǐng)域的實(shí)際需要，而交流調(diào)速和數(shù)控技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐中得到了越來越廣泛的推廣應(yīng)用。特別是對(duì)電機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造、優(yōu)化工藝流程的過程中，交流調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用能夠使生產(chǎn)環(huán)境得到明顯的改善，并有利于產(chǎn)品質(zhì)量的提高，對(duì)于推動(dòng)電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展具有十分重要的作用。因此某電解鋁生產(chǎn)廠家決定采用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)其凈化系統(tǒng)高壓排煙風(fēng)機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，以達(dá)到節(jié)能降耗、優(yōu)化風(fēng)機(jī)運(yùn)行模式的目的。

一、某電解鋁廠目前在煙氣凈化系統(tǒng)高壓排煙風(fēng)機(jī)運(yùn)行中存在的主要問題分析

電解鋁的煙氣凈化系統(tǒng)高壓排煙風(fēng)機(jī)需要根據(jù)其負(fù)荷變化來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)流量，以保證電解鋁生產(chǎn)的正常進(jìn)行。目前該電解鋁廠的煙氣凈化系統(tǒng)高壓排煙風(fēng)機(jī)主要采用的是控制擋板以及閥門開度方式來實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)，這種節(jié)流調(diào)節(jié)方式在運(yùn)行過程中存在很多不足之處，難以滿足電解鋁生產(chǎn)的實(shí)際需要。

（一）能源浪費(fèi)嚴(yán)重

由于在傳統(tǒng)的煙氣凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所采用的高壓排煙風(fēng)機(jī)以及相關(guān)的設(shè)備的額定容量必須比實(shí)際需求量大，且配套的拖動(dòng)電機(jī)設(shè)備還需要進(jìn)一步增加容量，因此在實(shí)際運(yùn)行過程中必須將閥門以及風(fēng)門關(guān)小以調(diào)節(jié)流量，這導(dǎo)致閥門以及風(fēng)門在正常工況下僅能保持40%到70%左右的開度，造成了電能在節(jié)流調(diào)節(jié)過程中的嚴(yán)重浪費(fèi)[1]。

（二）難以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的精確控制

在節(jié)流調(diào)節(jié)方式下，流量與風(fēng)門開度之間的關(guān)系主要呈現(xiàn)非曲線形特點(diǎn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)間隙也會(huì)影響其風(fēng)門開度控制的精確性和靈敏性，因此難以快速精確的控制流量。

（三）系統(tǒng)的運(yùn)行方式不經(jīng)濟(jì)

該電解鋁廠的煙氣凈化系統(tǒng)在原設(shè)計(jì)中需要保證其最大流量需求，而高壓排煙風(fēng)機(jī)以及相關(guān)設(shè)備在運(yùn)行過程中則是按照實(shí)際工況來調(diào)節(jié)流量，因此浪費(fèi)了大量的能源。同時(shí)節(jié)流調(diào)節(jié)方式還會(huì)造成風(fēng)機(jī)在啟動(dòng)過程中受到電流的沖擊。而且在進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)，主要是對(duì)流量進(jìn)行階段性調(diào)節(jié)，不僅難以快速達(dá)到調(diào)節(jié)目的，還會(huì)造成系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定[2]。為了解決該電解鋁廠煙氣凈化系統(tǒng)高壓排煙風(fēng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中存在的這些問題，需要采用具有較寬調(diào)速范圍的變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)其進(jìn)行節(jié)能改造，以提高系統(tǒng)運(yùn)行方式的經(jīng)濟(jì)性。

二、電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)高壓排煙風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能改造

（一）某電解鋁廠基本概況

某電解鋁廠的生產(chǎn)線為420kA，配備有煙氣凈化系統(tǒng)2套，在各套系統(tǒng)中均有4臺(tái)高壓排煙風(fēng)機(jī)，其額定壓力為10kV。該鋁廠的煙氣凈化系統(tǒng)總管負(fù)壓通常在-1.8kPa到-1.9kPa左右，采用的是風(fēng)門調(diào)節(jié)方式。該系統(tǒng)在運(yùn)行過程中存在負(fù)荷浪費(fèi)以及流量調(diào)節(jié)方式不合理等問題，因此決定采用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)其進(jìn)行節(jié)能改造。

（二）電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)高壓排煙風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能改造

在本次節(jié)能改造中按照一拖一方式在煙氣凈化系統(tǒng)中安裝了高壓變頻設(shè)備8臺(tái)，并對(duì)其采取了準(zhǔn)閉環(huán)以及閉環(huán)控制方式，通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來控制風(fēng)量，從而優(yōu)化了系統(tǒng)運(yùn)行模式，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和合理性。

1、減少高壓排煙風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中的能源消耗

該電解鋁廠目前所使用的煙氣凈化系統(tǒng)主要是利用高壓排煙風(fēng)機(jī)的風(fēng)門來調(diào)節(jié)風(fēng)量，由于需要對(duì)抗風(fēng)門阻力問題，因此這種調(diào)節(jié)方式消耗了大量的風(fēng)機(jī)功率。而對(duì)其進(jìn)行變頻改造后，可以實(shí)現(xiàn)全開風(fēng)門，并采用對(duì)電源頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)的方式來控制風(fēng)量，從而可以使風(fēng)機(jī)功耗明顯降低，達(dá)到節(jié)能改造的目的[3]。

2、減少電機(jī)啟動(dòng)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的沖擊

對(duì)煙氣凈化系統(tǒng)高壓排煙風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造后，通過變頻調(diào)速技術(shù)可以使電機(jī)在啟停階段受到的電流沖擊明顯減少。而且由于改造后系統(tǒng)改用了軟啟動(dòng)方式，啟動(dòng)電流將被控制在額定電流以內(nèi)，因此電機(jī)設(shè)備受到機(jī)械啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的影響相對(duì)較小，不僅能夠降低啟動(dòng)損耗，而且也可以使電機(jī)使用年限延長，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

3、提高凈化系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性

對(duì)煙氣凈化系統(tǒng)高壓排煙風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造后，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部壓力狀態(tài)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)。同時(shí)可以利用PID調(diào)節(jié)功能來提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。此外在本次改造中，在電機(jī)以及啟動(dòng)柜間設(shè)置了變頻裝置，并將其與電氣設(shè)備串聯(lián)在一起，同時(shí)還加設(shè)了相應(yīng)的工頻旁路，這樣當(dāng)變頻裝置發(fā)生故障時(shí)就能夠切換至工頻旁路上繼續(xù)工作，從而為系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和連續(xù)性提供了可靠的保障[4]。

4、提高系統(tǒng)設(shè)備利用率

該電解鋁廠采用的是電壓源型變頻設(shè)備，其功率因素通常在0.96左右，而經(jīng)過變頻改造后的煙氣凈化系統(tǒng)高壓排煙風(fēng)機(jī)在不需要加裝無功補(bǔ)償設(shè)備的情況下，其功率因素就能夠達(dá)到電網(wǎng)運(yùn)行要求，這樣可以使變壓器等電氣設(shè)備得到更加充分的利用，不僅可以減少線損，而且能夠有效控制電氣設(shè)備的運(yùn)行成本。

5、為系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)管理創(chuàng)造便利條件

在對(duì)煙氣凈化系統(tǒng)高壓排煙風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能改造后，風(fēng)機(jī)的損耗將明顯降低，而且該變頻調(diào)速裝置還具有系統(tǒng)故障自動(dòng)診斷功能，能夠更好的為系統(tǒng)提供保護(hù)，節(jié)約了設(shè)備的維修管理成本。同時(shí)通過變頻調(diào)速改造，還能夠?qū)﹄姍C(jī)等設(shè)備進(jìn)行有效的接地、缺相以及過載過流過壓過熱保護(hù)，防止設(shè)備在高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)下持續(xù)運(yùn)行，減少了設(shè)備的損耗。此外該變頻設(shè)備還能夠準(zhǔn)確提供設(shè)備故障信息，為故障點(diǎn)定位、故障原因分析提供指示幫助，從而為檢修人員的故障排除創(chuàng)造便利條件。

（四）分析電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)高壓排煙風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能改造效果

該電解鋁廠的煙氣凈化系統(tǒng)高壓排煙風(fēng)機(jī)在進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能改造后，按照設(shè)備每天運(yùn)行24小時(shí)計(jì)算，該廠每臺(tái)風(fēng)機(jī)每年可以節(jié)約250萬度左右的用電量，每臺(tái)風(fēng)機(jī)全年能夠節(jié)約電費(fèi)75萬元左右，而8臺(tái)風(fēng)機(jī)的總電費(fèi)則減少了600萬元左右，有效降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，擴(kuò)大了企業(yè)的利潤空間，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。

三、總結(jié)

由于變頻調(diào)速技術(shù)具有良好的調(diào)速能力，不僅能夠有效提高功率因數(shù)，改善電機(jī)設(shè)備的運(yùn)行效率以及啟?？刂菩阅埽移溥€能很好的適應(yīng)不同工況下的調(diào)速需要，因此在生產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。某電解鋁廠在應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)凈化系統(tǒng)的高壓排煙風(fēng)機(jī)進(jìn)行了技術(shù)改造后，優(yōu)化了電機(jī)的運(yùn)行方式，并且實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)的精確控制，不僅可以十分便捷的通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來對(duì)所需風(fēng)量進(jìn)行合理控制，而且有效減少了對(duì)能源的消耗，極大的提高了系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能效果，從而為企業(yè)創(chuàng)造了更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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