高压变频技术应用

1、高压变频技术在制酸SO2风机调速系统改造中的应用史成刚中国有色集团抚顺红透山矿业有限公司【摘要】指出硫酸生产SO2风机在利用液力耦合器调速运行下存在的问题， 简述so2风机高压变频调速系统的工作原理，介绍改造使用高压变频器结构和特 点，改造方案、节能分析及使用效果。【关键词】so2风机液力耦合器高压变频闭环控制冶炼制酸1引言节能减排的大力投资改造成为各个行业提高市场竞争力新的亮点，各行业中 尤其是高压电机电能消耗非常巨大，对于电机节能高压电机的节能尤为突出，目 前电机系统节能工程被定为国家发改委启动的十大重点工程之一，对于电机节能 系统，不管从调速、启动和制动性能上来说，采用变频调速技术是最为

2、理想的节 能途径。在基础化工硫酸生产中，SO2风机使用功率一般都比较大，大多为高压 电机，一般系统设计余量大，生产风量控制一般以阀门为主，或采用液力耦合器 调速控制，电耗占生产成本的一大部分，同时由于高压开关柜频繁启动，对高压 开关、电机、风机都有影响。我厂制酸系统SO2风机采用液力耦合器调速，就存 在以上问题。经考察论证，通过利用国内领先的高压变频技术取代液力耦合器调 速，对现有的电机拖动进行改造，实现了大幅节能、降低维修费用、精确控制和 软启动功能，并提高了设备运行的可靠性。原有系统存在的问题我厂两台SO2风机，电机型号Y560-2，功率500KW，电压10KV，风机按 照最大额定负荷设计

3、，但其多数时间只工作在最大额定负荷以下，为适应风机负 荷变化，采用液力耦合器进行调速，长期使用发现，不仅液力耦合器的使用寿命 短，还造成电能和油脂消耗大，能源部分浪费，企业成本增加。由使用经验知， 使用液力耦合器存在以下主要缺点：（1）调速范围有限为50%95%，转速不稳 定，高速段减小了设备的出力能力，低速段影响节能效益的发挥；（2）调速越低 时效率越低，低速时发热厉害；（3）调速精度低，线性度差，响应慢，不大适应自动控制要求；（4）电机虽然可以不带载启动，但仍然有5倍左右的启动电流， 影响电网稳定；（5）必须串入电机和机械的连接轴中，不适合于设备改造；液力 耦合器故障时，没有工频旁路系统，

4、负载机械将无法运转，必须停机检修；（6） 润滑供油系统复杂，液力耦合器维修难度大，使设备维护保养的成本加大，严重 浪费人力物力，并且可靠性差影响生产。SO2风机高压变频调速系统（1）系统的构成高压变频器采用交-直-交直接高压（高-高）方式，主电路开关元件为IGBT， 采用功率单元串联，叠波升压（如图1），具有可靠性高的特点。改造中，在保 留原有对电机的保护功能的基础上，在变频器上又设计了完善的自诊断和13种3用 10KV图1高压变频调速系统原理图保护功能，一旦变频器发生故障或进入保护状态，系统将自动记录故障原因、故 障位置、故障发生时间以及发生故障时变频器各状态参数，便于故障排除。我厂属于铜冶

5、炼制酸，SO2风机服务于制酸系统的烟气量调节，根据空塔入 口压力变化，调节风机转速来调节风量，满足系统生产需求。冶炼制酸生产工艺 周期分为造渣、空吹和出铜三个阶段。每个阶段烟气量不同，需要对制酸系统风 量进行调节，由风机调速来满足工况，也就是由高压变频器来改变电机供电频率进行调速控制，即满足工艺要求又达到节能的目的。另外，对S09风机采用闭环 2控制，虽然对系统要增加传感器、PID调节器，安装费用高些，但对提高控制精 度有利，控制精度=0.1%，凡需要精确控制温度、压力、流量、速度、张力、位 置、PH值等场合，一般都采用闭环控制实行定值控制。在相同工况条件下，闭 环控制比开环控制能多节电5%-

6、10%，对SO2风机闭环控制原理如图2所示。空揩人口压力图2风机闭环控制原理（2）工作原理10KV电源由高压开关引入旁路柜，经隔离开关进入变压器柜进行网侧隔离， 最终输入全功率柜。系统控制柜根据控制指令和内部检测信号，对电机进行综合 逻辑处理，功率柜输出变压频率的交流电源驱动高压电机。通过变频器工控机进 行风机启动、停止、加/减速等操作，监视变频器输出频率、电流及报警等情况。（3）控制方案根据我厂风机负荷的重要性，采用“1拖1”控制，即1台变频器带1台电 机，增设工频旁路回路，确保变频器故障或检修时，风机安全、可靠生产运行。 主回路如图1所示（图中QF为真空断路器，QS1、QS2、QS3为高压

7、隔离开关）。 电机变频运行，先断开QS3，再合上QS1、QS2，最后接通QF；电机工频运行， 先断开QS1、QS2，再合上QS3，最后接通QF。在机械上进行安全连锁，保证QS2、QS3不能同时闭合。风机在系统实际工作中，管路阀门全部打开，风量由 工控机控制。控制电路采用闭环控制，如图2所示，将现场工序管道压力 420mA或15V信号引至PID调节，调节控制由变频器工控机完成。节能分析与使用效果由流体力学可知，功率P=QXH，流量Q与转速N的一次方成正比，压力H 与转速的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比，如果风机的效率一定，当 要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成

8、立方关系 下降。即风机电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。当要求的流量Q减少 时，可调节变频器输出频率使电动机转速n按比例降低。这时，电动机的功率P 将按三次方关系大幅度地降低，从而达到节电的目的，同时又可提高系统可靠性 及稳定性。转速n转/min2974267623792081178414871189频率HZ50454035302520流量Qm3/min600540480420360300240轴功率KW5003652551701106532.5节电率(%)0274966788793.5表1SO2风机变频调速节电率对SO2风机实行变频调速技术改造后，节电率见表1。在实际生产过程中， SO

9、2风机空吹期转速为2300转/每分钟左右，出渣和出铜期转速1800转/每分钟 左右，如使用变频器调速技术后，因P与转速的立方成正比，计算可得：风机 2300 转时，轴功率 P1=500 x (2300/2974) 3=500 x0.461=230 (KW)；风机 1800 转 时，轴功率P1=500 x (1800/2974) 3=500 x0.221=110(KW)，因采用闭环控制，节 电率可提高5%-10%，故实际应用后，以5%计，理论上转速2300转时消耗功率为 500X (0.461-0.05)=206KW，转速 1800 转时消耗功率 500X (0.221-0.05)=86KW。

10、原来使用液力耦合器调速，经实测空吹时电流22A，出渣时实测电流18A，实际 消耗功率为P=1.732UIcos0，由式可得：空吹时P2=1.732x10 x22x0.9=34，出渣 时 P2=1.732x 10 x 17x0.9=265KW采用高压变频后，每班空吹时间2.5-3小时，每天空吹时间为8小时，出渣 和出铜为16小时，计算可得使用变频调速技术后每日节约电量为:W=(343-206) X8+ (265-86)X 16=3960 (kw h);每年以11个月生产时间计算，电费以0.48 元计，则每年将可节约电费为：3960X30X11X0.48=62.7万元，由理论计算可 见，变频技术应用节电效果显著。使用效果：(1)工况改善，减少电网污染，电机实现软启动，启动电流小， 启动时间延长，对电网几乎没有冲击；(2)自动化程度高，对系统管路压力定值 控制，满足工艺指标的同时降低了劳动强度，提高了生产效率。(3)维护方便， 维修工作量减少，维护方便，降低了检修工作强度和费用。5 结束语高压变频调速系统是直接串联于高压电源与高压电机之间的变频调速设备， 以其安全、良好的运行性能正快速的替代其他调速产品，全面的进入到各个行业 的节能项目中。利用高压变频调速技术的目的是改