1、引言
電解鋁生產(chǎn)過(guò)程中排出的煙氣含有大量有害物質(zhì)，其中主要為氟化物和氧化鋁粉塵，為了防止這些有害物質(zhì)造成的污染，需將這些有害氣體和粉塵集中進(jìn)行凈化處理，使煙氣中的有害物質(zhì)排放量達到國家要求的排放標準。
電解鋁廠(chǎng)排煙風(fēng)機是電解鋁凈化系統生產(chǎn)的關(guān)鍵設備，其電能消耗占凈化系統動(dòng)力消耗的50%以上。傳統風(fēng)機通過(guò)改變風(fēng)門(mén)擋板改變風(fēng)量，采用變頻調速技術(shù)，改變風(fēng)機的轉速來(lái)調節排風(fēng)量比傳統的改變風(fēng)門(mén)擋板調節技術(shù)更快和更精確，還可以實(shí)現電機的軟啟動(dòng)，減少對電網(wǎng)的沖擊，并達到節約電能的目的。為降低單位產(chǎn)能的耗電量，提高生產(chǎn)效率，實(shí)施節能改造勢在必行。
2、包頭希鋁簡(jiǎn)介
東方希望包頭稀土鋁業(yè)有限責任公司（簡(jiǎn)稱(chēng)包頭希鋁）是東方希望集團2002年在包頭投資建設的大型鋁電一體化項目，是內蒙古自治區重點(diǎn)企業(yè)，全國光彩事業(yè)重點(diǎn)項目，內蒙古自治區級循環(huán)經(jīng)濟園區。
包頭希鋁于2002年10月28日開(kāi)工，計劃建設總規模100萬(wàn)噸鋁和2720兆瓦發(fā)電廠(chǎng)，已建成規模年產(chǎn)88萬(wàn)噸鋁和1320兆瓦自備電廠(chǎng)。其中，一期工程年產(chǎn)25萬(wàn)噸鋁、配套建設310兆瓦的電廠(chǎng)（2臺155兆瓦機組），二期工程50萬(wàn)噸鋁、配套建設1010兆瓦的電廠(chǎng)（2臺155兆瓦機組和2臺350兆瓦機組）。
圖1東方希望包頭鋁業(yè)廠(chǎng)區大門(mén)
鋁廠(chǎng)采用了國內和國際多項先進(jìn)技術(shù)，主要經(jīng)濟技術(shù)指標居國內同行業(yè)領(lǐng)先水平，是一個(gè)高起點(diǎn)、大容量、低污染的大型現代化工業(yè)企業(yè)。
鋁廠(chǎng)采用國內先進(jìn)的320KA和450KA大型預焙電解槽，煙氣凈化采用成熟的氧化鋁干法凈化、布袋除塵工藝，設計氟化物凈化效率98%以上，粉塵凈化效率達99%以上。噸鋁氟鹽的消耗量?jì)H為16千克，優(yōu)于23千克/噸鋁的行業(yè)平均水平。粉塵排放量?jì)H為1.68千克，處于行業(yè)先進(jìn)水平。噸鋁綜合交流電耗低于行業(yè)平均水平近800度/噸鋁（《中國鋁業(yè)》雜志公布的2009年電解鋁行業(yè)噸鋁綜合交流電耗平均為： 14171 KWH。噸鋁產(chǎn)能占地1.5m2，是全國平均水平的1/20。公司是國內少數采用國際先進(jìn)水平的電解槽集中大修工藝技術(shù)的鋁電解系列。
3、此次變頻改造工藝設備情況
此次變頻改造設備是東方希望包頭希鋁電解鋁廠(chǎng)第一期年產(chǎn)八萬(wàn)頓電解鋁的排煙系統配置4臺風(fēng)機，采用兩用兩備。排煙風(fēng)機作用是使電解鋁煙氣凈化系統布袋除塵器內形成負壓，利于電解鋁煙氣的凈化、分離，凈化后氣體通過(guò)煙囪排空。改造之前主要問(wèn)題:啟動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)沖擊較大；通過(guò)排煙風(fēng)機進(jìn)口風(fēng)門(mén)（擋板）調節風(fēng)機風(fēng)量，排煙風(fēng)機進(jìn)口風(fēng)門(mén)（調節擋板）開(kāi)度在60%～70%左右，約有30%～40%能量都被消耗在擋板上，由于擋板故障率高，調節延遲，加之擋板節流產(chǎn)生壓力損失、增加管網(wǎng)的損耗，耗用大量的能源；不能適應復雜工況下工藝的實(shí)際需要，造成大馬拉小車(chē)，嚴重浪費能源。因此對排煙風(fēng)機進(jìn)行變頻技術(shù)改造，對降低排煙風(fēng)機用電量，提高經(jīng)濟效益起到重要作用。
為了降低排煙風(fēng)機的用電，提高煙氣凈化系統的運行效率，包頭希鋁公司電解鋁廠(chǎng)領(lǐng)導決定在排煙風(fēng)機上采用希望森蘭科技股份有限公司生產(chǎn)的2套800kw/10kv高壓變頻器對1#～4#排煙風(fēng)機進(jìn)行調速改造。
圖2 電解鋁工藝
4、風(fēng)機負載節能分析
一般異步電動(dòng)機的同步轉速為：n1＝60f/p ,而異步電動(dòng)機轉速n與同步轉速n1存在一個(gè)滑差關(guān)系： n= n1（1-s）=60f/p（1-s）
由上式可以得到，改變異步電動(dòng)機的轉速可以通過(guò)改變f、p、s可以達到。
針對某一電動(dòng)機而言p是一定的，而通過(guò)改變s進(jìn)行調速空間非常小，所以變頻調速通過(guò)改變定子供電頻率f來(lái)改變同步轉速是異步電動(dòng)機的最為合理的調速方法。
若均勻地改變供電頻率f，即可平滑地改變電動(dòng)機的同步轉速。異步電動(dòng)機變頻調速具有調速范圍寬、平滑性較高、機械特性較硬的優(yōu)點(diǎn)，目前變頻調速已成為異步電動(dòng)機最主要的調速方式，在很多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應用。
根據流體力學(xué)相似定律： Q1/Q2＝n1/n2輸出風(fēng)量Q與轉速n成正比；
H1/H2＝(n1/n2)2輸出壓力H與轉速n2正比；
P1/P2＝(n1/n2)3輸出軸功率P與轉速n3正比。
當風(fēng)機風(fēng)量（水泵流量）需要改變時(shí)，如調節風(fēng)門(mén)（閥門(mén)）的開(kāi)度，則會(huì )使大量電能白白消耗在閥門(mén)及管路系統阻力上。如采用變頻調速調節風(fēng)量（流量），可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。變頻調速時(shí)，當風(fēng)機（水泵）低于額定轉速時(shí)，理論節電為：
E=〔1-(n′/n) 3〕×P×T (kW·h)
式中： n——額定轉速
n′—— 實(shí)際轉速
P——額定轉速時(shí)電機功率
T——工作時(shí)間
可見(jiàn)，通過(guò)變頻對風(fēng)機（水泵）進(jìn)行控制，不但節能而且大大提高了設備運行性能，以上公式為變頻節能提供了充分的理論依據。
5、高壓變頻器選型及變頻調速方案
5.1變頻器選型
經(jīng)過(guò)大量的技術(shù)論證，并且對目前高壓變頻器市場(chǎng)充分考查后，最終選用了希望森蘭科技股份有限公司生產(chǎn)的SBH-100-800高壓變頻器對排煙風(fēng)機進(jìn)行變頻改造。
表1 排煙風(fēng)機電機參數：
型號 | YKK560-8 | 額定電壓 | 10000V | 額定電流 | 54.0A |
額定功率 | 710kW | 額定頻率 | 50Hz | 額定轉速 | 745r/min |
功率因數 | 0.81 | ||||
生產(chǎn)廠(chǎng)家 | 西安電機廠(chǎng) | ||||
表2 森蘭變頻SBH-100-800高壓變頻器技術(shù)參數：
變頻器容量（kW） | 800 | 模擬量輸入 | 0～10V/4～20mA可選 |
適配電機功率（kW） | 800 | 模擬量輸出 | 0～10V/4～20mA可選 |
額定輸出電流（A） | 60 | 加減速時(shí)間 | 0.1～3600S |
額定輸入電壓（V） | 10000V（－20%～+15%） | 運行環(huán)境溫度 | -10～40度 |
輸入功率因數 | >0.96 | 通訊 | 內置RS485，支持Modbus-RTU以及Profibus-DP協(xié)議 |
四川省成都市西航港經(jīng)濟開(kāi)發(fā)區空港二路1599號 電話(huà)：400-619-6968 傳真：028-85962488 郵箱：markd@dlhope.com
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