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國民經濟重點行業主要輔機設備變頻調速節能技術講座(三十七)

發布日期:2019-11-10   來源:《變頻器世界》19-08期   瀏覽次數:770
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【摘   要】:國民經濟重點行業主要輔機設備變頻調速節能技術講座(三十七)第四章 石油化工行業第五節 化工廠電石爐除塵風機變頻調速改造一、

 國民經濟重點行業主要輔機設備變頻調速節能技術講座(三十七)

第四章  石油化工行業

第五節  化工廠電石爐除塵風機變頻調速改造
一、工程概況

四川省宜賓市屏山縣天金化工廠是長江向家壩水電站的移民工程,共有三臺電石生產爐,年產電石200多萬噸,現有職工500多人。電石爐除塵系統工藝流程如下圖1所示。由電石爐抽出的高溫煙氣經循環冷卻器冷卻后再經旋風除塵器除塵處理后進入除塵風機;當除塵系統故障時,事故排空閥打開對空排氣。
              

                            1  電石爐除塵系統工藝流程圖

1.除塵風機生產工藝流程:

電石爐除塵系統為每臺爐有獨立控制的除塵風機和進風閥及配風閥,大布袋除塵器是公用的。進風閥控制每臺電石爐的爐內能見度及表面潔凈度;而各除塵風機的配風閥則是用來引進冷空氣以防止大布袋除塵器因超溫而燒毀,配風閥的開度和數量根據大布袋除塵器的煙氣溫度決定,隨季節的變化有很大的差別:冬季低溫時,配風閥一般不開或只開一臺且開度很小;春秋季開1~2臺,用開度來調節進入大布袋的煙氣溫度;夏季高溫時開3臺,并通過配風閥的開度來調節進入大布袋的煙氣溫度。

    當配風閥的開度改變時,會影響進入除塵風機的煙氣量,進風閥也要隨著改變,以保證每臺電石爐的爐內能見度及表面潔凈度。但是配風閥的冷空氣管道的直徑只有400mm,而煙氣管道的直徑為1200mm,冷空氣的流量只有煙氣流量的九分之一,且其開度一般很小,所以當配風閥的開度改變時,對進入除塵風機的煙氣量的影響不是很大,完全可以用改變進風閥的開度來調整。進風閥和配風閥目前均采用人工電動控制。

    當除塵風機采用變頻調速控制時,進風門全開,通過改變變頻器的輸出頻率來改變電動機的轉速,達到控制煙氣流量的目的,從而控制電石爐的爐內能見度及表面潔凈度;而配風閥則仍然由人工根據大布袋除塵器的溫度手動控制。當大布袋除塵器的溫度升高需要增開配風閥或開大配風閥時,完全可以通過升高風機的轉速來吸收配風擾動而控制煙氣流量穩定,從而達到控制電石爐內的能見度及表面潔凈度的目的,絕對不會影響電石爐的正常生產運行。
 2. 除塵風機設備參數

高溫引風機三臺

負載名稱

高溫引風機

風機功率

400kW

負載型號

9-26.16.0

額定轉速

1450r/min

額定流量

82463 m3/h

控制方式

進口引風門

電機型號

YKK4504-4

額定功率

315kW

額定轉速

1488r/min

定子電壓

10kV

功率因數

0.88

定子電流

23A

額定頻率

50Hz

接法

Y型

防護等級

IP54

絕緣等級

F

進風閥用來調節電石爐內的能見度,配風閥用來調節大布袋除塵器氣體溫度不能高于220℃

1#高溫引風機

實際工況

運行功率P(KW)

電機電流(A)

進口風門開度(%)

配風閥門開度(%)

217.9

14.3

40

50

無功功率Q(KVAR)

功率因素

 

 

134.6

0.88

 

 

根據這幾個月以來的記錄電機運行電流及功率歷史數據,1#高溫引風機平均電流在14-15A,電機功率為205-226KW,進口風門開度30-50%,配風閥門開度為45-55%。

 

2#高溫引風機

實際工況

運行功率P(KW)

電機電流(A)

進口風門開度(%)

配風閥門開度(%)

266.5

17.1

45

30

無功功率Q(KVAR)

功率因素

 

 

145.4

0.9

 

 

根據這幾個月以來的記錄電機運行電流及功率歷史數據,2#高溫引風機平均電流在13-14A,電機功率為190-210KW,進口風門開度30-50%,配風閥門開度為45-55%。

 

3#高溫引風機

實際工況

運行功率P(KW)

電機電流(A)

進口風門開度(%)

配風閥門開度(%)

302.4

19.4

50

50

無功功率Q(KVAR)

功率因素

 

 

160.3

0.9

 

 

根據這幾個月以來的記錄電機運行電流及功率歷史數據,3#高溫引風機平均電流在19-20A,電機功率為310-330kW,進口風門開度30-50%,配風閥門開度為45-55%。

二、高壓變頻調速系統改造方案:

一臺除塵風機配置一臺400kVA/10kV深圳市科陸變頻器公司生產的CL2700效率高壓變頻器。為了提高系統的運行可靠性,每套高壓變頻調速系統都設計有工頻旁路柜,當變頻器因故障而退出運行時將電機投入工頻運行,以確保不因變頻器造成停產。自動旁路方案對比手動旁路方案,具有快速切換旁路的優勢,但在安全性上略遜于手動旁路方案,因此若非生產工藝特別要求,一般采用手動旁路方案。

1. 變頻控制系統主回路結構方案

采用“一拖一”旁路方案一次接線原理圖如下:
         

  2  CL2700高壓變頻調速系統一拖一手動工頻旁路系統圖

用戶開關QF1閉合時,電機實現變頻或工頻運行。當高壓電源經高壓隔離開關QS1連到高壓變頻裝置,變頻裝置輸出經高壓隔離開關QS3送至電動機,電動機變頻運行;高壓電源還可經高壓隔離開關QS2直接起動電動機,電動機工頻運行。高壓隔離開關QS2、QS3之間機械互鎖,確保工頻電路與變頻電路不會同時導通。當變頻器檢修,斷開QS1、QS3,并閉合QS2使電機工頻運行不停機,QS1、QS3形成明顯斷開點,確保檢修人員人身安全。

手動旁路柜主要由隔離刀閘構成,在使用時可進行變頻運行和工頻運行的手動切換。在高壓變頻裝置檢修時,旁路隔離刀閘閉合為高壓電機從電網直接提供高壓電源,不影響用戶的使用;而變頻隔離刀閘斷開,具有明顯的物理斷點,可保障檢修人員的人身安全。旁路隔離刀閘與變頻隔離刀閘間具有機械互鎖功能,可確保工頻回路與變頻回路不會同時導通。

2. 變頻器房設計:

變頻器房可建在現場低壓配電房旁邊的草坪位置,剛好高壓電纜溝從旁邊通過,電纜敷設比較方便;并且離開除塵風機也近,便于安裝調試和運行維護。變頻器房位置見圖5所示。

由于三臺315kW/10kV的變頻器的體積并不大,所以可以安裝在一個房間內,以便于管理,變頻器房的設計圖見圖3所示。

3. 變頻器房散熱設計:

考慮到宜賓地區夏季的氣溫較高,變頻器房內又安裝了三臺變頻器,所以變頻器房的散熱設計采取兩項措施:

(1) 每個變頻器柜的上面設計了散熱風道,將變頻器產生的熱空氣排出室外,以降低房間內的溫度,新鮮的冷空氣通過進風口經濾網過濾后進入室內,以防止粉塵對變頻器的污染。

(2) 變頻器房內再安裝兩臺8匹空調,以防止變頻器房內的溫度在夏季不至于太熱,保證變頻器可靠工作。

             

                       3  變頻器房設計圖

4.變頻器改造對安裝現場的基本要求

1) 控制電源要求:兩段AC220V/3kVA,變頻器內部自帶雙電源切換功能,變頻器內部另配置一個能維持控制系統工作30分鐘的UPS;

2) 接地電阻要求:在變頻室內需設計2個獨立的接地極。一個接地極為電氣安全保護地;另一個接地極為變頻控制系統用保護地。接地電阻要求小于3歐姆。

3) 變頻器安裝條件要求:考慮到變頻器本身的發熱量,建議變頻器安裝在獨立的房間內,并采用單冷空調進行通風換熱。空調容量的選擇根據變頻器的發熱量來選擇

4) 變頻室照明、空調用電源要求:在變頻室的電氣設計上,要求設計兩路獨立的AC380V電源系統(相互備用)供照明、空調用。

5) 為了提高系統的可靠性,高壓變頻器與DCS/上位機的信號連接采用點對點的硬接線連接/通訊模塊及通訊電纜,所有信號線均采用屏蔽線,單根線截面面積應≥1.0mm2 ,銅質導線;

6) 高壓變頻器與DCS的模擬量信號統一采用4~20mA隔離信號(信號發送、接收均在兩端設備內加隔離)

7) 高壓變頻器與DCS的數字量信號統一采用繼電器干接點信號,接點容量為3A/250V

8) 高壓變頻器與上位機的信號通訊采用通訊模塊及通訊電纜

三、除塵風機變頻調速節能分析

1#電石爐除塵風機:
采用的是風門調節,平均風門開度由離心風機數據表2可以查得,當風門開度為40%時,風量為風門全開時的73%,此時工頻運行電動機功率為:

Pd1 = 1.732×10×14.3×0.88 = 217.9 kW

由表1可以查得此時的電功率約為風門全開時風機運行功率的65%(風門40%開度),則變頻運行時的電動機功率為:

Pb1 =( Pd1/0.65)× 0.733/0.96 = 135.8 kW

節省的電功率為:217.9-135.8 = 82.1 kW

節電率為:  82.1 kW/217.9 kW = 37.6 %;

若按年運行6500小時,電價0.65元/度計算,每年可以節電53.4萬度,可節約電費34.7萬元。合節約184噸標準煤,可減少二氧化碳排放量460噸

2#電石爐爐除塵風機:

采用的是風門調節,平均風門開度45%時,平均運行電流為17.1A,電網電壓10kV,由離心風機數據表2可以查得,當風門開度為45%時,風量為風門全開時的77%,此時工頻運行電動機功率為:

Pd1 = 1.732×10×17.1×0.90 = 266.5 kW

由表1可以查得此時的電功率約為風門全開時風機運行功率的68%(風門45%開度),則變頻運行時的電動機功率為:

Pb1 =( Pd1/0.68)× 0.773/0.96 = 186.4 kW

節約的電功率為:266.5-186.4 = 80.1 kW

節電率為:  80.1 kW/266.5 kW = 30 %;

若按年運行6500小時,電價0.65元/度計算,每年可以節電52萬度,可節約電費33.8萬元。合節約180噸標準煤,可減少二氧化碳排放量450噸

3#電石爐除塵風機:

采用的是風門調節,平均風門開度50%時,平均運行電流為19.4A,電網電壓10kV,由離心風機數據表2可以查得,當風門開度為50%時,風量為風門全開時的82%,此時工頻運行電動機功率為:

Pd1 = 1.732×10×19.4×0.90 = 302.4 kW

由表1可以查得此時的電功率約為風門全開時風機運行功率的71%(風門50%開度),則變頻運行時的電動機功率為:

Pb1 =( Pd1/0.71)× 0.823/0.96 = 244.6 kW

節約的電功率為:302.4-244.6 = 57.8 kW

節電率為:  57.8 kW/302.4 kW = 19.1 %;

若按年運行6500小時,電價0.65元/度計算,每年可以節電37.57萬度,可節約電費24.42萬元。合節約129.6噸標準煤,可減少二氧化碳排放量324噸

綜合統計如下表:

設備名稱

節 電 率

年節電量

年節約電費

節約標準煤

減少碳排放

1#除塵風機

   37.6 %

 53.4 萬度

  34.7 萬元

  184 噸

  460 噸

2#除塵風機

   30.0 %

 52.0 萬度

  33.8 萬元

  180 噸

  450 噸

3#除塵風機

   19.1 %

 37.6 萬度

  24.4 萬元

  130 噸

  324 噸

 

 
 
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