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北京利德華福電氣技術(shù)有限公司 供稿
摘要：高濃度磷復(fù)肥生產(chǎn)的主要產(chǎn)品是磷酸二銨，在大中型企業(yè)中都選用大功率高壓電機(jī)作為造粒風(fēng)機(jī)和干燥風(fēng)機(jī)的電機(jī)。由于2風(fēng)機(jī)出口并用，從1個(gè)煙囪排出，靠2臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)口閥控制風(fēng)流動(dòng)的方向和風(fēng)量，這帶來風(fēng)機(jī)和風(fēng)道振動(dòng)所產(chǎn)生的嘯叫聲、電能浪費(fèi)、設(shè)備損壞等實(shí)際問題。云南祥豐金麥化工有限公司選用北京利德華福HARSVERT-A10/070（1000kW）2臺(tái)變頻器，較好地解決了上述問題，噪音降低非常理想，節(jié)能效果顯著。
關(guān)鍵詞：高壓變頻器 電氣后臺(tái) 工藝DCS后臺(tái) 南瑞綜保RCS-9626CN
一、引言
中國是世界磷復(fù)肥生產(chǎn)大國，磷復(fù)肥生產(chǎn)其主要是高濃度磷復(fù)肥產(chǎn)品——磷酸二銨，由于生產(chǎn)磷酸二銨的主要原料為磷礦石、硫酸、液氨等，市場價(jià)格不斷上升。由于國際金融危機(jī)，國際市場近幾年磷復(fù)肥價(jià)格下降，出口量也不斷下降，導(dǎo)致國內(nèi)磷復(fù)肥生產(chǎn)企業(yè)想盡辦法降低生產(chǎn)成本，其中節(jié)能降耗作為企業(yè)挖潛重點(diǎn)，被提到企業(yè)發(fā)展生存的重要日程上來。
我公司在2011年11月新建60萬t/年磷酸二銨裝置，其裝置配套2臺(tái)ykk560-6/10kV,900kW電動(dòng)機(jī)作為干燥尾氣風(fēng)機(jī)和造粒尾氣風(fēng)機(jī)。
二．生產(chǎn)工藝
2.1工藝簡圖.
圖1 工藝簡圖
生產(chǎn)工藝簡圖如圖1所示。
2.2生產(chǎn)工藝簡介
在造粒機(jī)入口處十字管反應(yīng)器經(jīng)高壓泵將磷酸噴灑為霧狀，再把液氨經(jīng)高壓泵噴灑為霧狀，在一定的溫度下（液氨）NH3+(磷酸)H3PO4 (磷酸二銨)（NH4）2HPO4，液氨為汽態(tài)，碰上霧狀磷酸液態(tài)生成半透明狀的磷酸二銨晶體，在造粒機(jī)前部反應(yīng)后結(jié)晶在造粒機(jī)中。經(jīng)造粒機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)晶體粘結(jié)，形成顆粒狀較大的晶體，從造粒機(jī)出口落出，在造粒機(jī)風(fēng)道控制點(diǎn)1就要把未反應(yīng)完的氨氣，抽到洗滌塔中進(jìn)行回收利用，防止氨氣從控制點(diǎn)1出溢出，只要在造粒機(jī)出口下料處形成負(fù)壓，靠造粒風(fēng)機(jī)進(jìn)口電動(dòng)閥來控制，控制點(diǎn)1的負(fù)壓只需-0.5~-1KPa，既能滿足生產(chǎn)工藝要求，又可以減少氨氣大量抽到洗滌塔中，所以并不是造粒風(fēng)機(jī)功率越大越好。
同樣干燥機(jī)在控制點(diǎn)2的負(fù)壓也只需-0.5~-1KPa，干燥機(jī)內(nèi)的磷酸二銨靠焚硫爐產(chǎn)生的熱量，經(jīng)干燥風(fēng)機(jī)將熱量吸至干燥機(jī)內(nèi)，只要磷酸二銨在干燥機(jī)出口處水含量達(dá)到要求即可，風(fēng)量控制也是通過干燥風(fēng)機(jī)進(jìn)口電動(dòng)風(fēng)閥進(jìn)行調(diào)控。本裝置設(shè)計(jì)安裝風(fēng)機(jī)流量21500Am3/h，吸入壓力-5.85/-6.12KPa固體含量150-400/1000mg/ Am3.含肥粉塵F-、Cl- 、SO4-酸性腐蝕。2臺(tái)風(fēng)機(jī)電機(jī)為50HZ（994r/min）,在造粒風(fēng)機(jī)啟動(dòng)和干燥風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，必須將2臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)氣風(fēng)閥全部關(guān)死，才能啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，在實(shí)際使用中出現(xiàn)過下列幾個(gè)問題：
（1）2臺(tái)風(fēng)機(jī)電機(jī)在50HZ運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)由于風(fēng)機(jī)嘯叫和風(fēng)道振動(dòng)噪音在2km以外都能聽見，全廠處于風(fēng)機(jī)噪音污染之中。
（2）實(shí)際使用中，造粒風(fēng)機(jī)電動(dòng)風(fēng)閥的開度約在35%——40%，大量酸汽物質(zhì)沖擊風(fēng)閥和風(fēng)管。電動(dòng)閥調(diào)節(jié)依靠操作工經(jīng)驗(yàn)常常過量調(diào)大，洗滌塔物質(zhì)較多，洗滌塔內(nèi)酸性水、粉塵不斷被吸到風(fēng)機(jī)內(nèi)，從風(fēng)機(jī)下部排污管中流出。電機(jī)長期在50HZ下運(yùn)行，造成電能大量浪費(fèi)。風(fēng)機(jī)和電機(jī)高速下磨損，風(fēng)機(jī)和風(fēng)管、風(fēng)閥、洗滌塔設(shè)備等風(fēng)流量大而酸汽物質(zhì)磨損和腐蝕也較為嚴(yán)重。
（3） 2臺(tái)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，對電網(wǎng)要求較高。我廠主變?yōu)镾Z10-31500/110/10KV1臺(tái)，另有2臺(tái)QF-J7.5-2/7500kW/10kV發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)在主變10kV側(cè)并網(wǎng)運(yùn)行。盡管2臺(tái)900kW/10kV的風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)閥全部關(guān)閉,啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，也在實(shí)際風(fēng)機(jī)電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，主變10kV側(cè)電壓瞬間下降。而發(fā)電機(jī)由于采樣控制也受到主變10kV側(cè)瞬間電壓下降的影響，發(fā)生發(fā)電機(jī)瞬間發(fā)電輸出功率無法控制，瞬時(shí)沖高1000多kVA，產(chǎn)生多次故障報(bào)警等。
（4） 2臺(tái)風(fēng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，要求電動(dòng)風(fēng)閥全部關(guān)閉，但由于操作工經(jīng)常沒有關(guān)死風(fēng)閥或者由于電動(dòng)風(fēng)閥被酸性汽物質(zhì)腐蝕卡死等，啟動(dòng)第1臺(tái)風(fēng)機(jī)后，控制點(diǎn)3為2臺(tái)風(fēng)機(jī)并風(fēng)口，如果2臺(tái)風(fēng)機(jī)電動(dòng)風(fēng)閥都關(guān)不嚴(yán)，第,1臺(tái)風(fēng)機(jī)會(huì)將風(fēng)吹到第2臺(tái)風(fēng)機(jī)中，使第2臺(tái)風(fēng)機(jī)倒轉(zhuǎn)，這時(shí)如啟動(dòng)第2臺(tái)風(fēng)機(jī)，第2臺(tái)風(fēng)機(jī)會(huì)由反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)，風(fēng)機(jī)及軸要承受一個(gè)巨大的剪切力，電動(dòng)機(jī)要承受一個(gè)巨大的反向轉(zhuǎn)矩，電氣沖擊上升數(shù)倍，極易損壞風(fēng)機(jī)和電氣設(shè)備。
針對上述4個(gè)方面的情況，決定進(jìn)行風(fēng)機(jī)變頻改造。
三、風(fēng)機(jī)改造情況
3.1 變頻器系統(tǒng)方案
經(jīng)多方對比，決定選用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A10/070型高壓變頻器2臺(tái)。系統(tǒng)方案如圖2所示，由3只高壓隔離開關(guān)QS1、QS2和QS3和原有的高壓開關(guān)QF組成控制電機(jī)電源回路。QS2和QS3之間有機(jī)械互鎖，不能同時(shí)閉合，正常情況為變頻器運(yùn)行時(shí)QS1、QS2閉合，QS3斷開。10kV電源經(jīng)QF閉合（充電12~15s），啟動(dòng)VFD變頻器。變頻器
圖2 系統(tǒng)方案
3.2變頻控制方案
變頻器控制方案如圖3所示。
圖3 生產(chǎn)工藝變頻器控制方案
10kV配電室原有電柜配QF真空斷路器和南瑞RCS-9626CN綜合繼保，綜合控制操作板等。通過綜合控制操作板上選擇開關(guān)可選擇“遠(yuǎn)方”和“就地”控制；“遠(yuǎn)方”是指在電氣后臺(tái)完成“分、合”斷路器QF操作，“就地”是指工藝操作工在現(xiàn)場操作箱上完成“分、合”斷路器。10kV電源經(jīng)QF斷路器到變頻器VFD后，充電12s后，變頻器充電和檢測完成，允許投變頻器，工藝操作在現(xiàn)場操作箱上啟動(dòng)變頻器，變頻低速運(yùn)行，控制風(fēng)機(jī)電機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)。在啟動(dòng)另1臺(tái)風(fēng)機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)，由工藝DCS交替調(diào)整變頻給定值，即可有效防止風(fēng)機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)問題。
使用RCS-9626CN綜合繼電保護(hù)儀，有效的將電動(dòng)機(jī)運(yùn)行信號(hào)、測量信號(hào)和電機(jī)各種保護(hù)，傳遞到電氣后臺(tái)上進(jìn)行監(jiān)控和保護(hù)。加上變頻器所配置的變頻器本體保護(hù)和電機(jī)保護(hù)及控制作用，給風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行了雙重保護(hù)和監(jiān)控。
四、方案應(yīng)用依據(jù)
4.1 現(xiàn)場工況及負(fù)載技術(shù)數(shù)據(jù)
（1）干燥尾氣風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)如表1所示。
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實(shí)際運(yùn)行參數(shù) |
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進(jìn)口導(dǎo)葉開度（%） |
50 |
實(shí)際運(yùn)行電壓(kV) |
10 |
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實(shí)際運(yùn)行電流(A) |
58 |
實(shí)際運(yùn)行功率因數(shù) |
0.88 |
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實(shí)際風(fēng)機(jī)全壓（kPa） |
-4.6至-5.0 |
實(shí)際流量(m3/h) |
18500Am3/h， |
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年運(yùn)行時(shí)間（h） |
7200 |
年平均電價(jià)(元/kWh) |
0.4 |
(2）燥粒尾氣風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)如表2所示。
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實(shí)際運(yùn)行參數(shù) |
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進(jìn)口導(dǎo)葉開度（%） |
48 |
實(shí)際運(yùn)行電壓(kV) |
10 |
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實(shí)際運(yùn)行電流(A) |
58 |
實(shí)際運(yùn)行功率因數(shù) |
0.87 |
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實(shí)際風(fēng)機(jī)全壓（kPa） |
3.9 |
實(shí)際流量(m3/h) |
17300Am3/h， |
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年運(yùn)行時(shí)間（h） |
7200 |
年平均電價(jià)(元/kWh) |
0.4 |
五、改造過程和工藝優(yōu)化
5.1改造過程
（1）按實(shí)際情況，修建變頻器所需要的控制室，確定2臺(tái)1室1排布置的方案。
（2）據(jù)現(xiàn)有電氣后臺(tái)、10kV開關(guān)柜及繼保配置、工藝DCS控制系統(tǒng)情況，與新安裝10kV變頻器所提供功能進(jìn)行搭配，優(yōu)化出最合理的控制方案。
（3）按確定方案進(jìn)行安裝、接線、請廠家技術(shù)人員指導(dǎo)調(diào)試工作。
5.2工藝優(yōu)化
（1）優(yōu)化工藝控制參數(shù)，關(guān)鍵是明確造粒風(fēng)機(jī)控制點(diǎn)1在-0.5KP左右可以滿足工藝要求，干燥風(fēng)機(jī)控制點(diǎn)2在-0.5KP左右可以滿足工藝要求。
（2）細(xì)化到用變頻器轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行控制，也可以是變頻給定4—20MA（0%—100%）對應(yīng)電機(jī)0—960r/min.用頻率上限進(jìn)行限制等。提高工藝控制精度和方便工藝操作。
六、改造后的效果
（1）正常生產(chǎn)中造粒風(fēng)機(jī)變頻器實(shí)際運(yùn)行在27—30Hz之間，干燥風(fēng)機(jī)變頻器實(shí)際運(yùn)行在29—35Hz之間，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)嘯叫聲基本消失，并有效讓開了風(fēng)道共振點(diǎn)，噪音只在20m以內(nèi)能聽見，全廠安靜了，最重要的是沒有了投訴。
（2）變頻節(jié)能效果顯著，我廠將2臺(tái)風(fēng)機(jī)改造前1個(gè)月和改造后1個(gè)月的風(fēng)機(jī)用電量的平均值進(jìn)行比較如下：
每天以24h生產(chǎn)，每月以30個(gè)工作時(shí)日計(jì)算，按0.4元/kWh來計(jì)算,圖表3和表4所示。。
表3 使用變頻器以前
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設(shè)備名稱 |
平均每小時(shí)耗電量 |
每天耗電量 |
每月耗電量 |
每月耗電費(fèi) |
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造粒風(fēng)機(jī) |
915kWh |
21960 kWh |
658800 kWh |
263520元 |
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干燥尾氣風(fēng)機(jī) |
687kWh |
16488 kWh |
494640 kWh |
197856元 |
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每月合計(jì)電費(fèi) |
461376元 |
表4 采用變頻器以后
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設(shè)備名稱 |
平均每小時(shí)耗電量 |
每天耗電量 |
每月耗電量 |
每月耗電費(fèi) |
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造粒風(fēng)機(jī) |
200kWh |
4800 kWh |
144000kWh |
57600元 |
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干燥尾氣風(fēng)機(jī) |
300kWh |
7200 kWh |
216000kWh |
86400元 |
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每月合計(jì)電費(fèi) |
144000元 |
（3）每月可
以節(jié)約電能793400KWh,電費(fèi)317360元。只需4個(gè)月就可以改回投資變頻器的成本。
（4）變頻器分3段起動(dòng)，每段設(shè)置60s。對電網(wǎng)沒有任何沖擊，發(fā)電機(jī)也沒有發(fā)生發(fā)電功率突然增加失控的情況。
(5)實(shí)際運(yùn)行中風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)各部件磨損也降低了，反酸塵量、氨水量大量減少，設(shè)備腐蝕減小。
七、結(jié)束語
經(jīng)過我廠2臺(tái)10kV風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻器的技改，在各方面達(dá)到了理想的效果，特別在節(jié)能方面取得了比原預(yù)計(jì)方案更好的結(jié)果。打破原有10kV變頻器投資大，效益慢的誤區(qū)，選用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A10/070型高壓變頻器，
使用3個(gè)月未出現(xiàn)任何質(zhì)量問題，每套價(jià)格僅為進(jìn)口變頻器一半的價(jià)格。經(jīng)檢測電網(wǎng)諧波基本沒有污染，是一款性價(jià)比較高的高壓變頻器。我廠現(xiàn)準(zhǔn)備全面展開企業(yè)節(jié)能降耗挖潛行動(dòng)，對現(xiàn)投運(yùn)電動(dòng)機(jī)，特別是高壓電動(dòng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能評(píng)估，找出有節(jié)能空間的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻改造。
參考文獻(xiàn)：
1、 北京利德華福HARSVERT-A系列技術(shù)手冊。
2、南京南瑞RCS-9600系列技術(shù)手冊。
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