水阻调速高压电动机的变频调速技术改造

1、企业介绍
    西南某有色冶炼有限公司创建于1995年初，是一家拥有6.5亿资产、2300多名员工的大型企业，属全国民营企业500强之一。其主要生产铅锭、锑锭及副产白银、硫酸、次氧化锌等产品，现为西南最大的民营铅锑冶炼企业，该公司首家拥有铅及铅锑精矿冶炼烧结尾气制酸技术和国内先进的锌冶炼生产线，并具有12万吨硫酸生产线。

    2、厂家工艺流程及现状

120万吨硫酸生产线的结尾气制硫酸系统（生产上称“二系统”）的SO2风机采用710kW/10kV电动机拖动的罗茨鼓风机，其工艺应用示意图所示:

    SO2风机采用的罗茨风机属于回转容积式鼓风机，它的鼓风量与风机转速成正比，基本不受出风口阻力变化的影响，这种硬风特性决定了不允许通过关闭出风口或进风口的办法来调节风量，而且经过采取优化以上主要工艺环节措施以后,大量过剩风量调节只能采用旁路，造成风机能量的大量损耗，而且由于磨损而腐蚀问题突出，旁通阀门需要经常维修。
    该生产线自投运以来，发现该二系统SO2风机的问题较大：首先是风机出口的管道振动大、噪声大，虽说经过几次的技改已有所改善；另外，就目前风机送风量能力远超生产能力，为保生产只能把多余的通过回流管道接到风机进口去；其次是因出口的烟气要比入口高出一倍以上，如此循环将造成进口烟气温度偏高不下不利设备运行，因为罗茨风机的气体温度不能超过85℃，否则转子会因受热臌胀而卡住。而在“二系统”冶炼烧结尾气SO2温度在夏季气温高时可达40～50℃，经过SO2罗茨风机后温度升高，若采用旁路回流，导致罗茨风机入口温度升高，进一步升高出口温度，形成SO2温度的正循环，夏季气温高时出口SO2可达90℃以上，可能导致风机过热变形损坏。；为此在管道上加烟气冷却器，但又因烟气的腐蚀短短生产不到四个月就都损坏了。

    3、改造方案

    改造前：原系统10KV高压开关柜到水阻柜，水阻柜到电机，电机与风机相连。
    改造后：在系统上做少许改动， 相当于在水阻柜旁并联接入变频器。改造方案原理接线图如下图所示。
    变频器配备了自动旁路柜，通过J1、J2的闭合和对水阻柜的控制，可自动在变频状态和工频状态之间切换。变频状态下,水阻柜KM1、KM2、KM3均断开，J1、J2闭合，变频器控制电机；工频状态下，J1、J2闭合，现通过水阻柜启动电机，在切换至工频。这样既保证了变频器正常运行，也可以在变频器故障停机后自动切换至水阻启动电机、工频运行。

4、节能效果

    在今年7月初，智光公司生产的ZINVERT-A6H900/10Y系统到达现场，对二系统的SO2罗茨风机进行了改造。由于该厂的每台高压变频器在出厂前均经过实际风机负载的整机出厂检验和调试，在现场的调试又可以在没有高压输入的情况下调试，因此在经过约两周的施工和安装后，上电试验和试运行进行顺利，一次投运成功，高压变频器一直持续稳定运行。

    根据生产情况，风机运行30HZ左右就能满足了生产工艺要求；运行转速在额定转速的60%左右。该项目的最大意义是解决工艺上风机运行温度问题，上表列出的改造后罗茨风机的进风口、出风口温度下降明显6～8℃，风机油温与轴温下降7～14℃。
　　另外变频改造后节能下过显著，与原有的工频驱动方式相比，风机效率稳定在理想的范围内，电动机能耗大大降低，节约电量可达30％。特别是机组低负荷运行时，效果更显著。以下为节能效果估算：

    节能估算条件：是在同一时间段内进行比较，相同生产条件需求下，工频和变频运行比较节能估算。首先7月份是正常生产时期，7月7日开始投入变频至今。从此月1日至6日未投变频时耗电能有功功率平均在649KW，而7日投入变频运行后8日至14日时耗电能有功功率平均在470KW。以上数据不难看出投入变频后确实起到节能。另外，无功功率也从原来的平均554KVar降到平均为135KVar左右，大大改善了系统的无功补偿。
    根据以上数据计算，以0.5元/kWH的电费，按以下计算公式计算，年节电效益:年节电效益＝（工频时平均功率-变频时平均功率）×天运行小时数×年运行天数×电费单价；结果如下：
    （649kW-470kW）×24小时/天×300天/年×0.5元/kWH=64.44（万元/年）。
    本次罗茨风机配套用ZINVERT型智能高压变频调速系统改造成功后，由于实现了频率的远方调节和状态监控，产品运行可靠、稳定，大大地改善了工艺，该公司再次采购一套ZINVERT型智能高压变频调速系统用于560kW风机配套电动机的变频技术改造。

5、其他效益

  ● 由于采用变频控制，可对风量进行精确控制，而且与阀门控制相比更直观、方便调节风机风量来满足生产需要；
  ● 由于采用了变频技术，电机实现软启动，不存在启动电流冲击；减少了风机出口压力瞬间提高对风机的冲击，从而延长了风机和其他设备的使用寿命；
  ● 由于风机转速降为原来的60％，大大减少了风机管道振动频率和噪声，延长风机、电机轴承的机械寿命；
  ● 由于旁通阀门几乎不操作，减少了风道的振动与磨损腐蚀，提高了机械寿命，SO2 温度降低后对风道和管路阀门的腐蚀作用减小。