電解鋁煙氣凈化高壓引風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造應(yīng)用

朱宏偉

（中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司連城分公司，甘肅 蘭州 730335）

引風(fēng)機(jī)是電解鋁企業(yè)重要的輔助設(shè)備之一，占廠用電較大份額。凈化引風(fēng)機(jī)依靠擋板閥開度控制流量，能量損耗較大，系統(tǒng)響應(yīng)速度慢、調(diào)節(jié)線性差、調(diào)節(jié)精度低。隨著電解鋁凈化系統(tǒng)負(fù)荷的大范圍調(diào)整，引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量需要隨著負(fù)荷的變化而調(diào)整，日常在工頻狀態(tài)下低效率運(yùn)行，導(dǎo)致大量的能量消耗在風(fēng)道擋板上。由于風(fēng)機(jī)的調(diào)速范圍寬，節(jié)能潛力大，采用高效節(jié)能技術(shù)不僅可以減少能源消耗，而且還可有效控制實(shí)時(shí)變化的風(fēng)量。電解鋁凈化高壓引風(fēng)機(jī)是目前應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造的主要對(duì)象。

1 實(shí)施改造前期可行性分析

1.1 概況

某500kA電解鋁生產(chǎn)企業(yè)的凈化系統(tǒng)分為3個(gè)工區(qū)，每區(qū)配置3臺(tái)凈化高壓風(fēng)機(jī)(風(fēng)機(jī)Y4-73No29.5D、4200Pa、595000m3/h；配套電機(jī)1120kW、6kV、功率因數(shù)0.85)，擋板閥調(diào)節(jié)的控制方式，擋板開度約為75%。原系統(tǒng)，無(wú)調(diào)速裝置，生產(chǎn)實(shí)際為定速運(yùn)行，靠擋板閥調(diào)節(jié)風(fēng)量，能量損耗較大，同時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)速度慢、調(diào)節(jié)線性差、調(diào)節(jié)精度不高。

1.2 能耗情況

第1個(gè)月運(yùn)行時(shí)間5659.6小時(shí)，平均運(yùn)行628.8小時(shí)；耗電量489.58萬(wàn)千瓦時(shí)，平均54.4萬(wàn)千瓦時(shí)；引風(fēng)機(jī)月平均功率857.1KW。

第2個(gè)月運(yùn)行時(shí)間5477.9小時(shí)，平均運(yùn)行時(shí)間608.7小時(shí)；耗電量471.1萬(wàn)千瓦時(shí)，平均耗電量52.34萬(wàn)千瓦時(shí)；引風(fēng)機(jī)月平均功率852.3KW。

第3個(gè)月剔除檢修的一凈化3#引風(fēng)機(jī)，運(yùn)行時(shí)間5235.9小時(shí)，平均運(yùn)行時(shí)間675.3小時(shí)；耗電量515.5萬(wàn)千瓦時(shí)，平均耗電量64.4萬(wàn)千瓦時(shí)；引風(fēng)機(jī)月平均功率953.3KW。

第4個(gè)月運(yùn)行時(shí)間5687.7小時(shí)，平均運(yùn)行時(shí)間691.3小時(shí)；耗電量538.42萬(wàn)千瓦時(shí)，平均耗電量66.49萬(wàn)千瓦時(shí)；引風(fēng)機(jī)月平均功率962KW。

4個(gè)月總運(yùn)行時(shí)間22061小時(shí)，總電量20145.98千千瓦時(shí)，平均功率906.17kW。

1.3 節(jié)能改造的意義

節(jié)能和減排兩大技術(shù)領(lǐng)域統(tǒng)稱節(jié)能減排，二者相互依存。減排需要節(jié)能技術(shù)的支持，若片面追求減排會(huì)造成的能耗激增，節(jié)能改造需注重社會(huì)、環(huán)境效益的均衡。

2 節(jié)能技術(shù)方式比選

隨著國(guó)內(nèi)科學(xué)技術(shù)水平不斷發(fā)展，大功率引風(fēng)機(jī)的節(jié)能技術(shù)有了長(zhǎng)足進(jìn)步。從初期的閥門調(diào)速、串級(jí)調(diào)速到液力耦合器，到近十年開始的日益成熟的變頻調(diào)速技術(shù)，以及近幾年出現(xiàn)的永磁調(diào)速技術(shù)。各種技術(shù)均有一定的優(yōu)缺點(diǎn)，比較如下表1。

表1 大功率引風(fēng)機(jī)的節(jié)能技術(shù)比較

通過(guò)比較，在大功率引風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)方案上，高壓變頻器的應(yīng)用具有較高的優(yōu)勢(shì)。

3 變頻節(jié)能選型及方案設(shè)計(jì)

3.1 風(fēng)機(jī)應(yīng)用變頻的節(jié)能原理

供風(fēng)生產(chǎn)系統(tǒng)中，對(duì)于高壓風(fēng)機(jī)，風(fēng)量（Q）、風(fēng)壓（H）、轉(zhuǎn)速（n）和軸功率（P）之間存在如下關(guān)系：

Q=K1×n

H=K2×n2

P=K3×H×Q=K1×K2×K3×n3=K×n3

從式中可看出，改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可調(diào)節(jié)風(fēng)量。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低后，其軸功率以轉(zhuǎn)速的3次方的速率減少，對(duì)應(yīng)的電機(jī)的電功率亦可大大減少，因此調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速是高壓引風(fēng)機(jī)節(jié)能降耗的重要途徑。

3.2 變頻器工作要求

高壓變頻器電源輸入、輸出符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)需安裝單獨(dú)的輸入濾波器，可節(jié)省相應(yīng)的諧波治理設(shè)備費(fèi)用；提高系統(tǒng)功率因，可有效增加有功輸入，減少輸入容量。單元串聯(lián)脈寬調(diào)制疊波技術(shù)在高壓變頻器的應(yīng)用，有效抑制輸出諧波含量，輸出波形接近完美的正弦波。

3.3 變頻改造技術(shù)方案

（1）變頻技術(shù)應(yīng)用方案

為防止工頻電源直接送到高壓變頻器的輸出端子上，在變頻器的旁路柜內(nèi)設(shè)置三臺(tái)真空斷路器。

圖1 引風(fēng)機(jī)改造前后高壓系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

（2）變頻器主要結(jié)構(gòu)形式：

變頻器由變壓器柜、控制/單元柜、啟動(dòng)柜（大功率時(shí)配置）幾部分組成。柜體中間設(shè)計(jì)通風(fēng)道，通過(guò)前、后柜門空氣過(guò)濾網(wǎng)，冷空氣流經(jīng)單元散熱器，把功率單元的熱量經(jīng)通風(fēng)道，由柜頂通風(fēng)風(fēng)機(jī)將熱量排出。柜體上外裝空氣過(guò)濾網(wǎng)，防止粉塵進(jìn)入柜體內(nèi)部。柜門裝設(shè)柜門開關(guān)，當(dāng)柜門打開時(shí)能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

4 節(jié)能改造效果

4.1 節(jié)能效果

改造后（一年計(jì)）風(fēng)機(jī)系統(tǒng)耗電量688.88kWh/h。較改造前平均功率913.19kW，下降224.31kW，節(jié)能效果明顯。

4.2 直接經(jīng)濟(jì)效益

項(xiàng)目節(jié)能量=（改造前風(fēng)機(jī)系統(tǒng)單小時(shí)耗電量-項(xiàng)目改造后風(fēng)機(jī)系統(tǒng)單小時(shí)耗電量）×風(fēng)機(jī)系統(tǒng)年運(yùn)行時(shí)間×電標(biāo)煤系數(shù)

項(xiàng)目改造后年節(jié)電量=（913.19kWh/小時(shí)-688.88 kWh/小時(shí)）×77714.6=17432160kWh。

折標(biāo)系數(shù)取0.315 kgce/kWh。

項(xiàng)目改造后年節(jié)能量=17432160kWh×0.315kgce/kWh÷1000=5491tce。

電價(jià)按0.41元/度計(jì)算，預(yù)計(jì)年節(jié)能效益=17432160kWh×0.41元/kWh÷10000=714.72（萬(wàn)元）

4.3 間接經(jīng)濟(jì)效益

（1）采用變頻調(diào)節(jié)后，轉(zhuǎn)速降低，風(fēng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)任何附加的異常振動(dòng)和噪音，有效消除了風(fēng)機(jī)的喘振現(xiàn)象，減輕了風(fēng)機(jī)本體各部件（葉輪、軸承等）的磨損，有效延長(zhǎng)了設(shè)備壽命和維護(hù)周期，降低了運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用。

（2）通過(guò)變頻改造，電機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)，啟動(dòng)電流小于電機(jī)額定電流的1.2倍，避免工頻起動(dòng)時(shí)大電流對(duì)電動(dòng)機(jī)、電網(wǎng)的沖擊，延長(zhǎng)受電設(shè)備的使用壽命。

（3）變頻運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)入口擋板開度可達(dá)100%，減少了擋板閥的維護(hù)量。變頻器運(yùn)行中，只需定期對(duì)濾網(wǎng)除塵（不停機(jī)），確保了生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（4）變頻器具有過(guò)流、短路、過(guò)壓、欠壓、缺相、溫升等多項(xiàng)保護(hù)功能，增強(qiáng)電機(jī)的保護(hù)功能。由于調(diào)速系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備與備用設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制，機(jī)組實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行和相應(yīng)的保護(hù)及故障報(bào)警，操作工作由手動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楸O(jiān)控，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，為優(yōu)化運(yùn)營(yíng)提供了可靠保證。

5 結(jié)束語(yǔ)

電解高壓引風(fēng)機(jī)的變頻改造效果明顯，具有良好的直接和間接經(jīng)濟(jì)效益，大量節(jié)約了電能。因此高壓變頻技術(shù)在電解高壓引風(fēng)機(jī)的應(yīng)用具有較大的市場(chǎng)前景。