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引言
　　吐魯番工企礦冶有限公司銅冶煉廠(chǎng)，是新疆維吾爾自治區吐魯番地區較大的國有企業(yè)，由于國家對銅冶煉尾氣處理的要求越來(lái)越高，公司領(lǐng)導在綜合考慮各方面的因素后，認為單純處理尾氣，還不如變廢為寶，將尾氣凈化處理后，將其中的SO2轉變成硫酸，這樣即處理了尾氣，達到國家尾氣排放標準，又派生出新產(chǎn)品硫酸，可以獲得新的經(jīng)濟效益，一舉兩得，是這次設備改造及尾氣處理的雙重收益。
1項目概況
1.1項目名稱(chēng)：9萬(wàn)噸/年煙氣制酸
　　9萬(wàn)噸/年煙氣制酸項目是將冶煉廠(chǎng)排放的煙氣，通過(guò)凈化處理后，采用國內外先進(jìn)成熟的冶煉煙氣制酸技術(shù)和設備，使原先超標排放的SO2煙氣得以回收利用，生產(chǎn)出符合市場(chǎng)需求的優(yōu)質(zhì)工業(yè)硫酸，從而尾氣達標排放。
　　項目嚴格執行國家有關(guān)方針政策和各項設計規程、規范，系統優(yōu)化設計，采用美國孟山都公司動(dòng)力波洗滌器和托普掌公司生產(chǎn)的觸煤等國內外先進(jìn)可靠的核心技術(shù)和設備，全廠(chǎng)采用DCS集中控制系統，項目完成后，系統整體技術(shù)設備達到國內外先進(jìn)水平。
1.2項目建設規模：制酸規模和冶煉規模相配套，設計規模為9萬(wàn)噸/年。
1.3投資及收益
　　項目計劃總投資7000萬(wàn)元，資金來(lái)源企業(yè)自籌和專(zhuān)項資金的支持，投產(chǎn)后年均利稅總額為1000萬(wàn)元。
1.4產(chǎn)品及質(zhì)量標準：
　　主要產(chǎn)品為98% H2SO4,質(zhì)量符合工業(yè)硫酸國家標準GBT34-2002一等品標準。
1.5節能指標：
　　單位產(chǎn)品電耗98KW·h/t 98% H2SO4以下，遠低于199 KW·h/t100% H2SO4的生產(chǎn)指標，合理采用循環(huán)水系統，使本項目工業(yè)復用水率高達96.5%。
　　項目建成投產(chǎn)后，銅冶煉整體系統安全、節能、環(huán)保。
2工藝流程圖

3變頻器的應用
　　在這個(gè)工藝流程中， SO2煙氣由干燥塔到散熱器的過(guò)程是由鼓風(fēng)機經(jīng)風(fēng)道傳遞的，而鼓風(fēng)機的運行采用了變頻控制，啟動(dòng)平穩，風(fēng)量可隨時(shí)根據需要任意調節，并節約了能量。
3.1現場(chǎng)的基本數據
　?。?）電動(dòng)機
　　名稱(chēng)：SIMA變頻調速三相異步電動(dòng)機
　　型號：YPT5003-2
　　功率：710KW
　　絕緣等級：F
　　額定電壓：10KV
　　額定電流：49.7A
　　接法：Y型
　　防護等級：IP54
　　恒轉矩：2260N.M,20-50Hz.
　　冷卻方式：IC616
　　生產(chǎn)廠(chǎng)家：西安西碼電機（集團）股份有限公司
　?。?）離心鼓風(fēng)機
　　型號：C850-1.357/0.969
　　流量：850m3/min
　　出口壓力：38000Pa
　　電機功率：710KW
　　主軸轉速：2980r/min
　　生產(chǎn)廠(chǎng)家：湖北雙創(chuàng )鼓風(fēng)機制造有限公司
3.2系統方案
　　根據用戶(hù)要求，現場(chǎng)共兩套系統，配置兩臺風(fēng)機，配置一套變頻器，即一臺變頻器拖動(dòng)二臺電機，采用一拖二方式。旁路系統由1個(gè)高壓真空接觸器KM1和5個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)K1、K21、K22、K31、K32組成。要求K21不能和K1、K31同時(shí)閉合，K22不能和K1、K32同時(shí)閉合，在電氣上實(shí)現互鎖。K1與K31閉合，K21斷開(kāi)，1#電機變頻運行；K1與K32閉合，K22斷開(kāi)，2#電機變頻運行。K1與K31斷開(kāi)，K21閉合，1#電機工頻運行；K1與K32斷開(kāi)，K22閉合，2#電機工頻運行。
　　主回路圖如下：

3.3變頻器的配置
　　根據現場(chǎng)情況和用戶(hù)要求，采用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-710F型號的高壓大功率變頻器為用戶(hù)配置。
　?。?）變頻裝置技術(shù)數據
　　A、額定輸入電壓：10KV,允許變化范圍：+15%～-20%
　　B、額定輸出電壓：0～10KV
　　C、額定容量：900KVA
　　D、輸入諧波：＜3%
　　E 、輸入功率因數：＞95%
　　F、過(guò)載能力：120%連續，150%1分鐘。
　?。?） 風(fēng)光高壓變頻器的主要特點(diǎn)及構成：
　　高壓變頻調速系統采用直接“高-高”變換形式，為每相8單元串聯(lián)多電平拓撲結構，主體結構由控制柜、功率柜、變壓器柜組成。
　　控制器采用32位高速DSP芯片，精心設計的算法可以保證電機達到較優(yōu)的運行性能。彩色嵌入式人機界面提供友好的全中文監控和操作界面，同時(shí)可以實(shí)現遠程監控和網(wǎng)絡(luò )化控制?？刂破鬟€包括一臺內置的PLC，用于柜體內開(kāi)關(guān)信號的邏輯處理，以及與現場(chǎng)各種操作信號和狀態(tài)信號（包括DCS/RS485//Modbus）的協(xié)調，并且可以根據用戶(hù)的需要擴展控制開(kāi)關(guān)量，增強系統的靈活性?？刂破鹘Y構上采用箱體結構，各控制單元板采用FPGA、CPLD等大規模集成電路和表面焊接技術(shù)，系統具有極高的可靠性?？刂破髋c功率單元之間采用光纖通訊技術(shù)，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統具有極高的安全性，同時(shí)具有很好的抗電磁干擾性能。
　?。?）控制方式
　　變頻器有三種控制方式：
　　本地控制：從變頻器操作界面控制電機的啟、停，并能完成變頻器的所有控制；
　　遠程控制：通過(guò)內置PLC接受來(lái)自現場(chǎng)的開(kāi)關(guān)量控制；
　　上位機控制：通過(guò)RS485接口，采用PROPFIBUS通訊協(xié)議，接收上位DCS系統的控制；或與DCS硬連接。
　　在本系統中，由于用戶(hù)采用DCS集中控制系統，因此我們采用上位機控制，將變頻器所需要的開(kāi)機信號和速度調節信號直接傳至用戶(hù)的集中控制系統，采用硬連接，在DCS上直接進(jìn)行調節，并接受由DCS上傳輸的現場(chǎng)電機的溫度及風(fēng)量調節信號，實(shí)現電機過(guò)熱保護及風(fēng)量的自動(dòng)調節。
　　表1、用戶(hù)DCS與變頻器的接口：

　　表2、高壓變頻系統到用戶(hù)DCS的接線(xiàn)：

4安裝與調試
4.1安裝
　　安裝時(shí)注意不要將變頻器安裝在有較大灰塵、腐蝕或爆炸性氣體、導電粉塵等空氣污染的環(huán)境里?？紤]通風(fēng)散熱及操作空間的需要，10KV系列整套裝置背面離墻或是別的柜體距離不得小于1500mm，裝置頂部離屋頂距離不得小于1500mm;裝置正面離墻或是別的柜體距離不得小于1500mm。
　　所有柜體應牢固安裝于基座之上，并和廠(chǎng)房大地可靠連接。變壓器屏蔽層及接地端子PE也應接至廠(chǎng)房大地。各柜體之間應相互連接成為一個(gè)整體。
　　安裝過(guò)程中，要防止變頻器受到撞擊和震動(dòng)，所有柜體不得倒置，傾斜角度不得超過(guò)30°。
　　變頻器安裝場(chǎng)地應采取完善的小動(dòng)物防護措施。
　　以變頻器隨機配套的《整機連線(xiàn)圖》為依據進(jìn)行安裝接線(xiàn)。
　　a.確認變頻器殼體安裝正確整齊，底部槽鋼與大地可靠連接（建議采用焊接方式）。包括控制柜、功率柜、變壓器柜和旁路柜。風(fēng)道的設計、安裝必須防雨，以防雨水順風(fēng)道進(jìn)入變頻器內。
　　b.變頻器功率柜分前后兩面安裝。每相前后面各4個(gè)單元，按照功率單元標注的編號的順序將單元放入功率柜（雖然單元可以互換，但是按編號安放便于查詢(xún)，也符合人的正常思維）。
　　c.安裝UPS,人機界面，高壓帶電顯示裝置，變壓器溫控儀，電流傳感器，報警器。
　　d.依照連線(xiàn)圖接變頻器內部連線(xiàn)。
4.2通控制電調試過(guò)程
　　注意：通控制電調試時(shí)必須確保高壓電不能加到變頻器上，以確保人身安全
　?。?）通上交流220V控制電（交流220伏控制電用6mm2的電源線(xiàn)?？刂齐娫礊锳C220V±10%，容量不小于5KVA。合上控制柜、旁路柜內斷路器，開(kāi)UPS后當人機界面顯示正常時(shí)，說(shuō)明控制電源已送上，觸摸屏會(huì )自動(dòng)進(jìn)入監控程序。
　?。?）合變頻柜主回路上的隔離開(kāi)關(guān)。
　?。?）按變頻送電按鈕或是模擬短接高壓就緒接點(diǎn)，但是在送高壓電之前必須將模擬短接點(diǎn)斷開(kāi)。
　?。?）開(kāi)機用示波器測量單元輸出波形和總輸出波形是否正確。
　　每個(gè)單元輸出的波形：

　?。?）按照變頻器的接線(xiàn)圖及技術(shù)協(xié)議連接變頻器的內部接線(xiàn)。
4.3依照連線(xiàn)圖接變頻器與外部連線(xiàn)
　?。?）外部高壓就緒，故障輸出，報警輸出，就地指示，遠程指示，變頻指示，工頻指示，遠程急停，遠程開(kāi)機，遠程停機，遠程頻率給定，電流輸出，頻率輸出，工藝允許，聯(lián)跳外部高壓等。
　?。?）變頻器控制柜內的走線(xiàn)原則
　　高壓線(xiàn)和低壓線(xiàn)分開(kāi)走線(xiàn)，交流和直流分開(kāi)走線(xiàn)，PLC 輸入和4～20mA模擬信號必須用屏蔽線(xiàn)，屏蔽線(xiàn)線(xiàn)徑不能小于0.5mm2,以免線(xiàn)徑太細壓接時(shí)易斷。
　　交流電源用線(xiàn)沿控制柜靠近功率單元柜的一側走，直流電源用線(xiàn)沿控制柜不靠功率柜的的一側走線(xiàn)。走線(xiàn)要整齊、美觀(guān)、易查。
4.4試驗變頻器遠程開(kāi)機，停機，頻率給定
　　電流輸出與頻率輸出和各種顯示，及與現場(chǎng)聯(lián)系的各種必要的互鎖。
4.5現場(chǎng)通高壓電調試
　?。?）將高壓電送至變頻器，無(wú)特殊情況不要在通高壓電的情況下測輸出或是其他地方，如需測試，調試人員需做好安全防護并經(jīng)技術(shù)人員允許后再測試，以免出現安全事故。
　?。?）輕載試驗，觀(guān)察變頻器運行是否正常。
　?。?）試驗工頻變頻狀態(tài)下，電機轉向是否一致。如果不一致，則將變頻器三相輸出中任意兩相更換位置。
　?。?）重載試驗
　　由于該系統電機軸承與風(fēng)機配比不太合理，且電機為恒轉矩調速，啟動(dòng)時(shí)較困難，需要增加低頻補償，經(jīng)過(guò)試驗，在風(fēng)門(mén)全開(kāi)，即負荷最大情況下，大約設定在3.5%,可滿(mǎn)足正常啟動(dòng)要求。
　　原系統DCS控制設置有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，調試時(shí)先在手動(dòng)方式調試工作正常，根據用戶(hù)要求，設置變頻器頻率上升、下降時(shí)間，達到上升不過(guò)流保護/下降不過(guò)壓保護，實(shí)際實(shí)驗時(shí)間為上升300s,下降420s.然后再轉至自動(dòng)運行狀態(tài)，有DCS的PID輸出控制變頻器的頻率，從而達到穩定的運行狀態(tài)。
　　系統最終運行參數：
　　變頻器：
　　頻率40Hz,
　　輸出電流39A,
　　輸入電流21A,
　　輸出電壓7.37KV,
　　輸入電壓9.34KV
　　風(fēng)機參數：
　　氣體溫度：  進(jìn)口31.10℃，出口 57.10℃
　　氣體壓力：  進(jìn)口 -7.04Kpa,出口  17.06Kpa
　　電機軸承溫度  左：34.1℃，右：34.10℃
5應用效果
　?。?）實(shí)現了系統的平穩啟動(dòng)。該設備為新機配套，由于系統電網(wǎng)配置小，工頻直接啟動(dòng)，電流大約為額定電流的5-7倍，即啟動(dòng)瞬間可達300A左右，在風(fēng)門(mén)開(kāi)啟時(shí)根本啟動(dòng)不了。而采用變頻啟動(dòng)，啟動(dòng)電流大約在額定電流的一半左右（約28A）即可平穩正常啟動(dòng)，因此解決了軟啟動(dòng)問(wèn)題。
　?。?）運行中調速平滑、連續，.可依據工藝需要平滑的調節變頻器的頻率，進(jìn)而無(wú)級的調節電機轉速，使SO2送風(fēng)量得到無(wú)級平滑的調節，減少了對風(fēng)門(mén)及系統的沖擊，極大的保護了風(fēng)道系統，免受沖擊損害。
　?。?）簡(jiǎn)化了操作系統，精簡(jiǎn)了控制程序，減輕了工人的勞動(dòng)強度，特別是自動(dòng)控制的應用，提高了整個(gè)系統的自動(dòng)化程度，實(shí)現了變頻器無(wú)人值守。
　?。?）節能顯著(zhù)。
　　對風(fēng)機\泵類(lèi)負載，由流體力學(xué)知，流量與轉速成正比，管壓與轉速的平方成正比，而軸功率與轉速的立方成正比。
　　現系統運行在40Hz ,因此變頻運行下的功率
　　P變=（40/50）3P工=0.83P工=0.51 P工
　　當然變頻改造后效率可能要降低一些，總體效率大約80%.因此變頻應用后的實(shí)際效率為
　　P1變=0.51/80% P工=0.64 P工=64% P工
　　則節電率為⊿P= （P工- P1變）/ P工=36%
　　節電效果是十分明顯的，基本達到了預期的節能效果。
　　總之，使用變頻器后，實(shí)現了軟啟動(dòng)，運行平穩，節約電能，是實(shí)現自動(dòng)化控制的較理想設備，值得在各種領(lǐng)域大力推廣。