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高压变频器在磷复肥风机上的应用
 

摘要:高浓度磷复肥生产的主要产品是磷酸二铵,在大中型企业中都选用大功率高压电机作为造粒风机和干燥风机的电机。由于2风机出口并用,从1个烟囱排出,靠2台风机进口阀控制风流动的方向和风量,这带来风机和风道振动所产生的啸叫声、电能浪费、设备损坏等实际问题。云南祥丰金麦化工有限公司选用北京利德华福HARSVERT-A10/070(1000kW)2台变频器,较好地解决了上述问题,噪音降低非常理想,节能效果显著。

关键词:高压变频器   电气后台  工艺DCS后台  南瑞综保RCS-9626CN

一、引言
   
中国是世界磷复肥生产大国,磷复肥生产其主要是高浓度磷复肥产品——磷酸二铵,由于生产磷酸二铵的主要原料为磷矿石、硫酸、液氨等,市场价格不断上升。由于国际金融危机,国际市场近几年磷复肥价格下降,出口量也不断下降,导致国内磷复肥生产企业想尽办法降低生产成本,其中节能降耗作为企业挖潜重点,被提到企业发展生存的重要日程上来。
   
我公司在2011年11月新建60万t/年磷酸二铵装置,其装置配套2台ykk560-6/10kV,900kW电动机作为干燥尾气风机和造粒尾气风机。


二.生产工艺

2.1工艺简图

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                                     图1   工艺简图

2.2生产工艺简介

     在造粒机入口处十字管反应器经高压泵将磷酸喷洒为雾状,再把液氨经高压泵喷洒为雾状,在一定的温度下(液氨)NH3+(磷酸)H3PO4     (磷酸二铵)(NH42HPO4液氨为汽态,碰上雾状磷酸液态生成半透明状的磷酸二铵晶体,在造粒机前部反应后结晶在造粒机中。经造粒机转动晶体粘结,形成颗粒状较大的晶体,从造粒机出口落出,在造粒机风道控制点1就要把未反应完的氨气,抽到洗涤塔中进行回收利用,防止氨气从控制点1出溢出,只要在造粒机出口下料处形成负压,靠造粒风机进口电动阀来控制,控制点1的负压只需-0.5~-1KPa,既能满足生产工艺要求,又可以减少氨气大量抽到洗涤塔中,所以并不是造粒风机功率越大越好。

     同样干燥机在控制点2的负压也只需-0.5~-1KPa,干燥机内的磷酸二铵靠焚硫炉产生的热量,经干燥风机将热量吸至干燥机内,只要磷酸二铵在干燥机出口处水含量达到要求即可,风量控制也是通过干燥风机进口电动风阀进行调控。本装置设计安装风机流量21500Am3/h,吸入压力-5.85/-6.12KPa固体含量150-400/1000mg/ Am3.含肥粉尘F-、Cl- 、SO4-酸性腐蚀。2台风机电机为50HZ(994r/min),在造粒风机启动和干燥风机启动时,必须将2台风机进气风阀全部关死,才能启动电动机,在实际使用中出现过下列几个问题:

 (1)2台风机电机在50HZ运行时,风机系统由于风机啸叫和风道振动噪音在2km以外都能听见,全厂处于风机噪音污染之中。

    (2)实际使用中,造粒风机电动风阀的开度约在35%——40%,大量酸汽物质冲击风阀和风管。电动阀调节依靠操作工经验常常过量调大,洗涤塔物质较多,洗涤塔内酸性水、粉尘不断被吸到风机内,从风机下部排污管中流出。电机长期在50HZ下运行,造成电能大量浪费。风机和电机高速下磨损,风机和风管、风阀、洗涤塔设备等风流量大而酸汽物质磨损和腐蚀也较为严重。

 (3) 2台风机启动时,对电网要求较高。我厂主变为SZ10-31500/110/10KV1台,另有2台QF-J7.5-2/7500kW/10kV发电机组,发电机在主变10kV侧并网运行。尽管2台900kW/10kV的风机进口风阀全部关闭,启动电动机,也在实际风机电机在启动时,主变10kV侧电压瞬间下降。而发电机由于采样控制也受到主变10kV侧瞬间电压下降的影响,发生发电机瞬间发电输出功率无法控制,瞬时冲高1000多kVA,产生多次故障报警等。

  (4) 2台风机在启动时,要求电动风阀全部关闭,但由于操作工经常没有关死风阀或者由于电动风阀被酸性汽物质腐蚀卡死等,启动第1台风机后,控制点3为2台风机并风口,如果2台风机电动风阀都关不严,第,1台风机会将风吹到第2台风机中,使第2台风机倒转,这时如启动第2台风机,第2台风机会由反转到正转,风机及轴要承受一个巨大的剪切力,电动机要承受一个巨大的反向转矩,电气冲击上升数倍,极易损坏风机和电气设备。

  针对上述4个方面的情况,决定进行风机变频改造。


三、风机改造情况

3.1 变频器系统方案

   经多方对比,决定选用北京利德华福电气技术有限公司生产的HARSVERT-A10/070型高压变频器2台。系统方案如图2所示,由3只高压隔离开关QS1、QS2和QS3和原有的高压开关QF组成控制电机电源回路。QS2和QS3之间有机械互锁,不能同时闭合,正常情况为变频器运行时QS1、QS2闭合,QS3断开。10kV电源经QF闭合(充电12~15s),启动VFD变频器。变频器按给定转速启动电动机运行。异常情况如变频器故障时,QS1、QS2断开,QS3闭合,10kV电源经闭合,直接工频启动电动机。

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                                                                                图2  系统方案

3.2变频控制方案

    变频器控制方案如图3所示。
                     20120720142410727.jpg

                                      图3  生产工艺变频器控制方案

    10kV配电室原有电柜配QF真空断路器和南瑞RCS-9626CN综合继保,综合控制操作板等。通过综合控制操作板上选择开关可选择“远方”和“就地”控制;“远方”是指在电气后台完成“分、合”断路器QF操作,“就地”是指工艺操作工在现场操作箱上完成“分、合”断路器。10kV电源经QF断路器到变频器VFD后,充电12s后,变频器充电和检测完成,允许投变频器,工艺操作在现场操作箱上启动变频器,变频低速运行,控制风机电机低速转动。在启动另1台风机低速转动,由工艺DCS交替调整变频给定值,即可有效防止风机反向转动问题。

    使用RCS-9626CN综合继电保护仪,有效的将电动机运行信号、测量信号和电机各种保护,传递到电气后台上进行监控和保护。加上变频器所配置的变频器本体保护和电机保护及控制作用,给风机电机进行了双重保护和监控。


四、方案应用
依据

4.1 现场工况及负载技术数据

1干燥尾气风机运行参数如表1所示。
    20120720142451599.jpg

(2)燥粒尾气风机运行参数如表2所示。
    20120720142512820.jpg


五、改造过程和工艺优化

5.1改造过程

    (1)按实际情况,修建变频器所需要的控制室,确定2台1室1排布置的方案。

    (2)据现有电气后台、10kV开关柜及继保配置、工艺DCS控制系统情况,与新安装10kV变频器所提供功能进行搭配,优化出最合理的控制方案。

    (3)按确定方案进行安装、接线、请厂家技术人员指导调试工作。

5.2工艺优化

    (1)优化工艺控制参数,关键是明确造粒风机控制点1在-0.5KP左右可以满足工艺要求,干燥风机控制点2在-0.5KP左右可以满足工艺要求。

    (2)细化到用变频器转数进行控制,也可以是变频给定4—20MA(0%—100%)对应电机0—960r/min.用频率上限进行限制等。提高工艺控制精度和方便工艺操作。


六、改造后的效果

(1)正常生产中造粒风机变频器实际运行在27—30Hz之间,干燥风机变频器实际运行在29—35Hz之间,风机系统中风机啸叫声基本消失,并有效让开了风道共振点,噪音只在20m以内能听见,全厂安静了,最重要的是没有了投诉。

(2)变频节能效果显著,我厂将2台风机改造前1个月和改造后1个月的风机用电量的平均值进行比较如下:

每天以24h生产,每月以30个工作时日计算,按0.4元/kWh来计算,图表3和表4所示。

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                   表3  使用变频器以前

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                   表4  采用变频器以后

   (3)每月可以节约电能793400KWh,电费317360元。只需4个月就可以改回投资变频器的成本。

  (4)变频器分3段起动,每段设置60s。对电网没有任何冲击,发电机也没有发生发电功率突然增加失控的情况。

   (5)实际运行中风机转速降低,风机系统各部件磨损也降低了,反酸尘量、氨水量大量减少,设备腐蚀减小。

七、结束语

经过我厂2台10kV风机电机变频器的技改,在各方面达到了理想的效果,特别在节能方面取得了比原预计方案更好的结果。打破原有10kV变频器投资大,效益慢的误区,选用北京利德华福电气技术有限公司生产的HARSVERT-A10/070型高压变频器,使用3个月未出现任何质量问题,每套价格仅为进口变频器一半的价格。经检测电网谐波基本没有污染,是一款性价比较高的高压变频器。我厂现准备全面展开企业节能降耗挖潜行动,对现投运电动机,特别是高压电动机进行节能评估,找出有节能空间的电动机进行变频改造。


参考文献:

1、 北京利德华福HARSVERT-A系列技术手册。

2、南京南瑞RCS-9600系列技术手册。

 

作者简介:

刘勇,云南祥丰集团公司电气主任工程师,从事化工行业电气工作25年。

 

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