利德華福高壓變頻器在磷復(fù)肥風(fēng)機上的應(yīng)用

　　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作為造粒風(fēng)機和干燥風(fēng)機的電機。由于2風(fēng)機出口并用，從1個煙囪排出，靠2臺風(fēng)機進口閥控制風(fēng)流動的方向和風(fēng)量，這帶來風(fēng)機和風(fēng)道振動所產(chǎn)生的嘯叫聲、電能浪費、設(shè)備損壞等實際問題。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 工藝DCS后臺 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，市場價格不斷上升。由于國際金融危機，國際市場近幾年磷復(fù)肥價格下降，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，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ykk560-6/10kV,900kW電動機作為干燥尾氣風(fēng)機和造粒尾氣風(fēng)機。

　　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，在造粒機前部反應(yīng)后結(jié)晶在造粒機中。經(jīng)造粒機轉(zhuǎn)動晶體粘結(jié)，形成顆粒狀較大的晶體，從造粒機出口落出，在造粒機風(fēng)道控制點1就要把未反應(yīng)完的氨氣，抽到洗滌塔中進行回收利用，防止氨氣從控制點1出溢出，只要在造粒機出口下料處形成負壓，靠造粒風(fēng)機進口電動閥來控制，控制點1的負壓只需-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)機功率越大越好。

　　同樣干燥機在控制點2的負壓也只需-0.5~-1KPa，干燥機內(nèi)的磷酸二銨靠焚硫爐產(chǎn)生的熱量，經(jīng)干燥風(fēng)機將熱量吸至干燥機內(nèi)，只要磷酸二銨在干燥機出口處水含量達到要求即可，風(fēng)量控制也是通過干燥風(fēng)機進口電動風(fēng)閥進行調(diào)控。本裝置設(shè)計安裝風(fēng)機流量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臺風(fēng)機電機為50HZ(994r/min),在造粒風(fēng)機啟動和干燥風(fēng)機啟動時，必須將2臺風(fēng)機進氣風(fēng)閥全部關(guān)死，才能啟動電動機，在實際使用中出現(xiàn)過下列幾個問題：

　　(1)2臺風(fēng)機電機在50HZ運行時，風(fēng)機系統(tǒng)由于風(fēng)機嘯叫和風(fēng)道振動噪音在2km以外都能聽見，全廠處于風(fēng)機噪音污染之中。

　　(2)實際使用中，造粒風(fēng)機電動風(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。電動閥調(diào)節(jié)依靠操作工經(jīng)驗常常過量調(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)機內(nèi)，從風(fēng)機下部排污管中流出。電機長期在50HZ下運行，造成電能大量浪費。風(fēng)機和電機高速下磨損，風(fēng)機和風(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重。

　　(3) 2臺風(fēng)機啟動時，對電網(wǎng)要求較高。我廠主變?yōu)镾Z10-31500/110/10KV1臺，另有2臺QF-J7.5-2/7500kW/10kV發(fā)電機組，發(fā)電機在主變10kV側(cè)并網(wǎng)運行。盡管2臺900kW/10kV的風(fēng)機進口風(fēng)閥全部關(guān)閉,啟動電動機，也在實際風(fēng)機電機在啟動時，主變10kV側(cè)電壓瞬間下降。而發(fā)電機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)電機瞬間發(fā)電輸出功率無法控制，瞬時沖高1000多kVA，產(chǎn)生多次故障報警等。

　　(4) 2臺風(fēng)機在啟動時，要求電動風(fēng)閥全部關(guān)閉，但由于操作工經(jīng)常沒有關(guān)死風(fēng)閥或者由于電動風(fēng)閥被酸性汽物質(zhì)腐蝕卡死等，啟動第1臺風(fēng)機后，控制點3為2臺風(fēng)機并風(fēng)口，如果2臺風(fēng)機電動風(fēng)閥都關(guān)不嚴，第,1臺風(fēng)機會將風(fēng)吹到第2臺風(fēng)機中，使第2臺風(fēng)機倒轉(zhuǎn)，這時如啟動第2臺風(fēng)機，第2臺風(fēng)機會由反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)，風(fēng)機及軸要承受一個巨大的剪切力，電動機要承受一個巨大的反向轉(zhuǎn)矩，電氣沖擊上升數(shù)倍，極易損壞風(fēng)機和電氣設(shè)備。

　　針對上述4個方面的情況，決定進行風(fēng)機變頻改造。

　　三、風(fēng)機改造情況

　　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。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組成控制電機電源回路。QS2和QS3之間有機械互鎖，不能同時閉合，正常情況為變頻器運行時QS1、QS2閉合，QS3斷開。10kV電源經(jīng)QF閉合(充電12~15s)，啟動VFD變頻器。變頻器按給定轉(zhuǎn)速啟動電動機運行。異常情況如變頻器故障時，QS1、QS2斷開，QS3閉合，10kV電源經(jīng)閉合,直接工頻啟動電動機。

　　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。

　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“遠方”和“就地”控制;“遠方”是指在電氣后臺完成“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)場操作箱上啟動變頻器，變頻低速運行，控制風(fēng)機電機低速轉(zhuǎn)動。在啟動另1臺風(fēng)機低速轉(zhuǎn)動，由工藝DCS交替調(diào)整變頻給定值，即可有效防止風(fēng)機反向轉(zhuǎn)動問題。

　　使用RCS-9626CN綜合繼電保護儀，有效的將電動機運行信號、測量信號和電機各種保護，傳遞到電氣后臺上進行監(jiān)控和保護。加上變頻器所配置的變頻器本體保護和電機保護及控制作用，給風(fēng)機電機進行了雙重保護和監(jiān)控。

　　四、方案應(yīng)用依據(jù)

　　4.1 現(xiàn)場工況及負載技術(shù)數(shù)據(jù)

　　(1)干燥尾氣風(fēng)機運行參數(shù)如表1所示。

實際運行參數(shù)
進口導(dǎo)葉開度（%）	50	實際運行電壓(kV)	10
實際運行電流(A)	58	實際運行功率因數(shù)	0.88
實際風(fēng)機全壓（kPa）	-4.6至-5.0	實際流量(m3/h)	18500Am3/h，
年運行時間（h）	7200	年平均電價(元/kWh)	0.4

　　(2)燥粒尾氣風(fēng)機運行參數(shù)如表2所示。

實際運行參數(shù)
進口導(dǎo)葉開度（%）	48	實際運行電壓(kV)	10
實際運行電流(A)	58	實際運行功率因數(shù)	0.87
實際風(fēng)機全壓（kPa）	3.9	實際流量(m3/h)	17300Am3/h，
年運行時間（h）	7200	年平均電價(元/kWh)	0.4

　　五、改造過程和工藝優(yōu)化

　　5.1改造過程

　　(1)按實際情況，修建變頻器所需要的控制室，確定2臺1室1排布置的方案。

　　(2)據(jù)現(xiàn)有電氣后臺、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行搭配，優(yōu)化出最合理的控制方案。

　　(3)按確定方案進行安裝、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)機控制點1在-0.5KP左右可以滿足工藝要求，干燥風(fēng)機控制點2在-0.5KP左右可以滿足工藝要求。

　　(2)細化到用變頻器轉(zhuǎn)數(shù)進行控制，也可以是變頻給定4—20MA(0%—100%)對應(yīng)電機0—960r/min.用頻率上限進行限制等。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)機變頻器實際運行在27—30Hz之間，干燥風(fēng)機變頻器實際運行在29—35Hz之間，風(fēng)機系統(tǒng)中風(fēng)機嘯叫聲基本消失，并有效讓開了風(fēng)道共振點，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臺風(fēng)機改造前1個月和改造后1個月的風(fēng)機用電量的平均值進行比較如下：

　　每天以24h生產(chǎn)，每月以30個工作時日計算，按0.4元/kWh來計算,圖表3和表4所示。。

　　表3 使用變頻器以前

設(shè)備名稱	平均每小時耗電量	每天耗電量	每月耗電量	每月耗電費
造粒風(fēng)機	915kWh	21960 kWh	658800 kWh	263520元
干燥尾氣風(fēng)機	687kWh	16488 kWh	494640 kWh	197856元
每月合計電費				461376元

　　表4 采用變頻器以后

設(shè)備名稱	平均每小時耗電量	每天耗電量	每月耗電量	每月耗電費
造粒風(fēng)機	200kWh	4800 kWh	144000kWh	57600元
干燥尾氣風(fēng)機	300kWh	7200 kWh	216000kWh	86400元
每月合計電費				144000元

　　(3)每月可以節(jié)約電能793400KWh,電費317360元。只需4個月就可以改回投資變頻器的成本。

　　(4)變