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1 前言

隨著我國(guó)電解鋁、陶瓷、醫(yī)藥、電子、機(jī)械等行業(yè)的快速發(fā)展，市場(chǎng)上對(duì)氧化鋁的需求量大幅劇增，從而將推動(dòng)氧化鋁產(chǎn)量不斷地增長(zhǎng)。而在生產(chǎn)的流程中，關(guān)于泵類負(fù)載的運(yùn)用，通常使用的是以直接工頻啟動(dòng)的方式來滿足工藝生產(chǎn)的需要。如果想進(jìn)行調(diào)速則無(wú)法滿足需求，而電機(jī)在工頻狀態(tài)下頻繁啟停時(shí)，不僅可能會(huì)縮短電機(jī)的使用壽命，而且也有可能會(huì)把多余的動(dòng)能通過機(jī)械能轉(zhuǎn)化成熱能帶走。這樣從生產(chǎn)維護(hù)上和能源使用上都不經(jīng)濟(jì)，而結(jié)合高壓變頻器技術(shù)，可為節(jié)能工作提供很好的解決方案。采用變頻調(diào)節(jié)控制技術(shù)，替代原來的直接工頻啟動(dòng)電機(jī)的方式，從而降低生產(chǎn)中的資源及能源消耗，響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召。

2 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及工藝的介紹

貴州華飛化學(xué)工業(yè)有限公司系上海華飛投資集團(tuán)股份有限公司投資的以生產(chǎn)氫氧化鋁為主的科技型民營(yíng)企業(yè)。該公司成立于2006年3月，注冊(cè)資金8000萬(wàn)元人民幣，廠區(qū)占地面積25萬(wàn)平方米。已經(jīng)投產(chǎn)的二期建設(shè)總投資近7億多元人民幣，生產(chǎn)規(guī)模年產(chǎn)25萬(wàn)噸氫氧化鋁。

貴州華飛化學(xué)工業(yè)有限公司經(jīng)過近幾年的發(fā)展，已成為以生產(chǎn)氫氧化鋁、氫氧化鋁干粉、氧化鋁等為一體的生產(chǎn)型民營(yíng)企業(yè)。現(xiàn)有多個(gè)品種產(chǎn)品并廣泛應(yīng)用于冶金、化工、建筑、科研、交通、運(yùn)輸、電子、輕工、醫(yī)藥、生活日用品等領(lǐng)域。

公司在2014年的電氣節(jié)能改造工作中，對(duì)其中一臺(tái)355KW的熔鹽泵進(jìn)行的變頻器改造，經(jīng)過多家產(chǎn)品對(duì)比，決定選用希望森蘭科技股份有限公司生產(chǎn)的SBH-100-400型的高壓變頻器。正常使用情況下，該熔鹽泵在變頻改造前為工頻運(yùn)行，改造后，為變頻運(yùn)行，其中變頻運(yùn)行可通過現(xiàn)場(chǎng)控制箱對(duì)使用變頻運(yùn)行的熔鹽泵進(jìn)行實(shí)時(shí)的啟動(dòng)、停止，切換工頻及速度調(diào)節(jié)控制，從而達(dá)到方便、節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備熔鹽泵的電機(jī)參數(shù)見表1，熔鹽泵參數(shù)見表2。

表1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備熔鹽泵的電機(jī)參數(shù)

表2 熔鹽泵參數(shù)

氧化鋁生產(chǎn)工藝流程如圖1所示：

圖1 氧化鋁生產(chǎn)工藝流程

這里主要介紹氧化鋁工藝中的四大流程：

（1）磨：氧化鋁廠原料車間的研磨機(jī)，它是把從均化庫(kù)送來的鋁礦石進(jìn)行研磨細(xì)化，然后送往溶出車間。

（2）溶：（此過程略具危險(xiǎn)性）主要功用是將礦石粉送到化學(xué)容內(nèi)，配以適當(dāng)?shù)母邷馗邏赫羝ù蟾攀菐资踔辽习賯€(gè)大氣壓，450度）和堿發(fā)生化學(xué)發(fā)應(yīng)，生成溶于水的鋁酸化合物，從而把礦石粉中的鋁跟其他雜質(zhì)分離，生產(chǎn)出來的溶液包含有鋁酸化合物等成分，送往下一個(gè)工藝車間沉降車間。其中主要的設(shè)備包含有熔鹽泵、高壓容器、閃蒸槽等。

（3）解：氧化鋁廠分解，把鋁酸化合物分解，得到氫氧化鋁，送往焙燒車間。主要設(shè)備為分解槽。

（4）燒：此為氧化鋁的焙燒，氫氧化鋁經(jīng)煤氣1200度的高溫焙燒后，制成粉狀純氧化鋁。其中，部分氧化鋁送電解鋁廠，另一部分直接銷售。主要設(shè)備有焙燒爐。

3 變頻器與工頻運(yùn)行的比較（見表3）

表3 變頻器與工頻運(yùn)行比較

4 變頻改造的一次回路圖及原理

 圖2 變頻改造一次回路圖

熔鹽泵采用的是自動(dòng)一拖一運(yùn)行方式，配置自動(dòng)旁路柜。

在旁路柜中，共有3個(gè)真空接觸器，2個(gè)隔離開關(guān)，真空接觸器KM2與KM3采用電磁互鎖操動(dòng)機(jī)構(gòu)，為了確保不向變頻器輸出端反送電。當(dāng)KM1、QS1、QS2、KM2閉合，KM3斷開時(shí)，電機(jī)變頻運(yùn)行；當(dāng)KM1、QS1、QS2、KM2斷開，KM3閉合時(shí)電機(jī)工頻運(yùn)行，此時(shí)變頻器通過KM1、QS1、QS2、KM2的雙重分?jǐn)啾Ｗo(hù)從高壓中隔離出來，便于檢修、維護(hù)和調(diào)試。

旁路柜必須與上級(jí)高壓斷路器QF連鎖，QF合閘時(shí)，絕對(duì)不允許打開旁路柜以及操作旁路柜中的隔離開關(guān)，以防止出現(xiàn)安全問題和拉弧現(xiàn)象，確保操作人員和設(shè)備的安全。

5 節(jié)能效果分析

圖3 熔鹽泵高壓變頻運(yùn)行圖

（1）變頻改造前的消耗 E1=√3×U1×I1×cosΦ1=√3×10×25.5×0.86=379.8kW

U1——電機(jī)額定電壓  I1——電機(jī)工頻運(yùn)行電流

cosΦ1——電機(jī)功率因數(shù)  E1——電機(jī)工頻運(yùn)行功率

（2）變頻改造后的消耗

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)變頻器所得功率因素cosΦ=0.95

E2=√3×U2×I2×cosΦ2=√3×10×12×0.95=197.5kW

U2——電機(jī)額定電壓 I2——電機(jī)變頻運(yùn)行電流

cosΦ2——變頻器功率因數(shù) E2——變頻運(yùn)行功率

（3）節(jié)能效果計(jì)算熔鹽泵平均每年運(yùn)行時(shí)間T=24×（365-12×2）=8184（h）每年節(jié)約的電量：E=（E1-E2）×T=（379.8-197.5）

×8184=1491943.2（kWh）

電網(wǎng)價(jià)格：0.5元/kWh

每年節(jié)能帶來的經(jīng)濟(jì)效益：E×0.5=1491943.2×0.5=74.6（萬(wàn)元）

6 結(jié)束語(yǔ)

通過上述對(duì)熔鹽泵節(jié)能效果的計(jì)算分析，可知變頻改造后的節(jié)電效果非常明顯，每年節(jié)能帶來的經(jīng)濟(jì)效益也是相當(dāng)可觀的。

總之，在對(duì)泵類負(fù)載進(jìn)行高壓變頻節(jié)能改造后，不管從操作、運(yùn)行維護(hù)，還是節(jié)能方面都取得了較好的效果。而其各個(gè)方面的性能，完全可以滿足生產(chǎn)工藝的要求，不僅如此，還具有良好的節(jié)能效果和提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

而變頻器的使用將大大提高系統(tǒng)的自動(dòng)化控制水平，使整套設(shè)備的控制系統(tǒng)變得更加安全可靠，從而保證了生產(chǎn)的高效和穩(wěn)定。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年3月刊