關(guān)鍵詞： 銅業(yè)  冶煉煙氣制酸    高壓變頻器

摘要：本文介紹了英威騰GD5000系列高壓變頻器在銅冶煉煙氣制酸項(xiàng)目上的應(yīng)用。

一、引言

冶煉煙氣制酸，是我國硫酸工業(yè)的重要組成部分。近十幾年來，我國冶煉煙氣制酸技術(shù)取得長足發(fā)展，冶煉煙氣制酸單系列裝置的規(guī)模愈來愈大，技術(shù)和裝備愈來愈先進(jìn)；大型冶煉煙氣制酸工程的設(shè)計(jì)都不同程度地應(yīng)用了當(dāng)今國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)和裝備，大大改變了我國冶煉煙氣制酸的技術(shù)狀況。但在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，根據(jù)煙氣中含硫的濃度、吸收塔的效率、轉(zhuǎn)化器的效率、生產(chǎn)周期等因素，需經(jīng)常對相關(guān)的風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備進(jìn)行調(diào)整、變化，以滿足工藝要求。傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式主要是采用進(jìn)、出口風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)或者是采用液偶調(diào)節(jié)來控制風(fēng)量，調(diào)節(jié)精度差、效率低，造成管網(wǎng)內(nèi)部氣流紊亂， 風(fēng)機(jī)喘振等現(xiàn)象。大量應(yīng)用標(biāo)明，采用變頻器改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量可以在滿足工藝要求的同時(shí)，解決上述矛盾。  

二、項(xiàng)目介紹

山東某銅業(yè)是一家有色金屬加工企業(yè)，在東營發(fā)展的14年完成了三次跨越，從第一工業(yè)園到第三工業(yè)園，如今已具備陰極銅22萬噸/年、稀貴金屬綜合提取加工5000噸/年的生產(chǎn)能力，全國同行業(yè)排名第六，占據(jù)山東省28%的市場份額。

該銅業(yè)采用氧氣底吹熔煉技術(shù)將年產(chǎn)5萬噸設(shè)計(jì)能力，擴(kuò)大到了年產(chǎn)10萬噸規(guī)模。且整個(gè)流程是完全密閉的，生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的煙氣污染可以降到最低。同時(shí)，因?yàn)闊煔獾闹饕獦?gòu)成成分是二氧化硫，該企業(yè)又在處理煙氣上發(fā)明了一套制作硫酸的工藝，產(chǎn)出的副產(chǎn)品被定級為國家一級品工業(yè)硫酸。而對于不能完全處理掉的污酸，該公司創(chuàng)新研發(fā)了“重金屬冶煉煙氣凈化中污酸處理新技術(shù)”，這項(xiàng)技術(shù)將污酸凈化回收，最終將污酸處理成合格工業(yè)硫酸。

其煙氣制酸生產(chǎn)工序流程可分為：凈化工段、干吸工段、轉(zhuǎn)化工段、酸庫工段。

其煙氣流程為：煙氣—一級動力波—空氣冷卻塔—二級動力波—電除霧器—干燥塔—SO2風(fēng)機(jī)—轉(zhuǎn)化器—一吸收塔—轉(zhuǎn)化器—二吸收塔—尾氣排空。

其中，在轉(zhuǎn)化工段，從SO2鼓風(fēng)機(jī)出來的冷SO2氣體俗稱一次氣，經(jīng)過催化后轉(zhuǎn)化成SO3，再經(jīng)過換熱后由一冷風(fēng)機(jī)送入第一級吸收塔制取硫酸，第一吸收塔出來未反應(yīng)的冷SO2氣體俗稱二次氣，需經(jīng)過二次催化轉(zhuǎn)化后通過二冷風(fēng)機(jī)送往第二吸收塔制取硫酸。其工藝圖如下：

由于在實(shí)際運(yùn)行過程中，受到SO2氣體的含量、第一吸收塔和第二吸收塔吸收率的影響，SO2鼓風(fēng)機(jī)、一冷風(fēng)機(jī)、二冷風(fēng)機(jī)需經(jīng)常進(jìn)行調(diào)節(jié)以滿足工藝需求。然而采用傳統(tǒng)的擋板調(diào)節(jié)或是液偶調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)精度差、效率低、維護(hù)量大，經(jīng)研究決定，采購英威騰GD5000系列高壓變頻器（GD5000-A3550-10-S，拖動SO2鼓風(fēng)機(jī)），實(shí)現(xiàn)全自動操作，改善了操作方式，節(jié)約了大量能源。

三、系統(tǒng)方案

 1. 主回路方案：

針對用戶工藝要求的高壓電機(jī)運(yùn)行方式，考慮到設(shè)備的安全運(yùn)行要求，最終采用一拖一帶隔離自動旁路方案，與現(xiàn)場軟啟動器配合使用。

圖表 1一拖一帶隔離自動切換方案

一拖一帶隔離自動旁路柜是由三個(gè)真空接觸器KM1、KM2、KM3和兩個(gè)刀閘QS1、QS2組成。變頻器輸出真空接觸器KM2和工頻真空接觸器KM3互鎖，完全能夠保證變頻調(diào)速系統(tǒng)安全運(yùn)行。刀閘QS1、QS2無機(jī)械閉鎖功能，只是在檢修時(shí)由手動斷開以形成明顯的斷開點(diǎn)，確保工作人員的安全，在工頻和變頻運(yùn)行狀況下均處于閉合狀態(tài)；

1)  在變頻運(yùn)行狀況下，KM1、KM2閉合，KM3、QS3、QS4斷開。

2)  在軟起回路運(yùn)行狀況下，KM1、KM2、KM3斷開，QS3、QS4閉合。

3)  在工頻旁路運(yùn)行狀況下，KM3閉合，KM1、KM2、QS3、QS4斷開。

2. 控制系統(tǒng)方案

由于從SO2氣體轉(zhuǎn)化成SO3氣體為可逆反應(yīng)，其化學(xué)方程式如下：

從這個(gè)化學(xué)方程式中可以看出，在SO2 與O2反應(yīng)生成SO3時(shí)，SO3也有一部分分解為SO2 與O2和氧氣，已經(jīng)反應(yīng)了的SO2對起始SO2總量的百分比叫做總轉(zhuǎn)化率。為了提高總轉(zhuǎn)化率，必須對SO2的量進(jìn)行精確的控制。

使用高壓變頻器后，DCS與變頻器之間通過4~20mA信號連接，自動調(diào)節(jié)變頻器輸出轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)SO2的輸入量，提高總轉(zhuǎn)化率。

其他變頻器與上位機(jī)連接I/O點(diǎn)信息如下：

序號	名稱	性質(zhì)	說明	備注
1	合閘允許	DO開關(guān)量	允許用戶合高壓電源	獨(dú)立無源干接點(diǎn)
2	高壓跳閘	DO開關(guān)量	跳用戶高壓電源	獨(dú)立無源干接點(diǎn)
3	變頻器故障	DO開關(guān)量	變頻器處于故障狀態(tài)	獨(dú)立無源干接點(diǎn)
4	變頻器運(yùn)行	DO開關(guān)量	變頻器處于運(yùn)行中	獨(dú)立無源干接點(diǎn)
5	系統(tǒng)就緒	DO開關(guān)量	變頻器自檢完成，待機(jī)中	獨(dú)立無源干接點(diǎn)
6	變頻器運(yùn)行	DI開關(guān)量	運(yùn)行指令	獨(dú)立無源干接點(diǎn)
7	變頻器停止	DI開關(guān)量	停止指令	獨(dú)立無源干接點(diǎn)
8	復(fù)位	DI開關(guān)量	故障復(fù)位指令	獨(dú)立無源干接點(diǎn)
9	急停	DI開關(guān)量	緊急停機(jī)并聯(lián)跳高壓	獨(dú)立無源干接點(diǎn)
10	頻率給定	AI（4~20mA）	對應(yīng)頻率給定0~50Hz	模擬量信號
11	頻率反饋	A0（4~20mA）	對應(yīng)輸出頻率0~50Hz	模擬量信號
12	電流反饋	AO（4~20mA）	對應(yīng)0~2倍的電機(jī)額定電流	模擬量信號

 

四、 現(xiàn)場應(yīng)用照片

五、 采用變頻后應(yīng)用效果

（1）實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的平穩(wěn)啟動。該設(shè)備為新機(jī)配套，由于系統(tǒng)電網(wǎng)配置小，工頻直接啟動，電流大約為額定電流的5-7倍，在風(fēng)門開啟時(shí)根本啟動不了。而采用變頻啟動，啟動電流大約在額定電流的一半左右即可平穩(wěn)正常啟動，因此解決了軟啟動問題。

（2）運(yùn)行中調(diào)速平滑、連續(xù)，.可依據(jù)工藝需要平滑的調(diào)節(jié)變頻器的頻率，進(jìn)而無級的調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使SO2鼓風(fēng)機(jī)、一冷風(fēng)機(jī)和二冷風(fēng)機(jī)送風(fēng)量得到無級平滑的調(diào)節(jié)，提高了調(diào)節(jié)精度，減少了對風(fēng)門及系統(tǒng)的沖擊，極大的保護(hù)了風(fēng)道系統(tǒng)，免受沖擊損害。

（3）簡化了操作系統(tǒng)，精簡了控制程序，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，特別是自動控制的應(yīng)用，提高了整個(gè)系統(tǒng)的自動化程度，實(shí)現(xiàn)了變頻器無人值守。

（4）節(jié)能顯著。

對風(fēng)機(jī)\泵類負(fù)載，由流體力學(xué)知，流量與轉(zhuǎn)速成正比，管壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。

現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行在40Hz ,因此變頻運(yùn)行下的功率

P變=（40/50）3P工=0.83P工=0.51 P工

當(dāng)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(yīng)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(jié)電率為⊿P= （P工- P1變）/ P工=36%

節(jié)電效果是十分明顯的，基本達(dá)到了預(yù)期的節(jié)能效果。

總之，使用變頻器后，實(shí)現(xiàn)了軟啟動，運(yùn)行平穩(wěn)，節(jié)約電能，是實(shí)現(xiàn)自動化控制的較理想設(shè)備，值得在各種領(lǐng)域大力推廣。

六、結(jié)束語

50年來我國有色行業(yè)利用含SO2冶煉煙氣生產(chǎn)工業(yè)硫酸已獲得了快速持續(xù)的發(fā)展及巨大的成就，在全國硫酸產(chǎn)業(yè)中占有重要的地位和作用。隨著有色行業(yè)的快速發(fā)展，相應(yīng)地用含SO2煙氣生產(chǎn)硫酸也將較快地發(fā)展，如何繼續(xù)提高總硫的利率、改善生產(chǎn)工藝，降低對環(huán)境的影響、在提高產(chǎn)能的同時(shí)，節(jié)能減排等問題已成為今后行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的問題。實(shí)踐證明，采用高壓變頻技術(shù)對高能耗、主要工藝用電設(shè)備進(jìn)行改造，不僅能改善生產(chǎn)工藝，提高總硫的利率、降低企業(yè)能耗和保護(hù)環(huán)境，而且還對設(shè)備的安全、可靠運(yùn)行，減少設(shè)備故障等都起到了積極的作用。

參考文獻(xiàn)：

【1】  《GD5000系列高壓變頻器產(chǎn)品說明書》     深圳市英威騰電氣股份有限公司

【2】  《綜合利用冶煉煙氣生產(chǎn)硫酸》            林河成, 2001,(2):17-20.0

【3】  《硫酸生產(chǎn)的發(fā)展》                      郭景芝  ,2005,(2):1-6

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