朱宏偉

（中國鋁業(yè)股份有限公司連城分公司，甘肅 蘭州 730335）

引風機是電解鋁企業(yè)重要的輔助設備之一，占廠用電較大份額。凈化引風機依靠擋板閥開度控制流量，能量損耗較大，系統(tǒng)響應速度慢、調節(jié)線性差、調節(jié)精度低。隨著電解鋁凈化系統(tǒng)負荷的大范圍調整，引風機的風量需要隨著負荷的變化而調整，日常在工頻狀態(tài)下低效率運行，導致大量的能量消耗在風道擋板上。由于風機的調速范圍寬，節(jié)能潛力大，采用高效節(jié)能技術不僅可以減少能源消耗，而且還可有效控制實時變化的風量。電解鋁凈化高壓引風機是目前應用高壓變頻調速技術進行節(jié)能改造的主要對象。

1 實施改造前期可行性分析

1.1 概況

某500kA電解鋁生產企業(yè)的凈化系統(tǒng)分為3個工區(qū)，每區(qū)配置3臺凈化高壓風機(風機Y4-73No29.5D、4200Pa、595000m3/h；配套電機1120kW、6kV、功率因數(shù)0.85)，擋板閥調節(jié)的控制方式，擋板開度約為75%。原系統(tǒng)，無調速裝置，生產實際為定速運行，靠擋板閥調節(jié)風量，能量損耗較大，同時系統(tǒng)響應速度慢、調節(jié)線性差、調節(jié)精度不高。

1.2 能耗情況

第1個月運行時間5659.6小時，平均運行628.8小時；耗電量489.58萬千瓦時，平均54.4萬千瓦時；引風機月平均功率857.1KW。

第2個月運行時間5477.9小時，平均運行時間608.7小時；耗電量471.1萬千瓦時，平均耗電量52.34萬千瓦時；引風機月平均功率852.3KW。

第3個月剔除檢修的一凈化3#引風機，運行時間5235.9小時，平均運行時間675.3小時；耗電量515.5萬千瓦時，平均耗電量64.4萬千瓦時；引風機月平均功率953.3KW。

第4個月運行時間5687.7小時，平均運行時間691.3小時；耗電量538.42萬千瓦時，平均耗電量66.49萬千瓦時；引風機月平均功率962KW。

4個月總運行時間22061小時，總電量20145.98千千瓦時，平均功率906.17kW。

1.3 節(jié)能改造的意義

節(jié)能和減排兩大技術領域統(tǒng)稱節(jié)能減排，二者相互依存。減排需要節(jié)能技術的支持，若片面追求減排會造成的能耗激增，節(jié)能改造需注重社會、環(huán)境效益的均衡。

2 節(jié)能技術方式比選

隨著國內科學技術水平不斷發(fā)展，大功率引風機的節(jié)能技術有了長足進步。從初期的閥門調速、串級調速到液力耦合器，到近十年開始的日益成熟的變頻調速技術，以及近幾年出現(xiàn)的永磁調速技術。各種技術均有一定的優(yōu)缺點，比較如下表1。

表1 大功率引風機的節(jié)能技術比較

通過比較，在大功率引風機節(jié)能技術方案上，高壓變頻器的應用具有較高的優(yōu)勢。

3 變頻節(jié)能選型及方案設計

3.1 風機應用變頻的節(jié)能原理

供風生產系統(tǒng)中，對于高壓風機，風量（Q）、風壓（H）、轉速（n）和軸功率（P）之間存在如下關系：

Q=K1×n

H=K2×n2

P=K3×H×Q=K1×K2×K3×n3=K×n3

從式中可看出，改變電機的轉速，可調節(jié)風量。風機轉速降低后，其軸功率以轉速的3次方的速率減少，對應的電機的電功率亦可大大減少，因此調節(jié)轉速是高壓引風機節(jié)能降耗的重要途徑。

3.2 變頻器工作要求

高壓變頻器電源輸入、輸出符合相應的標準，無需安裝單獨的輸入濾波器，可節(jié)省相應的諧波治理設備費用；提高系統(tǒng)功率因，可有效增加有功輸入，減少輸入容量。單元串聯(lián)脈寬調制疊波技術在高壓變頻器的應用，有效抑制輸出諧波含量，輸出波形接近完美的正弦波。

3.3 變頻改造技術方案

（1）變頻技術應用方案

為防止工頻電源直接送到高壓變頻器的輸出端子上，在變頻器的旁路柜內設置三臺真空斷路器。

圖1 引風機改造前后高壓系統(tǒng)簡圖

（2）變頻器主要結構形式：

變頻器由變壓器柜、控制/單元柜、啟動柜（大功率時配置）幾部分組成。柜體中間設計通風道，通過前、后柜門空氣過濾網，冷空氣流經單元散熱器，把功率單元的熱量經通風道，由柜頂通風風機將熱量排出。柜體上外裝空氣過濾網，防止粉塵進入柜體內部。柜門裝設柜門開關，當柜門打開時能發(fā)出報警信號。

4 節(jié)能改造效果

4.1 節(jié)能效果

改造后（一年計）風機系統(tǒng)耗電量688.88kWh/h。較改造前平均功率913.19kW，下降224.31kW，節(jié)能效果明顯。

4.2 直接經濟效益

項目節(jié)能量=（改造前風機系統(tǒng)單小時耗電量-項目改造后風機系統(tǒng)單小時耗電量）×風機系統(tǒng)年運行時間×電標煤系數(shù)

項目改造后年節(jié)電量=（913.19kWh/小時-688.88 kWh/小時）×77714.6=17432160kWh。

折標系數(shù)取0.315 kgce/kWh。

項目改造后年節(jié)能量=17432160kWh×0.315kgce/kWh÷1000=5491tce。

電價按0.41元/度計算，預計年節(jié)能效益=17432160kWh×0.41元/kWh÷10000=714.72（萬元）

4.3 間接經濟效益

（1）采用變頻調節(jié)后，轉速降低，風機運行平穩(wěn)，無任何附加的異常振動和噪音，有效消除了風機的喘振現(xiàn)象，減輕了風機本體各部件（葉輪、軸承等）的磨損，有效延長了設備壽命和維護周期，降低了運行和維護費用。

（2）通過變頻改造，電機實現(xiàn)了軟起動，啟動電流小于電機額定電流的1.2倍，避免工頻起動時大電流對電動機、電網的沖擊，延長受電設備的使用壽命。

（3）變頻運行時，風機入口擋板開度可達100%，減少了擋板閥的維護量。變頻器運行中，只需定期對濾網除塵（不停機），確保了生產系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（4）變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升等多項保護功能，增強電機的保護功能。由于調速系統(tǒng)在運轉設備與備用設備之間實現(xiàn)計算機聯(lián)鎖控制，機組實現(xiàn)自動運行和相應的保護及故障報警，操作工作由手動轉變?yōu)楸O(jiān)控，大大降低了勞動強度，提高了生產效率，為優(yōu)化運營提供了可靠保證。

5 結束語

電解高壓引風機的變頻改造效果明顯，具有良好的直接和間接經濟效益，大量節(jié)約了電能。因此高壓變頻技術在電解高壓引風機的應用具有較大的市場前景。