【摘 要】 本文結(jié)合硫鐵礦生產(chǎn)硫酸和硫磺生產(chǎn)硫酸的生產(chǎn)工藝,綜述了高壓變頻器的性能特點(diǎn)及系統(tǒng)原理,同時(shí)詳細(xì)說(shuō)明了整體方案,介紹了變頻器在兩種生產(chǎn)工藝上的節(jié)電效果。
1、引 言
深圳市科陸變頻器有限公司在攀枝花硫酸廠分別安裝了兩臺(tái)高壓變頻器設(shè)備,一臺(tái)負(fù)載為高壓鼓風(fēng)機(jī),另一臺(tái)負(fù)載為高壓引風(fēng)機(jī)。鼓風(fēng)機(jī)用在硫磺制酸廠,引風(fēng)機(jī)用在硫鐵礦制酸廠。高壓風(fēng)機(jī)在安裝變頻器前,風(fēng)量大小由進(jìn)口閥門調(diào)節(jié)。通過(guò)閥門調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)是:能耗高、調(diào)節(jié)精度差、操作難度大、浪費(fèi)工時(shí)、閥門易磨損。安裝變頻器調(diào)速后完全不存在這些問(wèn)題。
2、硫酸生產(chǎn)工藝
礦石制酸工藝存在的最大問(wèn)題是對(duì)環(huán)境污染大,大量的污水、粉塵及礦渣嚴(yán)重影響著周圍環(huán)境;另外操作環(huán)境惡劣、操作強(qiáng)度高。同時(shí)能耗也高,環(huán)保費(fèi)用也很高;而硫磺制酸工藝則要好得多。下面簡(jiǎn)單介紹下兩種生產(chǎn)工藝流程。
2.1.礦石制酸工藝
2.1.1 過(guò)程分析
(1)礦料
礦料為硫鐵礦,主要成分為FeS2。礦料平均含硫?yàn)?0%,各礦區(qū)的含硫量波動(dòng)大
且含有砷、氟元素。因?yàn)樯a(chǎn)1t硫酸需耗1t礦料,故礦料需求量大。由此造成運(yùn)輸量巨大,運(yùn)輸費(fèi)用高,且堆放場(chǎng)地大的問(wèn)題。
(2)粉碎
因?yàn)檫M(jìn)廠的礦料大小不一,且有部分塊料,在進(jìn)入沸騰爐焙燒之前必須進(jìn)行破碎,以達(dá)到3.5min×3.5mm以下的要求。大塊料采用腭式破碎機(jī)破碎,再用反擊式破碎機(jī)進(jìn)一步破碎。在此過(guò)程中產(chǎn)生大量粉塵,對(duì)環(huán)境污染相當(dāng)嚴(yán)重,能耗也大。
(3)焙燒
破碎合格的礦料投入沸騰爐焙燒,二硫化鐵與空氣中的氧反應(yīng)生成二氧化硫:
4FeS2+11O2=8SO2+2Fe2O3+3305.36kJ
生產(chǎn)1mol SO2產(chǎn)生0.25mol Fe2O3
S的原子轉(zhuǎn)化率為100%,O的原子轉(zhuǎn)化率為72.7%。
(4)水洗凈化
沸騰爐出口二氧化硫氣體中含有固體懸浮物和氣體組分:礦塵、二氧化硫、氧、三氧化二砷、氟化氫等。需要的是二氧化硫和氧,二氧化硫和氧在轉(zhuǎn)化器內(nèi)轉(zhuǎn)化為三氧化硫,三氧化硫通過(guò)吸收塔生成硫酸。而其他的雜質(zhì)均應(yīng)除去,否則影響生產(chǎn)。
爐氣中礦塵濃度高達(dá)150-300g/m3,將使管道堵塞、觸媒結(jié)塊失去活性、轉(zhuǎn)化器阻力上升。三氧化二砷使釩觸媒中毒。氟化氫引起觸媒粉化,活性下降。因?yàn)閷?duì)氣體狀態(tài)的砷、氟,目前工業(yè)上尚不能進(jìn)行干法凈化法將它們從爐氣中分離出來(lái),故仍須用水洗滌來(lái)進(jìn)行分離,將砷、氟化合物吸收溶解到洗滌、水中,達(dá)到二氧化硫氣體凈化目標(biāo)。故在這一過(guò)程中需用大量水洗滌,從而產(chǎn)出大量污水,平均每噸酸產(chǎn)出污水10-15t。從沸騰爐出來(lái)的二氧化硫氣體溫度在900℃左右,通過(guò)除塵、水洗凈化后,二氧化硫氣體溫度降到40℃左右。在這一過(guò)程中大量的能量被消耗,沒(méi)有被很好地利用,且要增加許多動(dòng)力設(shè)備,增加能耗。
2.1.2. 硫磺制酸工藝流程
焙燒: S+O2=SO2+熱量
生產(chǎn)1mol SO2產(chǎn)生零廢物,S、O的原子轉(zhuǎn)化率都為100%,這樣就提高了提高原子轉(zhuǎn)化率。
2.1.3. 硫磺制酸與礦石制酸工藝比較
(1) 減少工序,消除污染源
硫磺制酸工藝少了粉碎、水洗凈化兩道復(fù)雜的工序,同時(shí)也消除了三大污染源——
粉塵、污水、礦渣。
(2) 能源消耗下降 用量從100萬(wàn)t/a,下降到20萬(wàn)t/a。
(a)工藝過(guò)程改進(jìn)后,動(dòng)力設(shè)備投用量大幅減少,動(dòng)力消耗明顯下降。礦石制酸電耗為110kWh/t,硫磺制酸為70kW·h/t,下降了36%;深井水用量從100萬(wàn)t/a,下降到20萬(wàn)t/a。
(b)硫磺制酸工藝能源利用更加合理。硫磺爐出口的1000℃溫度的二氧化硫氣體經(jīng)中壓鍋爐、過(guò)熱器、省煤器充分利用熱量后,二氧化硫氣體降溫至420℃進(jìn)入轉(zhuǎn)化器。
(3) 生產(chǎn)場(chǎng)地縮小,為企業(yè)提供了發(fā)展空間
由于工藝過(guò)程改進(jìn)后,工藝路線大幅縮短,生產(chǎn)用地大幅縮小。
3.1.鼓風(fēng)機(jī)主電機(jī)參數(shù)
額定功率:800KW 額定電流:52.8A
額定電壓:10KV 額定轉(zhuǎn)速:2979r/min
3.2.鼓風(fēng)機(jī)參數(shù)
額定送風(fēng)量:920m³/min 出口壓力:4200*9.8Pa
額定轉(zhuǎn)速:2980r/min 額定功率:800KW
3.3.引風(fēng)機(jī)主電機(jī)參數(shù)
額定功率:900KW 額定電流:60.6A
額定電壓:10KV 額定轉(zhuǎn)速:2985r/min
3.4.引風(fēng)機(jī)參數(shù)
額定流量:950m³/min 出口壓力:4000*9.8Pa
額定轉(zhuǎn)速:2980r/min 額定功率:800KW
根據(jù)實(shí)際工況,手動(dòng)一拖一手動(dòng)方案就可以滿足客戶生產(chǎn)要求。一拖一系統(tǒng)采用高壓進(jìn)線柜+旁路柜(刀閘柜)+移相變壓器+變頻器+電機(jī)的組合方式,旁路柜電氣原理圖如下所示:

當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí),可以工頻旁路運(yùn)行,此時(shí)只需要把變頻器旁路柜刀閘打到工頻即可按用戶原先工頻起動(dòng)方式起動(dòng),不影響正常生產(chǎn)。變頻器帶電機(jī)可在變頻器的操作屏及遠(yuǎn)程控制箱兩個(gè)地方控制,通過(guò)變頻器操作屏上的就地/遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行切換,同時(shí)在兩個(gè)地方都能在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行急停操作,保護(hù)設(shè)備的安全。變頻器不同頻率范圍通過(guò)生產(chǎn)需求來(lái)調(diào)節(jié),從而實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)節(jié)能的目的。
5、變頻器與DCS之間的信號(hào)定義
(一拖一手動(dòng)方案變頻器與DCS之間的信號(hào)定義如下:)
5.1 遠(yuǎn)程操作箱(DCS)→ 變頻器
序號(hào) |
名 稱 |
邏輯要求 |
接口類型 |
用 途 |
1 |
高壓開(kāi)關(guān)狀態(tài) |
合:開(kāi)關(guān)閉合
開(kāi):開(kāi)關(guān)斷開(kāi) |
干節(jié)點(diǎn):
常開(kāi) |
高壓進(jìn)線開(kāi)關(guān)閉合、斷開(kāi)狀態(tài) |
2 |
運(yùn)行允許 |
合:允許運(yùn)行
開(kāi):不允許運(yùn)行 |
干節(jié)點(diǎn):
常開(kāi) |
變頻器只有檢測(cè)到此信號(hào)有效才能正常啟動(dòng) |
3 |
起?刂 |
合:起動(dòng)
開(kāi):停機(jī) |
干節(jié)點(diǎn):
常開(kāi) |
按設(shè)定起停方式及加減速曲線控制變頻器 |
4 |
緊急停機(jī) |
合:緊急停機(jī)
開(kāi):無(wú)意義 |
干節(jié)點(diǎn):
常開(kāi) |
變頻器自由停機(jī),并斷開(kāi)所有高壓開(kāi)關(guān) |
5 |
故障復(fù)位 |
脈沖信號(hào) |
干節(jié)點(diǎn):
常開(kāi) |
復(fù)位清除記憶故障 |
6 |
報(bào)警解除 |
脈沖信號(hào) |
干節(jié)點(diǎn):
常開(kāi) |
解除聲光報(bào)警信號(hào) |
7 |
外部故障輸入 |
合:外部故障
開(kāi):外部正常 |
干節(jié)點(diǎn):
常開(kāi) |
如果外部DCS控制系統(tǒng)有故障,變頻器及時(shí)停機(jī) |
8 |
升速控制 |
合:轉(zhuǎn)速增
開(kāi):維持當(dāng)前轉(zhuǎn)速 |
干節(jié)點(diǎn):
常開(kāi) |
按加速時(shí)間加速,最高至上限頻率 |
9 |
降速控制 |
合:轉(zhuǎn)速減
開(kāi):維持當(dāng)前轉(zhuǎn)速 |
干節(jié)點(diǎn):
常開(kāi) |
按減速時(shí)間減速,最低至下限頻率 |
5.2 變頻器 → 用戶(DCS)
序號(hào) |
名 稱 |
邏輯要求 |
接口類型 |
用 途 |
1 |
系統(tǒng)就緒 |
合:系統(tǒng)已就緒
開(kāi):無(wú)意義 |
干節(jié)點(diǎn):
常開(kāi) |
變頻系統(tǒng)無(wú)故障,允許運(yùn)行 |
2 |
變頻運(yùn)行狀態(tài) |
合:變頻運(yùn)行狀態(tài)
開(kāi):停止?fàn)顟B(tài) |
干節(jié)點(diǎn):
常開(kāi) |
指示電機(jī)的變頻運(yùn)行狀態(tài) |
3 |
遠(yuǎn)程/本地控制狀態(tài) |
合:變頻器處于遠(yuǎn)程控制狀態(tài)
開(kāi):變頻器處于本地控制狀態(tài) |
干節(jié)點(diǎn):
常開(kāi) |
指示變頻器的控制指令源 |
4 |
輕故障
(報(bào)警) |
合:變頻器處于輕故障狀態(tài)
開(kāi):無(wú)輕故障 |
干節(jié)點(diǎn):
常開(kāi) |
指示變頻器的報(bào)警狀態(tài) |
6. 節(jié)能效果分析
因?yàn)榱蜩F礦制酸工藝與硫磺制酸工藝存在很大差異,其中工藝路線的長(zhǎng)短對(duì)風(fēng)機(jī)能耗大小起到很重要的作用。在硫磺制酸中,鼓風(fēng)機(jī)的作用是給硫磺焙燒提供大氣中的氧氣,其進(jìn)風(fēng)口及出風(fēng)口都很短,而且進(jìn)風(fēng)口管道直接對(duì)大氣,因此管阻損耗小,效率高;而在硫鐵礦制酸中,引風(fēng)機(jī)的作用是把SO2氣體送到反應(yīng)爐里轉(zhuǎn)化成可溶于水的OS3氣體。從硫鐵礦焙燒,再經(jīng)除塵、水洗凈化、除濕等十幾個(gè)工序后才能得到合格的SO2氣體,而這些工序都在密閉的空間內(nèi)完成。因此,在管道里形成較大負(fù)壓,管阻損耗大。根據(jù)電表實(shí)測(cè)記錄,在產(chǎn)量不變的情況下引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)耗能比較表:
攀化科技鼓風(fēng)機(jī)能耗比較表
硫酸產(chǎn)量 |
工頻耗電 |
變頻耗電 |
日節(jié)約電量 |
200t/天 |
550 kW×24h |
246.5 kW×24h |
303.5×24 kW.h |
東力化工引風(fēng)機(jī)能耗比較表
硫酸產(chǎn)量 |
工頻耗電 |
變頻耗電 |
日節(jié)約電量 |
300t/天 |
700 kW×24h |
625 kW×24h |
75×24kW.h |
從節(jié)能效果來(lái)看,鼓風(fēng)機(jī)的效果要比引風(fēng)機(jī)好,但是還有一個(gè)重要因素是產(chǎn)量不一樣。總體來(lái)說(shuō)兩種不同硫酸生產(chǎn)工藝,硫磺制酸的電耗要小于硫鐵礦制酸的電耗。
變頻改造同時(shí)還產(chǎn)生了其他效果:
1). 啟動(dòng)電流小,減少啟動(dòng)的峰值功率損耗;
2). 改善電網(wǎng)功率因數(shù),變頻器可使系統(tǒng)的功率因數(shù)保持在0.95%以上;
3). 消除了電機(jī)因啟動(dòng)、停止對(duì)機(jī)械的沖擊,延長(zhǎng)使用壽命,減少維修;
4). 與工頻調(diào)節(jié)閥門相比噪音大大降低,減少噪音污染;
5). 電機(jī)和風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度下降,電機(jī)及風(fēng)機(jī)工作溫度得到改善;
7、結(jié)束語(yǔ):
綜上所述:高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的投入,對(duì)提高電能的使用效率,降低生產(chǎn)成本,有一定的效果;但是我們不能因?yàn)橐晃兜淖非蠊?jié)能而刻意降低變頻運(yùn)行頻率,造成產(chǎn)品不合格、廢棄污染環(huán)境等不利后果。我們安裝變頻的宗旨應(yīng)是改進(jìn)生產(chǎn)工藝,使生產(chǎn)效益最大化及能耗最小化。
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