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Goodrive5000系列高壓變頻器在銅冶煉煙氣制酸項目上的應(yīng)用。
1.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，解決上述矛盾。
2.項目介紹
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)計能力，擴(kuò)大到了年產(chǎn)10萬噸規(guī)模。且整個流程是完全密閉的，生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的煙氣污染可以降到最低。同時，因為煙氣的主要構(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Goodrive5000系列高壓變頻器（GD5000-A3550-10-S，拖動SO2鼓風(fēng)機(jī)），實現(xiàn)全自動操作，改善了操作方式，節(jié)約了大量能源。
3.系統(tǒng)方案
3.1 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真空接觸器KM1、KM2、KM3和兩個刀閘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，只是在檢修時由手動斷開以形成明顯的斷開點，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。
3.2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：
從這個化學(xué)方程式中可以看出，在SO2 與O2反應(yīng)生成SO3時，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。
4. 現(xiàn)場應(yīng)用照片
5.應(yīng)用效果
●實現(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)門開啟時根本啟動不了。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；
●運(yùn)行調(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；
●智能監(jiān)控
--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，提高了整個系統(tǒng)的自動化程度，實現(xiàn)了變頻器無人值守；
●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，實現(xiàn)了軟啟動，運(yùn)行平穩(wěn)，節(jié)約電能，是實現(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。
6.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，節(jié)能減排等問題已成為今后行業(yè)重點關(guān)注的問題。實踐證明，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)：
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