利德華福高壓變頻器在磷復肥風機上的應用

　　摘要：高濃度磷復肥生產的主要產品是磷酸二銨，在大中型企業中都選用大功率高壓電機作為造粒風機和干燥風機的電機。由于2風機出口并用，從1個煙囪排出，靠2臺風機進口閥控制風流動的方向和風量，這帶來風機和風道振動所產生的嘯叫聲、電能浪費、設備損壞等實際問題。云南祥豐金麥化工有限公司選用北京利德華福HARSVERT-A10/070(1000kW)2臺變頻器，較好地解決了上述問題，噪音降低非常理想，節能效果顯著。

　　關鍵詞：高壓變頻器 電氣后臺 工藝DCS后臺 南瑞綜保RCS-9626CN

　　一、引言

　　中國是世界磷復肥生產大國，磷復肥生產其主要是高濃度磷復肥產品——磷酸二銨，由于生產磷酸二銨的主要原料為磷礦石、硫酸、液氨等，市場價格不斷上升。由于國際金融危機，國際市場近幾年磷復肥價格下降，出口量也不斷下降，導致國內磷復肥生產企業想盡辦法降低生產成本，其中節能降耗作為企業挖潛重點，被提到企業發展生存的重要日程上來。

　　我公司在2011年11月新建60萬t/年磷酸二銨裝置，其裝置配套2臺ykk560-6/10kV,900kW電動機作為干燥尾氣風機和造粒尾氣風機。

　　二.生產工藝

　　2.1工藝簡圖

　　圖1 工藝簡圖

　　生產工藝簡圖如圖1所示。

　　2.2生產工藝簡介

在造粒機入口處十字管反應器經高壓泵將磷酸噴灑為霧狀，再把液氨經高壓泵噴灑為霧狀，在一定的溫度下(液氨)NH3+(磷酸)H3PO4 (磷酸二銨)(NH4)2HPO4，液氨為汽態，碰上霧狀磷酸液態生成半透明狀的磷酸二銨晶體，在造粒機前部反應后結晶在造粒機中。經造粒機轉動晶體粘結，形成顆粒狀較大的晶體，從造粒機出口落出，在造粒機風道控制點1就要把未反應完的氨氣，抽到洗滌塔中進行回收利用，防止氨氣從控制點1出溢出，只要在造粒機出口下料處形成負壓，靠造粒風機進口電動閥來控制，控制點1的負壓只需-0.5~-1KPa，既能滿足生產工藝要求，又可以減少氨氣大量抽到洗滌塔中，所以并不是造粒風機功率越大越好。

　　同樣干燥機在控制點2的負壓也只需-0.5~-1KPa，干燥機內的磷酸二銨靠焚硫爐產生的熱量，經干燥風機將熱量吸至干燥機內，只要磷酸二銨在干燥機出口處水含量達到要求即可，風量控制也是通過干燥風機進口電動風閥進行調控。本裝置設計安裝風機流量21500Am3/h，吸入壓力-5.85/-6.12KPa固體含量150-400/1000mg/ Am3.含肥粉塵F-、Cl- 、SO4-酸性腐蝕。2臺風機電機為50HZ(994r/min),在造粒風機啟動和干燥風機啟動時，必須將2臺風機進氣風閥全部關死，才能啟動電動機，在實際使用中出現過下列幾個問題：

　　(1)2臺風機電機在50HZ運行時，風機系統由于風機嘯叫和風道振動噪音在2km以外都能聽見，全廠處于風機噪音污染之中。

　　(2)實際使用中，造粒風機電動風閥的開度約在35%——40%，大量酸汽物質沖擊風閥和風管。電動閥調節依靠操作工經驗常常過量調大，洗滌塔物質較多，洗滌塔內酸性水、粉塵不斷被吸到風機內，從風機下部排污管中流出。電機長期在50HZ下運行，造成電能大量浪費。風機和電機高速下磨損，風機和風管、風閥、洗滌塔設備等風流量大而酸汽物質磨損和腐蝕也較為嚴重。

　　(3) 2臺風機啟動時，對電網要求較高。我廠主變為SZ10-31500/110/10KV1臺，另有2臺QF-J7.5-2/7500kW/10kV發電機組，發電機在主變10kV側并網運行。盡管2臺900kW/10kV的風機進口風閥全部關閉,啟動電動機，也在實際風機電機在啟動時，主變10kV側電壓瞬間下降。而發電機由于采樣控制也受到主變10kV側瞬間電壓下降的影響，發生發電機瞬間發電輸出功率無法控制，瞬時沖高1000多kVA，產生多次故障報警等。

　　(4) 2臺風機在啟動時，要求電動風閥全部關閉，但由于操作工經常沒有關死風閥或者由于電動風閥被酸性汽物質腐蝕卡死等，啟動第1臺風機后，控制點3為2臺風機并風口，如果2臺風機電動風閥都關不嚴，第,1臺風機會將風吹到第2臺風機中，使第2臺風機倒轉，這時如啟動第2臺風機，第2臺風機會由反轉到正轉，風機及軸要承受一個巨大的剪切力，電動機要承受一個巨大的反向轉矩，電氣沖擊上升數倍，極易損壞風機和電氣設備。

　　針對上述4個方面的情況，決定進行風機變頻改造。

　　三、風機改造情況

　　3.1 變頻器系統方案

經多方對比，決定選用北京利德華福電氣技術有限公司生產的HARSVERT-A10/070型高壓變頻器2臺。系統方案如圖2所示，由3只高壓隔離開關QS1、QS2和QS3和原有的高壓開關QF組成控制電機電源回路。QS2和QS3之間有機械互鎖，不能同時閉合，正常情況為變頻器運行時QS1、QS2閉合，QS3斷開。10kV電源經QF閉合(充電12~15s)，啟動VFD變頻器。變頻器按給定轉速啟動電動機運行。異常情況如變頻器故障時，QS1、QS2斷開，QS3閉合，10kV電源經閉合,直接工頻啟動電動機。

　　圖2 系統方案

　　3.2變頻控制方案

　　變頻器控制方案如圖3所示。

　10kV配電室原有電柜配QF真空斷路器和南瑞RCS-9626CN綜合繼保，綜合控制操作板等。通過綜合控制操作板上選擇開關可選擇“遠方”和“就地”控制;“遠方”是指在電氣后臺完成“分、合”斷路器QF操作，“就地”是指工藝操作工在現場操作箱上完成“分、合”斷路器。10kV電源經QF斷路器到變頻器VFD后，充電12s后，變頻器充電和檢測完成，允許投變頻器，工藝操作在現場操作箱上啟動變頻器，變頻低速運行，控制風機電機低速轉動。在啟動另1臺風機低速轉動，由工藝DCS交替調整變頻給定值，即可有效防止風機反向轉動問題。

　　使用RCS-9626CN綜合繼電保護儀，有效的將電動機運行信號、測量信號和電機各種保護，傳遞到電氣后臺上進行監控和保護。加上變頻器所配置的變頻器本體保護和電機保護及控制作用，給風機電機進行了雙重保護和監控。

　　四、方案應用依據

　　4.1 現場工況及負載技術數據

　　(1)干燥尾氣風機運行參數如表1所示。

實際運行參數
進口導葉開度（%）	50	實際運行電壓(kV)	10
實際運行電流(A)	58	實際運行功率因數	0.88
實際風機全壓（kPa）	-4.6至-5.0	實際流量(m3/h)	18500Am3/h，
年運行時間（h）	7200	年平均電價(元/kWh)	0.4

　　(2)燥粒尾氣風機運行參數如表2所示。

實際運行參數
進口導葉開度（%）	48	實際運行電壓(kV)	10
實際運行電流(A)	58	實際運行功率因數	0.87
實際風機全壓（kPa）	3.9	實際流量(m3/h)	17300Am3/h，
年運行時間（h）	7200	年平均電價(元/kWh)	0.4

　　五、改造過程和工藝優化

　　5.1改造過程

　　(1)按實際情況，修建變頻器所需要的控制室，確定2臺1室1排布置的方案。

　　(2)據現有電氣后臺、10kV開關柜及繼保配置、工藝DCS控制系統情況，與新安裝10kV變頻器所提供功能進行搭配，優化出最合理的控制方案。

　　(3)按確定方案進行安裝、接線、請廠家技術人員指導調試工作。

　　5.2工藝優化

　　(1)優化工藝控制參數，關鍵是明確造粒風機控制點1在-0.5KP左右可以滿足工藝要求，干燥風機控制點2在-0.5KP左右可以滿足工藝要求。

　　(2)細化到用變頻器轉數進行控制，也可以是變頻給定4—20MA(0%—100%)對應電機0—960r/min.用頻率上限進行限制等。提高工藝控制精度和方便工藝操作。

　　六、改造后的效果

　　(1)正常生產中造粒風機變頻器實際運行在27—30Hz之間，干燥風機變頻器實際運行在29—35Hz之間，風機系統中風機嘯叫聲基本消失，并有效讓開了風道共振點，噪音只在20m以內能聽見，全廠安靜了，最重要的是沒有了投訴。

　　(2)變頻節能效果顯著，我廠將2臺風機改造前1個月和改造后1個月的風機用電量的平均值進行比較如下：

　　每天以24h生產，每月以30個工作時日計算，按0.4元/kWh來計算,圖表3和表4所示。。

　　表3 使用變頻器以前

設備名稱	平均每小時耗電量	每天耗電量	每月耗電量	每月耗電費
造粒風機	915kWh	21960 kWh	658800 kWh	263520元
干燥尾氣風機	687kWh	16488 kWh	494640 kWh	197856元
每月合計電費				461376元

　　表4 采用變頻器以后

設備名稱	平均每小時耗電量	每天耗電量	每月耗電量	每月耗電費
造粒風機	200kWh	4800 kWh	144000kWh	57600元
干燥尾氣風機	300kWh	7200 kWh	216000kWh	86400元
每月合計電費				144000元

　　(3)每月可以節約電能793400KWh,電費317360元。只需4個月就可以改回投資變頻器的成本。

　　(4)變