1 概述

中國鋁業青海分公司第三電解廠工程建設分兩期，現有200 kA預焙陽極電解槽268臺,年產重熔用鋁錠15萬t。電解生產中電解煙氣的處理采用國內外大型鋁廠普遍采用的干法煙氣凈化法。電解槽電解反應后產生含有大量HF、SO2、CO2等煙氣的粉塵，在離心鍋爐引風機(以下簡稱排煙機)的負壓作用下，該煙氣經過袋濾室下的VRI 反應室進行吸附反應，利用布袋實現煙氣的氣固分離，利用引風機將煙氣排入大煙囪，完成煙氣凈化的工藝。

目前，我分公司第三電解廠電解生產中電解煙氣的處理系統，分別為東、中、西三套電解煙氣凈化系統，共10臺排煙機，每套系統分別處理80、80、108臺電解槽的煙氣，分別設置于電解車間過道的兩側。

其中配用900 kW 異步電動機的2 臺(西部凈化系統)，630 kW 異步電動機的8 臺(中、東部各4 臺)，均為6.0 kV高壓異步電動機。凈化排煙機是電解車間煙氣凈化系統的關鍵設備，是煙氣能否有效凈化和氟鹽能否有效回收的保障。

現有排煙機系統在運行過程中主要存在以下幾方面的問題。

1)設計流量余量過大就西部凈化系統來說，正常運行時系統需要的理論引風量為1 041 004m3/h，實際設計的引風量為1 418 012 m3/h，有377 008 m3/h的風量余量，而現有的控制方式則是不論生產的需求大小，風機都在額定功率(轉速)下運轉，風量調節采用入口多葉式調節閥，從而造成大量電能的浪費。

2)啟動電流過大我公司凈化系統排煙機配用的異步電動機均采用繼電保護的直接啟動方式，啟動電流較大，不僅對電網造成巨大沖擊，而且對電機本體結構和風機軸承箱造成一定損壞，同時使電動機電源側開關損壞時有發生，有時甚至導致配電回路跳閘，造成整個凈化系統失電，停止運行，嚴重影響了生產的正常運行。

3)保護系統簡單只有過流保護器對設備進行過流保護，設備運行的安全性和可靠性較低。

4)系統無法保證恒壓系統運行當中，由于排煙機轉速無法調整，系統的壓力將無法調節，相關參數無法進行有效控制，對凈化系統的凈化效率有很大影響。

2 技術改造方案設計

2.1 變頻器拖動方式的選擇

根據我廠實際工況，經研究、討論確定變頻器拖動方式如下：西部凈化系統配用電動機900 kW 排煙機，變頻器控制方式采用“一拖一”的控制模式，共需2臺變頻器;東、中部凈化系統配用電動機630 kW排煙機，變頻器控制方式采用“一拖二”的控制模式，2 臺排煙機用1 臺變頻器實現運行的調節和控制，2臺排煙機均可以由變頻運行自由切換至工頻運行，共需4臺變頻器。如果在進行排煙機變頻器切換時，先停后啟，用高壓開關進行變頻器轉換，即可實現在一套系統中的2臺排煙機由1臺變頻器來控制。

2.2 控制及監控方式設計

東、中、西部排煙機各用一臺PLC 實現集中控制。風機的控制設現場、主控制室兩地控制，原有排煙機的就地啟停控制繼續保留。東、中、西部煙氣凈化系統控制柜、PLC 安裝在現場。10臺排煙機的控制變頻器及相關部件就近安裝于單獨的控制室內。工控機(3臺)安裝在煙氣凈化系統主控室，利用組態軟件和Profibus-DP 通訊網絡實時監控各風機工作狀況，顯示分現場和控制室兩地顯示。監控功能實現風機的出口風壓、風機和電機軸承溫度及振動、電機電流的檢測。控制系統可根據生產工藝實際需要調節排煙機的運行狀態，并且控制系統能對排煙機的所有運行參數進行遠程監控，當排煙機出現異常時，能立即停止排煙機的運行，并進行報警。控制系統能實現兩地控制(遠程控制和現場控制)。控制界面可以進行變頻器的功能設定、運行和監控參數設定及顯示、實時波形顯示、運行記錄打印、故障查詢;通過控制界面可以對變頻器直接進行軟啟動、設定運行頻率、停機、急停和復位等操作。變頻器運行方式可設定開環或閉環運轉方式。控制系統框圖如圖1所示。

2.3 對變頻器的技術要求

1)高- 高電壓源型變頻器，直接6 kV 輸入，直接6 kV 輸出，無需任何輸出變壓器或濾波器，適配于普通高壓電動機，對電機、電纜絕緣無損害。

2)功率單元需經24 h高溫老化、150%負載試驗，要求可靠性高。

3)中文Windows 操作界面，彩色液晶觸摸屏操作。用戶操作監控系統界面要友好和完善，系統包括上位機(商用PC機)、下位機(工控機)、單片機。其中單片機給用戶提供一個4 位LED 數碼顯示屏和一個12鍵的小鍵盤操作平臺，可對變頻器進行全部操作，包括參數設置和各種運行指令。工控機用觸摸屏和通用鍵盤給用戶提供操作平臺，包括參數設定、功能設定、運行操作、運行數據打印、故障查詢等。上位機(商用PC 機)放在主控室，可對多臺變頻器進行遙測、遙控。

4)可打印輸出運行報表。

3 收益估算

該方案即將實施，我廠對其進行了初步的理論效益估算。

3.1 改造后電機節省的功率

改造后電機節省的功率P按式(1)計算。

3.2 投資回報

西部凈化系統排煙機變頻器改造預計總投資為430 萬元，430÷84.9632≈5.06 年，預計5 年后可收回投資。

3.3 其他效益分析

技術改造實施后，亦可帶來下述間接經濟效益。

1)改善了工藝，提高了效率。可實現電解煙氣凈化控制系統自動化，排煙機可以非常平滑穩定地調整風量，運行人員可以自如地調控，排煙機運行參數得到改善，使效率得到提高。

2)延長了電動機和風機的使用壽命。采用變頻器控制后，排煙機可以實現軟啟動和軟制動，對排煙機幾乎不產生沖擊，可大大延長機械的使用壽命。

3)減少了閥門機械和風機葉輪的磨損。實現變頻器控制后，閥門機械不需要進行頻繁的調整，風機轉速降低，磨損減少。

4)減少了維護費用和檢修工作量。

4 結語

工業用排煙機功率大，能耗高，現有控制方式簡單，無法根據生產變化對排煙機的運行情況進行相應的調節，風機始終在額定轉速下運轉，風量過剩，能源浪費巨大。而變頻控制異步高壓電機技術比較成熟，性能穩定，節能效果顯著，因此，對工業排煙機進行變頻技術改造意義重大。