電解鋁煙氣凈化系統高壓排煙風機變頻調速節能改造

湯其富

摘要：在電解鋁的生產中，其凈化系統必須能夠按照實際負荷來調節所需風量。傳統的高壓排煙風機需要保持滿負荷運行狀態，并依賴風門來調節風量，這種經濟性較低的運行方式會造成大量能源的浪費。因此需要采用變頻調速方式來技術改造，通過調節電機轉速來實現對風量的準閉環乃至閉環控制，使凈化系統的運行更加經濟合理，并減少對能源的消耗，從而實現節能改造的目的。

關鍵詞：電解鋁；凈化系統；高壓排煙風機；變頻調速；節能改造

近年來我國在計算機技術、網絡信息技術以及自控技術等方面取得了長足的進步，客觀上促進了交流傳動等先進技術的發展。傳統的直流調速技術和模擬控制等技術已經無法滿足生產領域的實際需要，而交流調速和數控技術在生產實踐中得到了越來越廣泛的推廣應用。特別是對電機進行節能改造、優化工藝流程的過程中，交流調速技術的應用能夠使生產環境得到明顯的改善，并有利于產品質量的提高，對于推動電機傳動技術的發展具有十分重要的作用。因此某電解鋁生產廠家決定采用變頻調速技術對其凈化系統高壓排煙風機進行技術改造，以達到節能降耗、優化風機運行模式的目的。

一、某電解鋁廠目前在煙氣凈化系統高壓排煙風機運行中存在的主要問題分析

電解鋁的煙氣凈化系統高壓排煙風機需要根據其負荷變化來調節風機流量，以保證電解鋁生產的正常進行。目前該電解鋁廠的煙氣凈化系統高壓排煙風機主要采用的是控制擋板以及閥門開度方式來實現流量調節，這種節流調節方式在運行過程中存在很多不足之處，難以滿足電解鋁生產的實際需要。

（一）能源浪費嚴重

由于在傳統的煙氣凈化系統設計中所采用的高壓排煙風機以及相關的設備的額定容量必須比實際需求量大，且配套的拖動電機設備還需要進一步增加容量，因此在實際運行過程中必須將閥門以及風門關小以調節流量，這導致閥門以及風門在正常工況下僅能保持40%到70%左右的開度，造成了電能在節流調節過程中的嚴重浪費[1]。

（二）難以實現對系統運行的精確控制

在節流調節方式下，流量與風門開度之間的關系主要呈現非曲線形特點，執行機構的傳動間隙也會影響其風門開度控制的精確性和靈敏性，因此難以快速精確的控制流量。

（三）系統的運行方式不經濟

該電解鋁廠的煙氣凈化系統在原設計中需要保證其最大流量需求，而高壓排煙風機以及相關設備在運行過程中則是按照實際工況來調節流量，因此浪費了大量的能源。同時節流調節方式還會造成風機在啟動過程中受到電流的沖擊。而且在進行節流調節時，主要是對流量進行階段性調節，不僅難以快速達到調節目的，還會造成系統的運行狀態不穩定[2]。為了解決該電解鋁廠煙氣凈化系統高壓排煙風機在實際運行過程中存在的這些問題，需要采用具有較寬調速范圍的變頻調速技術對其進行節能改造，以提高系統運行方式的經濟性。

二、電解鋁煙氣凈化系統高壓排煙風機變頻調速節能改造

（一）某電解鋁廠基本概況

某電解鋁廠的生產線為420kA，配備有煙氣凈化系統2套，在各套系統中均有4臺高壓排煙風機，其額定壓力為10kV。該鋁廠的煙氣凈化系統總管負壓通常在-1.8kPa到-1.9kPa左右，采用的是風門調節方式。該系統在運行過程中存在負荷浪費以及流量調節方式不合理等問題，因此決定采用變頻調速技術對其進行節能改造。

（二）電解鋁煙氣凈化系統高壓排煙風機變頻調速節能改造

在本次節能改造中按照一拖一方式在煙氣凈化系統中安裝了高壓變頻設備8臺，并對其采取了準閉環以及閉環控制方式，通過調節電機轉速來控制風量，從而優化了系統運行模式，提高了系統運行的經濟性和合理性。

1、減少高壓排煙風機在運行過程中的能源消耗

該電解鋁廠目前所使用的煙氣凈化系統主要是利用高壓排煙風機的風門來調節風量，由于需要對抗風門阻力問題，因此這種調節方式消耗了大量的風機功率。而對其進行變頻改造后，可以實現全開風門，并采用對電源頻率進行調節的方式來控制風量，從而可以使風機功耗明顯降低，達到節能改造的目的[3]。

2、減少電機啟動對系統設備的沖擊

對煙氣凈化系統高壓排煙風機進行變頻改造后，通過變頻調速技術可以使電機在啟停階段受到的電流沖擊明顯減少。而且由于改造后系統改用了軟啟動方式，啟動電流將被控制在額定電流以內，因此電機設備受到機械啟動轉矩的影響相對較小，不僅能夠降低啟動損耗，而且也可以使電機使用年限延長，從而達到節能降耗的目的。

3、提高凈化系統運行的穩定性

對煙氣凈化系統高壓排煙風機進行變頻改造后，實現了對系統內部壓力狀態的動態檢測。同時可以利用PID調節功能來提高系統運行的穩定性。此外在本次改造中，在電機以及啟動柜間設置了變頻裝置，并將其與電氣設備串聯在一起，同時還加設了相應的工頻旁路，這樣當變頻裝置發生故障時就能夠切換至工頻旁路上繼續工作，從而為系統運行的安全性和連續性提供了可靠的保障[4]。

4、提高系統設備利用率

該電解鋁廠采用的是電壓源型變頻設備，其功率因素通常在0.96左右，而經過變頻改造后的煙氣凈化系統高壓排煙風機在不需要加裝無功補償設備的情況下，其功率因素就能夠達到電網運行要求，這樣可以使變壓器等電氣設備得到更加充分的利用，不僅可以減少線損，而且能夠有效控制電氣設備的運行成本。

5、為系統設備的維護管理創造便利條件

在對煙氣凈化系統高壓排煙風機進行變頻調速節能改造后，風機的損耗將明顯降低，而且該變頻調速裝置還具有系統故障自動診斷功能，能夠更好的為系統提供保護，節約了設備的維修管理成本。同時通過變頻調速改造，還能夠對電機等設備進行有效的接地、缺相以及過載過流過壓過熱保護，防止設備在高風險狀態下持續運行，減少了設備的損耗。此外該變頻設備還能夠準確提供設備故障信息，為故障點定位、故障原因分析提供指示幫助，從而為檢修人員的故障排除創造便利條件。

（四）分析電解鋁煙氣凈化系統高壓排煙風機變頻調速節能改造效果

該電解鋁廠的煙氣凈化系統高壓排煙風機在進行變頻調速節能改造后，按照設備每天運行24小時計算，該廠每臺風機每年可以節約250萬度左右的用電量，每臺風機全年能夠節約電費75萬元左右，而8臺風機的總電費則減少了600萬元左右，有效降低了企業的生產成本，擴大了企業的利潤空間，為企業實現可持續性發展創造了良好的條件。

三、總結

由于變頻調速技術具有良好的調速能力，不僅能夠有效提高功率因數，改善電機設備的運行效率以及啟停控制性能，而且其還能很好的適應不同工況下的調速需要，因此在生產領域得到了廣泛的應用。某電解鋁廠在應用變頻調速技術對凈化系統的高壓排煙風機進行了技術改造后，優化了電機的運行方式，并且實現了對電機的精確控制，不僅可以十分便捷的通過調節電機轉速來對所需風量進行合理控制，而且有效減少了對能源的消耗，極大的提高了系統運行的經濟性和節能效果，從而為企業創造了更大的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]解安偉,吳生杰.淺析電解鋁煙氣凈化自動控制系統設計[J].智能城市,2018,4(22):20-21.

[2]安琳,李曉荃,劉巖,路向陽.基于PLC的電解鋁煙氣凈化控制系統設計[J].自動化應用,2018(2):44-45.

[3]朱超.基于PLC控制的電解鋁工業煙氣凈化系統的研制與應用[J].技術與市場,2015,22(8):66-67.

[4]平祝華.電解鋁煙氣凈化系統高壓排煙風機變頻調速節能改造[J].輕金屬,2011(S1):333-335.