關鍵詞： 銅業(yè)  冶煉煙氣制酸    高壓變頻器

摘要：本文介紹了英威騰GD5000系列高壓變頻器在銅冶煉煙氣制酸項目上的應用。

一、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，技術和裝備愈來愈先進；大型冶煉煙氣制酸工程的設計都不同程度地應用了當今國內外先進技術和裝備，大大改變了我國冶煉煙氣制酸的技術狀況。但在實際的生產過程中，根據煙氣中含硫的濃度、吸收塔的效率、轉化器的效率、生產周期等因素，需經常對相關的風機、水泵等設備進行調整、變化，以滿足工藝要求。傳統(tǒng)的調節(jié)方式主要是采用進、出口風門擋板調節(jié)或者是采用液偶調節(jié)來控制風量，調節(jié)精度差、效率低，造成管網內部氣流紊亂， 風機喘振等現象。大量應用標明，采用變頻器改變電機轉速來調節(jié)風量可以在滿足工藝要求的同時，解決上述矛盾。  

二、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/年的生產能力，全國同行業(yè)排名第六，占據山東省28%的市場份額。

該銅業(yè)采用氧氣底吹熔煉技術將年產5萬噸設計能力，擴大到了年產10萬噸規(guī)模。且整個流程是完全密閉的，生產過程中所產生的煙氣污染可以降到最低。同時，因為煙氣的主要構成成分是二氧化硫，該企業(yè)又在處理煙氣上發(fā)明了一套制作硫酸的工藝，產出的副產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”，這項技術將污酸凈化回收，最終將污酸處理成合格工業(yè)硫酸。

其煙氣制酸生產工序流程可分為：凈化工段、干吸工段、轉化工段、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風機—轉化器—一吸收塔—轉化器—二吸收塔—尾氣排空。

其中，在轉化工段，從SO2鼓風機出來的冷SO2氣體俗稱一次氣，經過催化后轉化成SO3，再經過換熱后由一冷風機送入第一級吸收塔制取硫酸，第一吸收塔出來未反應的冷SO2氣體俗稱二次氣，需經過二次催化轉化后通過二冷風機送往第二吸收塔制取硫酸。其工藝圖如下：

由于在實際運行過程中，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鼓風機、一冷風機、二冷風機需經常進行調節(jié)以滿足工藝需求。然而采用傳統(tǒng)的擋板調節(jié)或是液偶調節(jié)，調節(jié)精度差、效率低、維護量大，經研究決定，采購英威騰GD5000系列高壓變頻器（GD5000-A3550-10-S，拖動SO2鼓風機），實現全自動操作，改善了操作方式，節(jié)約了大量能源。

三、系統(tǒng)方案

 1. 主回路方案：

針對用戶工藝要求的高壓電機運行方式，考慮到設備的安全運行要求，最終采用一拖一帶隔離自動旁路方案，與現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速系統(tǒng)安全運行。刀閘QS1、QS2無機械閉鎖功能，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，在工頻和變頻運行狀況下均處于閉合狀態(tài)；

1)  在變頻運行狀況下，KM1、KM2閉合，KM3、QS3、QS4斷開。

2)  在軟起回路運行狀況下，KM1、KM2、KM3斷開，QS3、QS4閉合。

3)  在工頻旁路運行狀況下，KM3閉合，KM1、KM2、QS3、QS4斷開。

2. 控制系統(tǒng)方案

由于從SO2氣體轉化成SO3氣體為可逆反應，其化學方程式如下：

從這個化學方程式中可以看出，在SO2 與O2反應生成SO3時，SO3也有一部分分解為SO2 與O2和氧氣，已經反應了的SO2對起始SO2總量的百分比叫做總轉化率。為了提高總轉化率，必須對SO2的量進行精確的控制。

使用高壓變頻器后，DCS與變頻器之間通過4~20mA信號連接，自動調節(jié)變頻器輸出轉速，從而調節(jié)SO2的輸入量，提高總轉化率。

其他變頻器與上位機連接I/O點信息如下：

序號	名稱	性質	說明	備注
1	合閘允許	DO開關量	允許用戶合高壓電源	獨立無源干接點
2	高壓跳閘	DO開關量	跳用戶高壓電源	獨立無源干接點
3	變頻器故障	DO開關量	變頻器處于故障狀態(tài)	獨立無源干接點
4	變頻器運行	DO開關量	變頻器處于運行中	獨立無源干接點
5	系統(tǒng)就緒	DO開關量	變頻器自檢完成，待機中	獨立無源干接點
6	變頻器運行	DI開關量	運行指令	獨立無源干接點
7	變頻器停止	DI開關量	停止指令	獨立無源干接點
8	復位	DI開關量	故障復位指令	獨立無源干接點
9	急停	DI開關量	緊急停機并聯跳高壓	獨立無源干接點
10	頻率給定	AI（4~20mA）	對應頻率給定0~50Hz	模擬量信號
11	頻率反饋	A0（4~20mA）	對應輸出頻率0~50Hz	模擬量信號
12	電流反饋	AO（4~20mA）	對應0~2倍的電機額定電流	模擬量信號

 

四、 現場應用照片

五、 采用變頻后應用效果

（1）實現了系統(tǒng)的平穩(wěn)啟動。該設備為新機配套，由于系統(tǒng)電網配置小，工頻直接啟動，電流大約為額定電流的5-7倍，在風門開啟時根本啟動不了。而采用變頻啟動，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。

（2）運行中調速平滑、連續(xù)，.可依據工藝需要平滑的調節(jié)變頻器的頻率，進而無級的調節(jié)電機轉速，使SO2鼓風機、一冷風機和二冷風機送風量得到無級平滑的調節(jié)，提高了調節(jié)精度，減少了對風門及系統(tǒng)的沖擊，極大的保護了風道系統(tǒng)，免受沖擊損害。

（3）簡化了操作系統(tǒng)，精簡了控制程序，減輕了工人的勞動強度，特別是自動控制的應用，提高了整個系統(tǒng)的自動化程度，實現了變頻器無人值守。

（4）節(jié)能顯著。

對風機\泵類負載，由流體力學知，流量與轉速成正比，管壓與轉速的平方成正比，而軸功率與轉速的立方成正比。

現系統(tǒng)運行在40Hz ,因此變頻運行下的功率

P變=（40/50）3P工=0.83P工=0.51 P工

當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，基本達到了預期的節(jié)能效果。

總之，使用變頻器后，實現了軟啟動，運行平穩(wěn)，節(jié)約電能，是實現自動化控制的較理想設備，值得在各種領域大力推廣。

六、結束語

50年來我國有色行業(yè)利用含SO2冶煉煙氣生產工業(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，相應地用含SO2煙氣生產硫酸也將較快地發(fā)展，如何繼續(xù)提高總硫的利率、改善生產工藝，降低對環(huán)境的影響、在提高產能的同時，節(jié)能減排等問題已成為今后行業(yè)重點關注的問題。實踐證明，采用高壓變頻技術對高能耗、主要工藝用電設備進行改造，不僅能改善生產工藝，提高總硫的利率、降低企業(yè)能耗和保護環(huán)境，而且還對設備的安全、可靠運行，減少設備故障等都起到了積極的作用。

參考文獻：

【1】  《GD5000系列高壓變頻器產品說明書》     深圳市英威騰電氣股份有限公司

【2】  《綜合利用冶煉煙氣生產硫酸》            林河成, 2001,(2):17-20.0

【3】  《硫酸生產的發(fā)展》                      郭景芝  ,2005,(2):1-6

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關于英威騰：

英威騰，成立于2002年，致力于成為全球領先、受人尊敬的工業(yè)自動化和能源電力領域的產品與服務提供者，2010年在深交所A股上市，股票代碼：002334。英威騰是國家火炬計劃重點高新技術企業(yè)，目前擁有15家控股子公司，分駐于全國的12大研發(fā)中心，申請各類專利700多件，依托于電力電子、電氣傳動、自動控制、信息技術等關鍵技術，主要產品涵括高中低壓變頻器、電梯智能控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、PLC、HMI、SVG、UPS、電機和電主軸、光伏逆變器、節(jié)能減排在線管理系統(tǒng)、軌道交通牽引系統(tǒng)、新能源汽車電控系統(tǒng)等。英威騰現有員工2000多人，大型生產基地3個，營銷網絡遍布國內及海外60多個國家和地區(qū)。