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焦化厂风机变频改造案例分析

www.cechina.cn2009.07.09阅读 20748

   一、概述
  炼焦过程是炼焦煤在炭化室经过干燥脱水、软化熔融、半焦化和半焦收缩成焦等阶段。在200摄氏度以前,煤表面的水分、吸附在煤中的二氧化碳、甲烷等析出。随着进入软化熔融阶段,在此阶段中,煤大分子侧链断裂和分解,产生热解产物,在半焦形成和开始缩聚之前,热解产生的蒸汽和煤气

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,主要含有甲烷、一氧化碳、化合水及焦油蒸汽等。温度继续升高CONTROL ENGINEERING China版权所有,析出的气体中氢和苯蒸汽的含量增加。在半焦至焦碳阶段中,随着焦质致密、缩聚,氢大量的产生。在炭化室炼焦的特定条件下,上述初次分解的产物,通过赤热的半焦及焦碳层到达炉墙边,然后沿着高温的炉墙与焦碳之间的空隙到达炉顶空间。
  炭化室出来的荒煤气首先在桥管处被大量的循环氨水喷洒。在次过程中,热煤气与70~75摄示度的呈细雾状的氨水接触,高温煤气放出热量,使氨水雾滴迅速升温和汽化,结果,煤气温度降到80~85摄示度,未被汽化的氨水温度升高到75~78摄示度。煤气中的焦油气约为50~60%被冷却下来,部分焦油与煤尘和焦炭粒混在一起构成焦油渣。煤气经初冷器后温度可降至30摄示度,此时,轻质焦油和氨水就冷凝下来。炼焦炉出来的焦炉煤气经集气管、吸气管、初冷
器、捕焦油器、回收氨和苯的系统等一系系列的设备,然后才能变成净煤气送给不同的用户,或送至贮罐。在这一过程中煤气要克服许多阻力才能达到用户的地点,为此,煤气应具有足够的压力。另外

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,为了使焦炉内的荒煤气按规定的压力制度抽出,要是煤气管线中具有一定的吸力,因此,必须在焦化工艺的流程中,选择合理的位置设置鼓风机,一般焦化厂鼓风机的位置选择在初冷器之后和捕焦油器之前,这是因为此时鼓风机的负荷较小,电捕焦油器处于正压状态下操作,比较安全。
  二、现状
  某焦化厂炼焦炉鼓冷系统有400kW离心风机两台控制工程网版权所有,一用一备,安装在两台初冷器之前,即一台鼓风机同时对两台初冷器中的煤气进行抽取。工艺上要保证初冷器内维持120Pa正压,则鼓风机需要调速,原系统采用液力偶合器调速。另外

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,还要求两台初冷器内的正压相同,均为120Pa。原系统是在初冷器的出口处设置手动阀门用人工调节,在调节过程中,不仅要调节阀门的开度,还要同时调节液力偶合器的油压,以此调节风机的转速。阀门和转速都要调节,二者又有一定的偶合度,常常顾此失彼,很难达到工艺要求。另外

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,液力偶合器调速的稳定性较差及调速的不方便,而且效率低,为满足生产工艺的要求和节能,需要对其进行改造。
  三、改造方案
  为节能考虑,将液力偶合器调速改为变频调速。为控制两初冷气内的压力,采用压力闭环控制和电动阀结合控制,该方法是在1#初冷器和2#初冷器上安装两只压力变送器,变送器压力值代表初冷器内的压力值。以1#初冷器变送器的反馈值来控制变频器的输出频率,使其稳定在120Pa的压力上。但是1#初冷器和2#初冷器的出口风道是并联的,由于某些因素,1#初冷器和2#初冷器的压力值可能不相等,这时

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,由调节器送出的信号到2#初冷器电动调节阀,调节器阀门的开度,使1#初冷器和2#初冷器的压力值相等。但是电动阀的调节影响总压力值,2#初冷器出口处的压力变送器将检测到的压力信号送变频器,由变频器使风机电机升速或降速,维持工艺要求的压力值在120Pa。调节过程要经过几次的反复调节CONTROL ENGINEERING China版权所有,无需人工介入,都是自动进行的。炼焦鼓冷系统控制示意图如图1所示:

炼焦鼓冷系统控制示意图


  四、液力偶合器
  液力偶合器是通过控制工作腔内工作油液的动量矩变化,来传递电动机能量并改变输出转速的

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,电动机通过液力偶合器的输入轴拖动其主动工作轮,对工作油进行加速,被加速的工作油再带动液力偶合器的从动工作涡轮,把能量传递到输出轴和负载,这样CONTROL ENGINEERING China版权所有,可以通过控制工作腔内的油压来控制输出轴的力矩,达到控制负载的转速的目地。因此液力偶合器也可以实现负载转速无级调节,在变频器未应用以前,液力偶合器不失为一种较为理想的交流电机调速方式。
  液力偶合器从电动机输出轴取得机械能CONTROL ENGINEERING China版权所有,通过液力变速后送入负载,其效率不可能为1;变频器从电网取的电能,通过逆变后送入电动机其效率也不可能是1。在全转速范围内,变频器的效率变化不大,变频器在输出低转速下降时效率仍然较高,例如:100%转速时效率97%,75%转速时效率大于95%,20%转速时效率大于90%;液力偶合器的效率基本上与转速成正比,随着输出转速的降低,效率基本上成正比下降。例如:100%转速时效率95%,75%转速时效率约72%,20%转速时效率约19%。液力偶合器用于风机、泵类负载,由于其轴功率与转速的三次方成正比,当转速下降时,虽然液力偶合器效率与转速成正比下降,但电动机综合轴功率还是随着转速的下降成二次方比例下降控制工程网版权所有,因此在变频器取代液力耦合器调速时,计算节能时,电机轴功率与转速的一次方成正比。
  五、改造方案的电气原理图和控制原理
  1﹑变频器采用森兰SB61P400KW。考虑到
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