电解铝烟气净化系统高压排烟风机变频调速节能改造

汤其富

摘要：在电解铝的生产中，其净化系统必须能够按照实际负荷来调节所需风量。传统的高压排烟风机需要保持满负荷运行状态，并依赖风门来调节风量，这种经济性较低的运行方式会造成大量能源的浪费。因此需要采用变频调速方式来技术改造，通过调节电机转速来实现对风量的准闭环乃至闭环控制，使净化系统的运行更加经济合理，并减少对能源的消耗，从而实现节能改造的目的。

关键词：电解铝；净化系统；高压排烟风机；变频调速；节能改造

近年来我国在计算机技术、网络信息技术以及自控技术等方面取得了长足的进步，客观上促进了交流传动等先进技术的发展。传统的直流调速技术和模拟控制等技术已经无法满足生产领域的实际需要，而交流调速和数控技术在生产实践中得到了越来越广泛的推广应用。特别是对电机进行节能改造、优化工艺流程的过程中，交流调速技术的应用能够使生产环境得到明显的改善，并有利于产品质量的提高，对于推动电机传动技术的发展具有十分重要的作用。因此某电解铝生产厂家决定采用变频调速技术对其净化系统高压排烟风机进行技术改造，以达到节能降耗、优化风机运行模式的目的。

一、某电解铝厂目前在烟气净化系统高压排烟风机运行中存在的主要问题分析

电解铝的烟气净化系统高压排烟风机需要根据其负荷变化来调节风机流量，以保证电解铝生产的正常进行。目前该电解铝厂的烟气净化系统高压排烟风机主要采用的是控制挡板以及阀门开度方式来实现流量调节，这种节流调节方式在运行过程中存在很多不足之处，难以满足电解铝生产的实际需要。

（一）能源浪费严重

由于在传统的烟气净化系统设计中所采用的高压排烟风机以及相关的设备的额定容量必须比实际需求量大，且配套的拖动电机设备还需要进一步增加容量，因此在实际运行过程中必须将阀门以及风门关小以调节流量，这导致阀门以及风门在正常工况下仅能保持40%到70%左右的开度，造成了电能在节流调节过程中的严重浪费[1]。

（二）难以实现对系统运行的精确控制

在节流调节方式下，流量与风门开度之间的关系主要呈现非曲线形特点，执行机构的传动间隙也会影响其风门开度控制的精确性和灵敏性，因此难以快速精确的控制流量。

（三）系统的运行方式不经济

该电解铝厂的烟气净化系统在原设计中需要保证其最大流量需求，而高压排烟风机以及相关设备在运行过程中则是按照实际工况来调节流量，因此浪费了大量的能源。同时节流调节方式还会造成风机在启动过程中受到电流的冲击。而且在进行节流调节时，主要是对流量进行阶段性调节，不仅难以快速达到调节目的，还会造成系统的运行状态不稳定[2]。为了解决该电解铝厂烟气净化系统高压排烟风机在实际运行过程中存在的这些问题，需要采用具有较宽调速范围的变频调速技术对其进行节能改造，以提高系统运行方式的经济性。

二、电解铝烟气净化系统高压排烟风机变频调速节能改造

（一）某电解铝厂基本概况

某电解铝厂的生产线为420kA，配备有烟气净化系统2套，在各套系统中均有4台高压排烟风机，其额定压力为10kV。该铝厂的烟气净化系统总管负压通常在-1.8kPa到-1.9kPa左右，采用的是风门调节方式。该系统在运行过程中存在负荷浪费以及流量调节方式不合理等问题，因此决定采用变频调速技术对其进行节能改造。

（二）电解铝烟气净化系统高压排烟风机变频调速节能改造

在本次节能改造中按照一拖一方式在烟气净化系统中安装了高压变频设备8台，并对其采取了准闭环以及闭环控制方式，通过调节电机转速来控制风量，从而优化了系统运行模式，提高了系统运行的经济性和合理性。

1、减少高压排烟风机在运行过程中的能源消耗

该电解铝厂目前所使用的烟气净化系统主要是利用高压排烟风机的风门来调节风量，由于需要对抗风门阻力问题，因此这种调节方式消耗了大量的风机功率。而对其进行变频改造后，可以实现全开风门，并采用对电源频率进行调节的方式来控制风量，从而可以使风机功耗明显降低，达到节能改造的目的[3]。

2、减少电机启动对系统设备的冲击

对烟气净化系统高压排烟风机进行变频改造后，通过变频调速技术可以使电机在启停阶段受到的电流冲击明显减少。而且由于改造后系统改用了软启动方式，启动电流将被控制在额定电流以内，因此电机设备受到机械启动转矩的影响相对较小，不仅能够降低启动损耗，而且也可以使电机使用年限延长，从而达到节能降耗的目的。

3、提高净化系统运行的稳定性

对烟气净化系统高压排烟风机进行变频改造后，实现了对系统内部压力状态的动态检测。同时可以利用PID调节功能来提高系统运行的稳定性。此外在本次改造中，在电机以及启动柜间设置了变频装置，并将其与电气设备串联在一起，同时还加设了相应的工频旁路，这样当变频装置发生故障时就能够切换至工频旁路上继续工作，从而为系统运行的安全性和连续性提供了可靠的保障[4]。

4、提高系统设备利用率

该电解铝厂采用的是电压源型变频设备，其功率因素通常在0.96左右，而经过变频改造后的烟气净化系统高压排烟风机在不需要加装无功补偿设备的情况下，其功率因素就能够达到电网运行要求，这样可以使变压器等电气设备得到更加充分的利用，不仅可以减少线损，而且能够有效控制电气设备的运行成本。

5、为系统设备的维护管理创造便利条件

在对烟气净化系统高压排烟风机进行变频调速节能改造后，风机的损耗将明显降低，而且该变频调速装置还具有系统故障自动诊断功能，能够更好的为系统提供保护，节约了设备的维修管理成本。同时通过变频调速改造，还能够对电机等设备进行有效的接地、缺相以及过载过流过压过热保护，防止设备在高风险状态下持续运行，减少了设备的损耗。此外该变频设备还能够准确提供设备故障信息，为故障点定位、故障原因分析提供指示帮助，从而为检修人员的故障排除创造便利条件。

（四）分析电解铝烟气净化系统高压排烟风机变频调速节能改造效果

该电解铝厂的烟气净化系统高压排烟风机在进行变频调速节能改造后，按照设备每天运行24小时计算，该厂每臺风机每年可以节约250万度左右的用电量，每台风机全年能够节约电费75万元左右，而8台风机的总电费则减少了600万元左右，有效降低了企业的生产成本，扩大了企业的利润空间，为企业实现可持续性发展创造了良好的条件。

三、总结

由于变频调速技术具有良好的调速能力，不仅能够有效提高功率因数，改善电机设备的运行效率以及启停控制性能，而且其还能很好的适应不同工况下的调速需要，因此在生产领域得到了广泛的应用。某电解铝厂在应用变频调速技术对净化系统的高压排烟风机进行了技术改造后，优化了电机的运行方式，并且实现了对电机的精确控制，不仅可以十分便捷的通过调节电机转速来对所需风量进行合理控制，而且有效减少了对能源的消耗，极大的提高了系统运行的经济性和节能效果，从而为企业创造了更大的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]解安伟,吴生杰.浅析电解铝烟气净化自动控制系统设计[J].智能城市,2018,4(22):20-21.

[2]安琳,李晓荃,刘岩,路向阳.基于PLC的电解铝烟气净化控制系统设计[J].自动化应用,2018(2):44-45.

[3]朱超.基于PLC控制的电解铝工业烟气净化系统的研制与应用[J].技术与市场,2015,22(8):66-67.

[4]平祝华.电解铝烟气净化系统高压排烟风机变频调速节能改造[J].轻金属,2011(S1):333-335.