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(shù)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(shù)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(nèi)外先進技術(shù)和裝備，大大改變了我國冶煉煙氣制酸的技術(shù)狀況。但在實際的生產(chǎn)過程中，根據(jù)煙氣中含硫的濃度、吸收塔的效率、轉(zhuǎn)化器的效率、生產(chǎn)周期等因素，需經(jīng)常對相關(guān)的風機、水泵等設備進行調(diào)整、變化，以滿足工藝要求。傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式主要是采用進、出口風門擋板調(diào)節(jié)或者是采用液偶調(diào)節(jié)來控制風量，調(diào)節(jié)精度差、效率低，造成管網(wǎng)內(nèi)部氣流紊亂， 風機喘振等現(xiàn)象。大量應用標明，采用變頻器改變電機轉(zhuǎn)速來調(diào)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(chǎn)能力，全國同行業(yè)排名第六，占據(jù)山東省28%的市場份額。
該銅業(yè)采用氧氣底吹熔煉技術(shù)將年產(chǎn)5萬噸設計能力，擴大到了年產(chǎn)10萬噸規(guī)模。且整個流程是完全密閉的，生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的煙氣污染可以降到最低。同時，因為煙氣的主要構(gòu)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(chǎn)出的副產(chǎn)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(shù)”，這項技術(shù)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(chǎn)工序流程可分為：凈化工段、干吸工段、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化器—一吸收塔—轉(zhuǎn)化器—二吸收塔—尾氣排空。
其中，在轉(zhuǎn)化工段，從SO2鼓風機出來的冷SO2氣體俗稱一次氣，經(jīng)過催化后轉(zhuǎn)化成SO3，再經(jīng)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(jīng)過二次催化轉(zhuǎn)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(jīng)常進行調(diào)節(jié)以滿足工藝需求。然而采用傳統(tǒng)的擋板調(diào)節(jié)或是液偶調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)精度差、效率低、維護量大，經(jīng)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(xiàn)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(xiàn)場軟啟動器配合使用。
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(diào)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(zhuǎn)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(jīng)反應了的SO2對起始SO2總量的百分比叫做總轉(zhuǎn)化率。為了提高總轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)變頻器輸出轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)SO2的輸入量，提高總轉(zhuǎn)化率。
其他變頻器與上位機連接I/O點信息如下：
四、 現(xiàn)場應用照片
五、 采用變頻后應用效果
(1)實現(xiàn)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(wǎng)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(diào)速平滑、連續(xù)，.可依據(jù)工藝需要平滑的調(diào)節(jié)變頻器的頻率，進而無級的調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)，提高了調(diào)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(xiàn)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(zhuǎn)速成正比，管壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。
現(xiàn)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(xiàn)了軟啟動，運行平穩(wěn)，節(jié)約電能，是實現(xiàn)自動化控制的較理想設備，值得在各種領域大力推廣。
六、 結(jié)束語
50年來我國有色行業(yè)利用含SO2冶煉煙氣生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)工藝，降低對環(huán)境的影響、在提高產(chǎn)能的同時，節(jié)能減排等問題已成為今后行業(yè)重點關(guān)注的問題。實踐證明，采用高壓變頻技術(shù)對高能耗、主要工藝用電設備進行改造，不僅能改善生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)硫酸》 林河成, 2001,(2):17-20.0
【3】 《硫酸生產(chǎn)的發(fā)展》 郭景芝 ,2005,(2):1-6
（轉(zhuǎn)載）
