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一、前言
隨著國家宏觀調控政策的實施，政府對各個高能耗企業的清潔生產與節能生產愈加關注，并制定了節能降耗指標。煉鋁業是高耗電的行業，隨著國家節能減排政策力度的加大及能源日趨緊張，各個鋁廠都面臨著緊迫的節能降耗壓力。
二、鋁電解煙氣凈化系統過程及現狀
鋁電解過程中放出的煙氣有氣態物和固態物。鋁電解時產生陽極氣體，它含H2F2、SiF4、CF4、CO2等，還有瀝青揮分及各種粉塵，使電解廠周圍環境受到危害，威脅操作人員的健康，因此鋁廠煙氣應得到合理的處理。
現代鋁電解工業生產流程圖
1、煙氣凈化系統的簡介
我國電解鋁廠產生的煙氣有兩種凈化方式：一是采用干法凈化，二是采用濕法凈化。濕法凈化在20世紀70年代是凈化鋁廠煙氣的主要方法。這一方法雖然凈化了煙氣，卻又產生了廢水，還需凈化，投資大、運行費用高。隨著生產的發展，我國電解鋁廠都向大型預焙槽方向發展，都要采用干法凈化。干法凈化就是用鋁電解槽的原料氧化鋁作為吸收劑，吸附煙氣中的HF氣，并截留煙氣中的粉塵，吸收了氟化氫的氧化鋁作為原料加到電解槽中。干式凈化法具有流程短，設備簡單，凈化效率高，截留下來的氟又返回電解槽，節約一氟鹽，為大型預焙電解槽普遍采用。
2、工藝簡介
電解槽電解反應后產生煙氣的粉塵，在離心鍋爐風機（以下簡稱排煙機）的負壓作用下，該煙氣經過袋濾室下的VRI 反應室進行吸附反應，利用布袋實現煙氣的氣固分離，利用排煙機將煙氣排入大煙囪，完成煙氣凈化的工藝。
凈化排煙機是電解車間煙氣凈化系統的關鍵設備，是煙氣能否有效凈化和氟鹽能否有效回收的保障。現有排煙機系統在運行過程中主要存在以下幾方面的問題。
（1）、設計流量余量過大，而現有的控制方式則是不論生產的需求大小，風機都在額定功率（轉速）下運轉，風量調節采用入口多葉式調節閥，從而造成大量電能的浪費。
（2）、啟動電流過大，采用水阻軟啟動方式，啟動電流較大，不僅對電網造成巨大沖擊，而且對電機本體結構和風機軸承箱造成一定損壞，同時使電動機電源側開關損壞時有發生，有時甚至導致配電回路跳閘，造成整個凈化系統失電，停止運行，嚴重影響了生產的正常運行。
（3）、保護系統簡單只有過流保護器對設備進行過流保護，設備運行的安全性和可靠性較低。
（4）、系統無法保證恒壓系統運行當中，由于排煙機轉速無法調整，系統的壓力將無法調節，相關參數無法進行有效控制，對凈化系統的凈化效率有很大影響。
3、對高壓變頻器的要求
排煙機是煙氣凈化系統的動力中樞，一旦排煙機不能正常運行，不但影響生產，造成巨大的經濟損失，還有可能威脅到現場生產人員的人身安全；另外，調速系統工作的環境比較惡劣；同時煙氣凈化系統又周期性的振打收集鋁粉。所以，和排煙機配套的高壓調速系統，要求具有極高的可靠性。基于以上工作特點，對變頻調速系統的主要要求如下：
（1）、要求變頻器要有高可靠性，長期運行無故障；
（2）、要求變頻器有旁路功能，一旦出現故障，可使電機切換到工頻運行；
（3）、調速范圍要大，效率要高；
（4）、有共振點跳轉設置，能使電機避開共振點運行，讓風機不喘震。
三. 項目改造方案
1、拖動設備
山東某鋁業廠電解二車間煙氣凈化系統設計為8臺三相高壓異步電動機拖動，其參數為：額定電壓10KV，額定功率900KW，額定電流65A ,功率因數：0.86，在日常生產中通常投運4臺（4臺備用）就能滿足煙氣凈化需要，風機之間通過煙道并聯，其凈化系統負壓是通過各風機分煙道蝶閥開閉調節，其各個分煙道蝶閥開度只能憑操作人員實際經驗判斷和控制。
2、 技術改造方案設計
（1）、變頻器配置
根據現場的額定參數和實際運行工況，經研究、討論確定為其改造設備配置如下變頻器，其主要地參數如下：
序號 | 項目 | 參數 |
1 | 變頻器型號 | HE1000-0900G-T16 |
2 | 額定容量 | 900kVA |
3 | 額定電壓 | 10KV |
4 | 額定電流 | 65A |
5 | 變頻器數量 | 4臺 |
6 | 拖動方式 | 一拖二手動 |
說明 | 該配置高壓變頻器只能拖動一臺風機在線運行，另臺風機作備用。 | |
（2）、變頻器切換方式說明
根據現場的額定參數和實際運行工況，提供的HE1000系列變頻器配置的切換控制旁路系統采用一拖二手動方案，其電氣主回路原理如下圖所示：
高壓變頻一拖二手動切換旁路系統圖
? 變頻器由用戶開關、一拖二手動切換旁路柜、HE1000系列高壓變頻器、高壓電機組成。
? 一拖二手動切換旁路柜是由六個刀閘QS1、QS2、QS3、QS4 、QS5、QS6組成。
? 該柜嚴格按照“五防”聯鎖要求設計，完全能夠保證變頻調速系統安全運行。
QS3與QS2具備閉鎖功能，不能同時閉合；
QS6與QS5具備閉鎖功能，不能同時閉合；
QS1、QS2與QS4、QS5具備閉鎖功能，不能同時閉合；
? 采用以上主回路方案，可以實現以下幾種運行方式：
（1）、1#風機變頻運行時：由QF1、QS1、QS2、QS6組成。其中QS6用于旁路快速閉合2#風機備用。
（2）、1#風機工頻運行時：由QF1、QS3組成。
（3）、2#風機變頻運行時：由QF2、QS4、QS5、QS3組成。其中QS3用于旁路快速閉合1#風機備用。
（4）、2#風機工頻運行時：由QF2、QS6組成。
? 變頻器在運行中發生故障時，將其故障開關量信號發送給上級用戶開關跳閘，由于備用風機的變頻旁路開關已是合上，再由原控制系統快速起動備用風機運行，由于變頻風機停機，慣性作用下吸收煙量下降，備用風機快速起動，通過原有控制系統進行控制該閥門調節流量 ,保證生產正常運行。
（3）、變頻器控制方式
通過變頻器的手動切換旁路柜進行手動切換拖動相應負載,采用現場遠程操作箱平臺進行變頻器起停啟動、停止、調整電機轉速。直接在遠程監控室上安裝操作箱，該方案改造方便，不需要改動原有控制系統，只需要將控制給風機的閥門全打開，通過操作箱平臺進行調整電機轉速來控制該流量。
控制線路配置圖
（4）、變頻器頻率控制方式
將變頻器輸出電流、輸出頻率等信號送至遠程監控室上, 通過值班電工根據煙氣凈化系統煙氣量情況判斷,通過遠程控制操作箱手動調節頻率給定信號, 從而達到滿足給風機需要的流量和壓力要求。
特點：手動調節方式不需要檢測現場的控制信號，控制簡單，根據現場需要的流量（壓力），結合變頻器運行頻率與流量（壓力）關系，調節變頻器頻率即可，一般適用于生產量變化不大，現場運行頻率比較穩定，不需要頻繁調節的工況。
四、變頻器改造后的經濟效益
1、測時效果
為了對凈化排煙機系統變頻改造后的效果進行評價，在系統投入正常運行一個月后對設備實際使用和節電情況進行了測定和數據分析。
由于整個電解二車間煙氣凈化系統在日常生產中通常投運4臺（4臺備用）就能滿足煙氣凈化需要，每臺風機負載變化基本相同，即每臺變頻器的工頻變頻所耗電也是基本一樣的，現隨機抽取一臺變頻風機在正常生產日時，將系統切換至工頻運行系統采用擋板控制調節風量，現場通過測量儀表進行測量數據如下表:
調節方式 | 輸入電流 | 輸入電壓 | 輸入功率因數 |
閥門調節 | 52A | 9970V | 0.84 |
變頻調節 | 31.2A | 9972V | 0.96 |
測試結果表明,
（1）、電機工頻狀態下的耗電量計算：
計算公式： 
（KW）＝ 1.732×U×I×cosφ÷1000
電機功耗：
＝ 1.732×U×I×cosφ÷1000＝ 1.732×9970×52×0.84÷1000
＝754.26 kW
（2）、變頻狀態下的耗電量計算：
計算公式：
（KW）＝1.732×U×I×cosφ÷1000
電機功耗： ＝ 1.732×U×I×cosφ÷1000＝ 1.732×9972×31.2×0.96÷1000
＝517.31kW
2、節能收益：
凈化排煙機在閥門調節和變頻調節的節能比較如下表:
項目 | 單臺凈化排煙機 | 4臺凈化排煙機 |
合計 節電率 | ×100%＝(754.26-517.31) ÷754.26×100%＝31.41% | 31.41% |
合計每年 可節電量 | 年度節電量為＝改造前耗電量×節電率×運行時間÷10000 ＝754.26×31.41%×300×24÷10000＝170.57萬kWh | 682.28萬kWh |
合計每年 可節電費 | 年度節能效益為＝改造后節省年度節電量×電費單價 ＝170.57萬kWh×0.47元/度＝80.16萬元 | 320.64萬元 |
合計每年 可節標煤 | 年度節電量折標煤為＝年節電量×按0.366g標煤／kwh ＝170.57萬kWh×0.366g標煤／kwh＝624.28噸 | 2497.12噸 |
說明：1、電價按0.47元/度， 每年運行時間為運行天數300×24小時。 | ||
3、其他效益
u 由于采用變頻控制，可對風量進行精確控制，而且與閥門控制相比更直觀、方便調節風機風量來滿足生產需要；
u 由于采用了變頻技術，電機實現軟啟動，不存在啟動電流沖擊；減少了風機出口壓力瞬間提高對風機的沖擊，從而延長了風機和其他設備的使用壽命;
u 由于風機轉速降為原來的75％，大大減少了風機管道振動頻率和噪聲，延長風機、電機軸承的機械壽命；
u 由于旁通閥門幾乎不操作，減少了風道的振動與磨損腐蝕，提高了機械壽命，SO2 溫度降低后對風道和管路閥門的腐蝕作用減小。
4、節能建議
變頻器所驅動的設備需要工作在一個良好的狀態下。根據我們以往案例的經驗，設備的老化、風道的阻塞、漏風會嚴重影響變頻器的節能效果，所以，要定期對設備進行維護、清理阻塞、治理漏風以使變頻器達到理想的節能效果。
變頻器要定期保養和維護，同時應對操作人員進行定期考核及培訓，以免由于保養、維護或操作方面的失誤造成變頻器故障，致使變頻器所驅動的設備工作于工頻狀態下，影響整體節能效果。
五、結束語
可見，投入四臺深圳市邁凱諾電氣股份有限公司生產的HE1000系列高壓變頻器后，該設備全年節約電費均可達239.64萬元左右。另外，功率因數可達0.95以上，大于電機功率因數0.89，減少大量無功。并且實現電機軟啟動，可避免因大電流啟動沖擊造成對電機絕緣的影響，減少電機維護量，節約檢修維護費用，同時電機壽命大幅度延長。減輕了運行人員的勞動強度，深受運行人員和維修人員的歡迎。凈化排煙機機經變頻器改造后，節能效果顯著，達到設計要求，該系列變頻器的先進性、可靠性已得到許多工業應用的證實。
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