1 引言
焦爐在裝煤和出焦過程中，在裝煤孔和出焦處產生大量的高溫陣發性煙塵，煙氣中主要污染物有粉塵、苯可溶物、苯并吡等，嚴重污染工作區和工廠周圍環境，影響區域較大，危害工人和居民的身體健康。
國家衛生部、勞動人事部、財政部和全國總工會聯合頒布的文件，已將肺癌列為焦爐工人的職業病。國家非常重視解決焦爐煙塵污染問題，徹底治理焦爐煙塵污染問題已成為各焦化廠刻不容緩的環保課題。
近年來，焦爐裝煤、出焦設備一般都配置煙塵捕集裝置和地面站煙氣凈化設施，通過這些措施使外排氣體達到國家要求標準，但是在實際操作過程中，由于技術和運行成本的制約，地面站除塵系統運行成本比較高，采取先進手段對設備進行調速改造，是非常必要的。
2 焦化地面站除塵風機調速方案選擇
焦化地面站除塵風機用于裝煤、焦炭出焦時除塵使用。除塵風機在不裝煤、推焦時，只需要很低的風量，為了降低除塵系統的運行成本，需要對除塵風機進行調速。
變頻調速技術是20世紀年代末興起的一種新型電力傳動調速技術，它以轉矩大、精度高、功能強、可靠性高，操作方便，便于通訊等功能優于以往的傳統調速方式(如變極調速、調壓調速等)。變頻調速運行，是根據負載轉速的變化要求，改變供電電流的頻率，并配合電壓的調節，以獲得合理的運行工況。在不同的轉速情況下，均保持較高的運行效率。變頻控制技術的應用，不僅降低了電能消耗，同時能改善啟動性能，保護電動機及負載設備免受瞬時啟動沖擊，延長其工作壽命，還提高電動機及負載設備的工作精確度。
經過多方比較性價比，通過招標方式，選用了中國名牌產品-山東新風光電子科技發展有限公司生產的jd-bp38-800f型高壓變頻器，改造取得了成功。
圖1 裝煤除塵工藝流程
3 正泰焦化地面站二合一除塵系統工藝流程
3.1裝煤除塵工藝流程
裝煤時，爐頂消煙除塵車行走到出焦后待裝煤的炭化室相應位置后，放下吸煙車的燃燒收集套筒，伸縮套筒與機側吸口接通，接通凈煤氣并點火，此時爐頂吸塵車出口可伸縮套筒與焦側集塵干管上裝煤煙氣轉換翻板閥接通，同時傳感器向地面除塵站中央控制室發出電信號，此時風機由自控系統所發出的指令開始由低速轉為高速運轉。裝煤開始后，焦爐裝煤孔散發的煙塵，通過密封套筒進入煙塵收集車，先在燃燒器內燃燒，再經過風冷后送入地面除塵站，經過蓄熱式冷卻器脫除火屑，再進入脈沖袋式除塵器凈化，最終由風機通過高煙囪排放。除塵器收集的粉塵打包外售。裝煤完畢后收回套筒，同時傳感系統向地面站發出電信號，風機轉入低速運轉待機狀態。裝煤除塵工藝流程框如圖1所示。
圖2 出焦除塵工藝流程
3.2出焦除塵工藝流程
入爐煤經過高溫煉制成焦后，攔焦車移動至需要出焦的炭化室相應位置，導焦柵對準即將出焦的炭化室，攔焦吸塵罩上方的雙出口伸縮套筒與集塵干管上的煙氣轉換閥接通的同時，傳感器向地面除塵站系統發送電信號，風機由自控系統發出的指令開始由低速逐漸升高達到額定轉速。同時吸塵罩上部的導向風機啟動。推焦車將紅焦從炭化室推出，焦碳通過導焦柵落入熄焦車車廂內，所產生的煙塵及爐門框上方產生的煙塵在熱浮力及風機的抽吸作用下，在吸塵罩內集結緩沖，由無組織狀態變為有組織收集后，通過出焦煙氣轉換閥，進入集塵管，送入地面除塵站，經過蓄熱式冷卻器脫除火屑，再進入脈沖袋式除塵器凈化，最終由風機通過高煙囪排放。除塵器收集的粉塵打包外售。推焦完畢后收回套筒，同時傳感系統向地面站發出電信號，風機轉入低速運轉待機狀態。出焦除塵工藝流程框如圖2所示。
圖3 旁路柜一次回路圖
4 地面站除塵風機改造設備參數
4.1除塵風機電機參數
地面站除塵風機設備參數如表1、表2所示。
表1 電機參數
表2 風機參數
4.2風光牌jd-bp38-800f 高壓變頻器技術參數
山東新風光是國家高新技術企業，生產的風光牌jd-bp38系列高壓變頻器榮獲“中國名牌”稱號，高壓變頻器以高速dsp為控制核心，采用無速度矢量控制技術、功率單元串聯多電平技術，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標遠小于iee519-1992的諧波國際標準，輸入功率因數高，輸出波形質量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機。
jd-bp38-800f 高壓變頻器技術參數如表3所示。
表3 jd-bp38-800f 高壓變頻器技術參數
5 高壓變頻器技術改造方案
除塵風機是除塵凈化系統的動力中樞，一旦除塵風機不能正常運行，不但影響生產，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；同時焦爐又周期性間斷推焦、裝煤；所以，和除塵風機配套的高壓變頻調速系統方案應周密細致，經過雙方技術人員的合作，制定了地面焦化除塵風機的技術改造方案。
5.1高壓變頻改造主回路方案
風光高壓變頻調速系統由一次回路進線柜(旁路柜)、變壓器柜、變頻單元柜和操作控制柜組成。旁路柜在變頻器維護過程中或變頻器出現故障時，將電機投入到工頻電網運行，保證生產不受影響。變頻運行時，變頻器為電機提供全面的保護。高壓變頻器旁路柜一次回路如圖3所示。
dl：用戶高壓真空斷路器；
k1、k2、k3：高壓變頻器內置高壓隔離開關；
bpq：jd-bp38-800f高壓變頻器；
d：800kw/10kv異步電動機。
圖3手動旁路柜中，共有3個高壓隔離開關，為了確保不向變頻器輸出端反送電，k2與k3采用電磁互鎖操動機構，實現電磁互鎖。當k1、k3閉合，k2斷開時，用戶電源通過原用戶高壓柜，給高壓變頻器送電，電機變頻運行；當k1、k3斷開，k2閉合時，用戶按工頻啟動方式啟動原水電阻，電機工頻運行，此時變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護和調試。
旁路柜必須與上級高壓斷路器dl連鎖， dl合閘時，絕對不允許操作旁路隔離開關與變頻輸出隔離開關，以防止出現拉弧現象，確保操作人員和設備的安全。
5.2除塵風機工藝要求
除塵風機用于裝煤、焦炭出焦時除塵使用，推焦和裝煤操作不同時進行，執行先推焦后裝煤的原則。除塵風機在不裝煤、推焦時，只需要很低的轉速，根本不需要滿負荷運轉。利用高壓變頻器根據實際需要對除塵風機進行變速運行，既改善了工藝，又達到降低除塵風機的運行成本。
采用變頻器改造后，為了節省電能，除塵風機設計為高低速兩檔運行，不裝煤、出焦時，風機轉速約200 r/min；出焦或者裝煤時，風機升速至900 r/min。具體操作如下：
(1) 推焦除塵。風機平時在低速待機運行(20hz )。推焦機開始推焦時，推焦桿離開后限位給變頻器發出高速信號(45hz )，風機高速啟動, 同時給低壓控制柜信號，切換裝煤蝶閥，到推焦桿退回時降為低速。
(2) 裝煤除塵。當煤車集塵蓋液壓推桿啟動時，給變頻器發出信號，風機啟動到高速，同時給低壓控制柜信號，關閉出焦蝶閥。當裝煤車吸力達到要求的規定值時進行裝煤操作，加煤結束后，待液壓推桿收回后轉為低速。
(3) 排灰操作。地面除塵站排灰根據倉料位儀情況進行，重力除塵器排灰根據排灰情況而定，初步定為每周1次。風機停止后，不要馬上停卸灰系統，要讓卸灰系統繼續工作30min，以便將布袋積灰充分反吹干凈，積灰斗余灰全部卸完。
5.3 高壓變頻器操作
對除塵風機高壓變頻器操作具體實現過程如下：變頻器操作可以在本機控制，也可以遠程操作。變頻器包括一臺內置的plc，用于柜體內開關信號的邏輯處理，以及與現場各種操作信號和狀態信號(如rs-485)的協調，并且可以根據用戶的需要擴展控制開關量，增強了系統的靈活性。變頻器可選擇由控制室的上位機或操作臺進行操作。
6 設備改造后運行情況
6.1節能分析
從2009年6月31日正式投入運行以來，運行情況良好，基本達到改造的預期目的。
除塵風機只有在推焦車推焦或裝煤的時候需要高速，變頻器帶動風機高速運行使風機的吸力滿足工藝要求，達到除塵的效果。根據現場的實際考察，古縣正泰公司焦爐生產情況是：推焦車每天生產焦炭120爐，每一次往外推焦時都需要除塵風機高速運行，而且每一次推焦持續的時間是72s。焦爐每爐周期9min，72s要求除塵風機轉速900 r/min(45hz)；還有裝煤時也需要高速運行除塵操作，其余時間要求風機轉速200 r/min(20hz)。
除塵風機高壓變頻器改造前后，2009年和2010年同期相比，以噸焦炭電耗來分析節能數據 (單位kw.h/t焦炭)，如表4所示。
表4 焦化噸焦炭電耗(單位：kw.h/t焦炭)
從表4統計數據看，2009年1～6月同2010年1～6月相比較，噸焦炭電耗有較大幅度下降，下降達：20%，其中主要的節電是由高壓變頻器完成的。
以焦炭除塵風機消耗電量來分析節能效果，根據古縣正泰公司生產統計報表，2009年1～6月同2010年1～6月相比，公司2009年上半年焦炭產量為556285t，2010年上半年焦炭產量為557054t，產量基本相同，統計除塵風機消耗電量如表5所示。
表5 地面站除塵風機電耗(單位：kw.h)
從表5數據統計看，除塵風機節電率為：(2261541-1402158)/2261541=38%，6個月共節約用電86萬kw.h，平均每月節約用電14.3萬kw.h，年節電量可估算為：14.3×12=172萬kw.h。以電價0.4元/kw.h計算，地面站除塵風機年節電費：172×0.4=68.8萬元。
6.2地面站除塵系統的改造其他效果
(1) 電動機實現了真正的軟啟動、軟停止。避免了啟動時對設備的電氣和機械沖擊，使風機啟動平穩。
(2) 運行工況改善，工人勞動強度降低。
隨著焦爐生產除塵的需要，隨時調節風機的轉速，進而調節風機風量，滿足焦爐生產工藝的需要，降低了煉焦爐生產區域的粉塵濃度，凈化了工人生產操作環境?，F場工作環境大為改善，工作強度大大降低，特別受到現場操作人員的歡迎。
(3)延長了電機、風機的使用壽命，提高了風機的利用效率。原焦爐除塵風機在運行過程 中，經常造成風機和電機的損壞，維護工作量大。布袋使用時間的大大延長，該高壓變頻器系統使用22個月沒有更換過布袋，實現了經濟運行的目標。
(4)變頻器具有多項保護功能，十分完善。
與原來工頻系統相比較，變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升保護等多項保護功能，更精確地保護了電機。
7 結束語
從風光牌jd-bp38-800f高壓變頻器在古縣正泰公司地面站除塵風機近兩年運行情況來看，變頻系統滿足了焦化廠連續生產的需要，降低了除塵系統的運行成本，用戶非常滿意。古縣正泰公司另外一個地面除塵站風機改造項目也采用了山東新風光電子公司的高壓產品進行改造。
作者簡介
林紅波 男 技術支持工程師，現就職于山東新風光電子科技發展有限公司。
參考文獻(略)
作 者：山東新風光電子科技發展有限公司 林紅波 馬廣府
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
