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【摘 要】 本文結合硫鐵礦生產硫酸和硫磺生產硫酸的生產工藝，綜述了高壓變頻器的性能特點及系統原理，同時詳細說明了整體方案，介紹了變頻器在兩種生產工藝上的節電效果。
1、引 言
深圳市科陸變頻器有限公司在攀枝花硫酸廠分別安裝了兩臺高壓變頻器設備，一臺負載為高壓鼓風機，另一臺負載為高壓引風機。鼓風機用在硫磺制酸廠，引風機用在硫鐵礦制酸廠。高壓風機在安裝變頻器前，風量大小由進口閥門調節。通過閥門調節的缺點是：能耗高、調節精度差、操作難度大、浪費工時、閥門易磨損。安裝變頻器調速后完全不存在這些問題。
2、硫酸生產工藝
礦石制酸工藝存在的最大問題是對環境污染大，大量的污水、粉塵及礦渣嚴重影響著周圍環境；另外操作環境惡劣、操作強度高。同時能耗也高，環保費用也很高；而硫磺制酸工藝則要好得多。下面簡單介紹下兩種生產工藝流程。
2.1．礦石制酸工藝
2.1.1 過程分析
(1)礦料
礦料為硫鐵礦，主要成分為FeS2。礦料平均含硫為30%，各礦區的含硫量波動大
且含有砷、氟元素。因為生產1t硫酸需耗1t礦料，故礦料需求量大。由此造成運輸量巨大，運輸費用高，且堆放場地大的問題。
(2)粉碎
因為進廠的礦料大小不一，且有部分塊料，在進入沸騰爐焙燒之前必須進行破碎，以達到3.5min×3.5mm以下的要求。大塊料采用腭式破碎機破碎，再用反擊式破碎機進一步破碎。在此過程中產生大量粉塵，對環境污染相當嚴重，能耗也大。
(3)焙燒
破碎合格的礦料投入沸騰爐焙燒，二硫化鐵與空氣中的氧反應生成二氧化硫：
4FeS2+11O2=8SO2+2Fe2O3+3305.36kJ
生產1mol SO2產生0.25mol Fe2O3
S的原子轉化率為100%，O的原子轉化率為72.7%。
(4)水洗凈化
沸騰爐出口二氧化硫氣體中含有固體懸浮物和氣體組分：礦塵、二氧化硫、氧、三氧化二砷、氟化氫等。需要的是二氧化硫和氧，二氧化硫和氧在轉化器內轉化為三氧化硫，三氧化硫通過吸收塔生成硫酸。而其他的雜質均應除去，否則影響生產。
爐氣中礦塵濃度高達150-300g／m3，將使管道堵塞、觸媒結塊失去活性、轉化器阻力上升。三氧化二砷使釩觸媒中毒。氟化氫引起觸媒粉化，活性下降。因為對氣體狀態的砷、氟，目前工業上尚不能進行干法凈化法將它們從爐氣中分離出來，故仍須用水洗滌來進行分離，將砷、氟化合物吸收溶解到洗滌、水中，達到二氧化硫氣體凈化目標。故在這一過程中需用大量水洗滌，從而產出大量污水，平均每噸酸產出污水10-15t。從沸騰爐出來的二氧化硫氣體溫度在900℃左右，通過除塵、水洗凈化后，二氧化硫氣體溫度降到40℃左右。在這一過程中大量的能量被消耗，沒有被很好地利用，且要增加許多動力設備，增加能耗。
2.1.2． 硫磺制酸工藝流程
焙燒: S+O2=SO2+熱量
生產1mol SO2產生零廢物，S、O的原子轉化率都為100%，這樣就提高了提高原子轉化率。
2.1.3． 硫磺制酸與礦石制酸工藝比較
(1) 減少工序，消除污染源
硫磺制酸工藝少了粉碎、水洗凈化兩道復雜的工序，同時也消除了三大污染源——
粉塵、污水、礦渣。
(2) 能源消耗下降 用量從100萬t/a，下降到20萬t／a。
(a)工藝過程改進后，動力設備投用量大幅減少，動力消耗明顯下降。礦石制酸電耗為110kWh／t，硫磺制酸為70kW·h/t，下降了36%；深井水用量從100萬t/a，下降到20萬t／a。
(b)硫磺制酸工藝能源利用更加合理。硫磺爐出口的1000℃溫度的二氧化硫氣體經中壓鍋爐、過熱器、省煤器充分利用熱量后，二氧化硫氣體降溫至420℃進入轉化器。
(3) 生產場地縮小，為企業提供了發展空間
由于工藝過程改進后，工藝路線大幅縮短，生產用地大幅縮小。
3.1．鼓風機主電機參數
額定功率：800KW 額定電流：52.8A
額定電壓：10KV 額定轉速：2979r/min
3.2.鼓風機參數
額定送風量：920m³/min 出口壓力：4200*9.8Pa
額定轉速：2980r/min 額定功率：800KW
3.3．引風機主電機參數
額定功率：900KW 額定電流：60.6A
額定電壓：10KV 額定轉速：2985r/min
3.4.引風機參數
額定流量：950m³/min 出口壓力：4000*9.8Pa
額定轉速：2980r/min 額定功率：800KW
根據實際工況，手動一拖一手動方案就可以滿足客戶生產要求。一拖一系統采用高壓進線柜+旁路柜（刀閘柜）+移相變壓器+變頻器+電機的組合方式，旁路柜電氣原理圖如下所示：
當變頻器出現故障時，可以工頻旁路運行，此時只需要把變頻器旁路柜刀閘打到工頻即可按用戶原先工頻起動方式起動，不影響正常生產。變頻器帶電機可在變頻器的操作屏及遠程控制箱兩個地方控制，通過變頻器操作屏上的就地/遠程開關來進行切換，同時在兩個地方都能在設備出現故障時進行急停操作，保護設備的安全。變頻器不同頻率范圍通過生產需求來調節，從而實現了風機節能的目的。
5、變頻器與DCS之間的信號定義
（一拖一手動方案變頻器與DCS之間的信號定義如下：）
5.1 遠程操作箱（DCS）→ 變頻器
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序號 |
名 稱 |
邏輯要求 |
接口類型 |
用 途 |
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1 |
高壓開關狀態 |
合：開關閉合
開：開關斷開 |
干節點：
常開 |
高壓進線開關閉合、斷開狀態 |
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2 |
運行允許 |
合：允許運行
開：不允許運行 |
干節點：
常開 |
變頻器只有檢測到此信號有效才能正常啟動 |
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3 |
起停控制 |
合：起動
開：停機 |
干節點：
常開 |
按設定起停方式及加減速曲線控制變頻器 |
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4 |
緊急停機 |
合：緊急停機
開：無意義 |
干節點：
常開 |
變頻器自由停機，并斷開所有高壓開關 |
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5 |
故障復位 |
脈沖信號 |
干節點：
常開 |
復位清除記憶故障 |
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6 |
報警解除 |
脈沖信號 |
干節點：
常開 |
解除聲光報警信號 |
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7 |
外部故障輸入 |
合：外部故障
開：外部正常 |
干節點：
常開 |
如果外部DCS控制系統有故障，變頻器及時停機 |
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8 |
升速控制 |
合：轉速增
開：維持當前轉速 |
干節點：
常開 |
按加速時間加速，最高至上限頻率 |
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9 |
降速控制 |
合：轉速減
開：維持當前轉速 |
干節點：
常開 |
按減速時間減速，最低至下限頻率 |
5.2 變頻器 → 用戶（DCS）
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序號 |
名 稱 |
邏輯要求 |
接口類型 |
用 途 |
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1 |
系統就緒 |
合：系統已就緒
開：無意義 |
干節點：
常開 |
變頻系統無故障，允許運行 |
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2 |
變頻運行狀態 |
合：變頻運行狀態
開：停止狀態 |
干節點：
常開 |
指示電機的變頻運行狀態 |
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3 |
遠程/本地控制狀態 |
合：變頻器處于遠程控制狀態
開：變頻器處于本地控制狀態 |
干節點：
常開 |
指示變頻器的控制指令源 |
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4 |
輕故障
（報警） |
合：變頻器處于輕故障狀態
開：無輕故障 |
干節點：
常開 |
指示變頻器的報警狀態 |
6. 節能效果分析
因為硫鐵礦制酸工藝與硫磺制酸工藝存在很大差異，其中工藝路線的長短對風機能耗大小起到很重要的作用。在硫磺制酸中，鼓風機的作用是給硫磺焙燒提供大氣中的氧氣，其進風口及出風口都很短，而且進風口管道直接對大氣，因此管阻損耗小，效率高；而在硫鐵礦制酸中，引風機的作用是把SO2氣體送到反應爐里轉化成可溶于水的OS3氣體。從硫鐵礦焙燒，再經除塵、水洗凈化、除濕等十幾個工序后才能得到合格的SO2氣體，而這些工序都在密閉的空間內完成。因此，在管道里形成較大負壓，管阻損耗大。根據電表實測記錄，在產量不變的情況下引風機、鼓風機耗能比較表：
攀化科技鼓風機能耗比較表
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硫酸產量 |
工頻耗電 |
變頻耗電 |
日節約電量 |
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200t/天 |
550 kW×24h |
246.5 kW×24h |
303.5×24 kW.h |
東力化工引風機能耗比較表
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硫酸產量 |
工頻耗電 |
變頻耗電 |
日節約電量 |
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300t/天 |
700 kW×24h |
625 kW×24h |
75×24kW.h |
從節能效果來看，鼓風機的效果要比引風機好，但是還有一個重要因素是產量不一樣。總體來說兩種不同硫酸生產工藝，硫磺制酸的電耗要小于硫鐵礦制酸的電耗。
變頻改造同時還產生了其他效果：
1). 啟動電流小，減少啟動的峰值功率損耗；
2). 改善電網功率因數，變頻器可使系統的功率因數保持在0.95%以上；
3). 消除了電機因啟動、停止對機械的沖擊，延長使用壽命，減少維修；
4). 與工頻調節閥門相比噪音大大降低，減少噪音污染；
5). 電機和風機運轉速度下降，電機及風機工作溫度得到改善；
7、結束語：
綜上所述：高壓變頻調速系統的投入，對提高電能的使用效率，降低生產成本，有一定的效果；但是我們不能因為一味的追求節能而刻意降低變頻運行頻率，造成產品不合格、廢棄污染環境等不利后果。我們安裝變頻的宗旨應是改進生產工藝，使生產效益最大化及能耗最小化。
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