1、引言
電解鋁生產過程中排出的煙氣含有大量有害物質，其中主要為氟化物和氧化鋁粉塵，為了防止這些有害物質造成的污染，需將這些有害氣體和粉塵集中進行凈化處理，使煙氣中的有害物質排放量達到國家要求的排放標準。
電解鋁廠排煙風機是電解鋁凈化系統生產的關鍵設備，其電能消耗占凈化系統動力消耗的50%以上。傳統風機通過改變風門擋板改變風量，采用變頻調速技術，改變風機的轉速來調節排風量比傳統的改變風門擋板調節技術更快和更精確，還可以實現電機的軟啟動，減少對電網的沖擊，并達到節約電能的目的。為降低單位產能的耗電量，提高生產效率，實施節能改造勢在必行。
2、包頭希鋁簡介
東方希望包頭稀土鋁業有限責任公司（簡稱包頭希鋁）是東方希望集團2002年在包頭投資建設的大型鋁電一體化項目，是內蒙古自治區重點企業，全國光彩事業重點項目，內蒙古自治區級循環經濟園區。
包頭希鋁于2002年10月28日開工，計劃建設總規模100萬噸鋁和2720兆瓦發電廠，已建成規模年產88萬噸鋁和1320兆瓦自備電廠。其中，一期工程年產25萬噸鋁、配套建設310兆瓦的電廠（2臺155兆瓦機組），二期工程50萬噸鋁、配套建設1010兆瓦的電廠（2臺155兆瓦機組和2臺350兆瓦機組）。
圖1東方希望包頭鋁業廠區大門
鋁廠采用了國內和國際多項先進技術，主要經濟技術指標居國內同行業領先水平，是一個高起點、大容量、低污染的大型現代化工業企業。
鋁廠采用國內先進的320KA和450KA大型預焙電解槽，煙氣凈化采用成熟的氧化鋁干法凈化、布袋除塵工藝，設計氟化物凈化效率98%以上，粉塵凈化效率達99%以上。噸鋁氟鹽的消耗量僅為16千克，優于23千克/噸鋁的行業平均水平。粉塵排放量僅為1.68千克，處于行業先進水平。噸鋁綜合交流電耗低于行業平均水平近800度/噸鋁（《中國鋁業》雜志公布的2009年電解鋁行業噸鋁綜合交流電耗平均為： 14171 KWH。噸鋁產能占地1.5m2，是全國平均水平的1/20。公司是國內少數采用國際先進水平的電解槽集中大修工藝技術的鋁電解系列。
3、此次變頻改造工藝設備情況
此次變頻改造設備是東方希望包頭希鋁電解鋁廠第一期年產八萬頓電解鋁的排煙系統配置4臺風機，采用兩用兩備。排煙風機作用是使電解鋁煙氣凈化系統布袋除塵器內形成負壓，利于電解鋁煙氣的凈化、分離，凈化后氣體通過煙囪排空。改造之前主要問題:啟動時對電網沖擊較大；通過排煙風機進口風門（擋板）調節風機風量，排煙風機進口風門（調節擋板）開度在60%～70%左右，約有30%～40%能量都被消耗在擋板上，由于擋板故障率高，調節延遲，加之擋板節流產生壓力損失、增加管網的損耗，耗用大量的能源；不能適應復雜工況下工藝的實際需要，造成大馬拉小車，嚴重浪費能源。因此對排煙風機進行變頻技術改造，對降低排煙風機用電量，提高經濟效益起到重要作用。
為了降低排煙風機的用電，提高煙氣凈化系統的運行效率，包頭希鋁公司電解鋁廠領導決定在排煙風機上采用希望森蘭科技股份有限公司生產的2套800kw/10kv高壓變頻器對1#～4#排煙風機進行調速改造。
圖2 電解鋁工藝
4、風機負載節能分析
一般異步電動機的同步轉速為：n1＝60f/p ,而異步電動機轉速n與同步轉速n1存在一個滑差關系： n= n1（1-s）=60f/p（1-s）
由上式可以得到，改變異步電動機的轉速可以通過改變f、p、s可以達到。
針對某一電動機而言p是一定的，而通過改變s進行調速空間非常小，所以變頻調速通過改變定子供電頻率f來改變同步轉速是異步電動機的最為合理的調速方法。
若均勻地改變供電頻率f，即可平滑地改變電動機的同步轉速。異步電動機變頻調速具有調速范圍寬、平滑性較高、機械特性較硬的優點，目前變頻調速已成為異步電動機最主要的調速方式，在很多領域都獲得了廣泛的應用。
根據流體力學相似定律： Q1/Q2＝n1/n2輸出風量Q與轉速n成正比；
H1/H2＝(n1/n2)2輸出壓力H與轉速n2正比；
P1/P2＝(n1/n2)3輸出軸功率P與轉速n3正比。
當風機風量（水泵流量）需要改變時，如調節風門（閥門）的開度，則會使大量電能白白消耗在閥門及管路系統阻力上。如采用變頻調速調節風量（流量），可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。變頻調速時，當風機（水泵）低于額定轉速時，理論節電為：
E=〔1-(n′/n) 3〕×P×T (kW·h)
式中： n——額定轉速
n′—— 實際轉速
P——額定轉速時電機功率
T——工作時間
可見，通過變頻對風機（水泵）進行控制，不但節能而且大大提高了設備運行性能，以上公式為變頻節能提供了充分的理論依據。
5、高壓變頻器選型及變頻調速方案
5.1變頻器選型
經過大量的技術論證，并且對目前高壓變頻器市場充分考查后，最終選用了希望森蘭科技股份有限公司生產的SBH-100-800高壓變頻器對排煙風機進行變頻改造。
表1 排煙風機電機參數：
型號 | YKK560-8 | 額定電壓 | 10000V | 額定電流 | 54.0A |
額定功率 | 710kW | 額定頻率 | 50Hz | 額定轉速 | 745r/min |
功率因數 | 0.81 | ||||
生產廠家 | 西安電機廠 | ||||
表2 森蘭變頻SBH-100-800高壓變頻器技術參數：
變頻器容量（kW） | 800 | 模擬量輸入 | 0～10V/4～20mA可選 |
適配電機功率（kW） | 800 | 模擬量輸出 | 0～10V/4～20mA可選 |
額定輸出電流（A） | 60 | 加減速時間 | 0.1～3600S |
額定輸入電壓（V） | 10000V（－20%～+15%） | 運行環境溫度 | -10～40度 |
輸入功率因數 | >0.96 | 通訊 | 內置RS485，支持Modbus-RTU以及Profibus-DP協議 |
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