第四章  石油化工行业

第六节  硫酸厂鼓风机变频调速节能改造

一、工程概况

攀枝花硫酸厂分别安装了两台高压变频器设备，一台负载为高压鼓风机，另一台负载为高压引风机。鼓风机用在硫磺制酸厂，引风机用在硫铁矿制酸厂。高压风机在安装变频器前，风量大小由进口阀门调节。通过阀门调节的缺点是：能耗高、调节精度差、操作难度大、浪费工时、阀门易磨损。安装变频器调速后完全不存在这些问题。鼓风机、引风机及其配套电动机参数如下：

1. 鼓风机参数

额定送风量：920m³/min          出口压力：4200*9.8Pa

额定转速：2980r/min             额定功率：800KW

配套电动机参数

额定功率：800KW               额定电流：52.8A

额定电压：10KV                额定转速：2979r/min

2. 引风机参数

额定流量：950m³/min            出口压力：4000*9.8Pa

额定转速：2980r/min            额定功率：800KW

配套电动机参数

额定功率：900KW                额定电流：60.6A

额定电压：10KV                 额定转速：2985r/min

二、硫酸生产工艺

矿石制酸工艺存在的最大问题是对环境污染大，大量的污水、粉尘及矿渣严重影响着周围环境；另外操作环境恶劣、操作强度高。同时能耗也高，环保费用也很高；而硫磺制酸工艺则要好得多。下面简单介绍下两种生产工艺流程。   

 1．矿石制酸工艺过程分析

(1)矿料

矿料为硫铁矿，主要成分为FeS₂。矿料平均含硫为30%，各矿区的含硫量波动大且含有砷、氟元素。因为生产1t硫酸需耗1t矿料，故矿料需求量大。由此造成运输量巨大，运输费用高，且堆放场地大的问题。

(2)粉碎

因为进厂的矿料大小不一，且有部分块料，在进入沸腾炉焙烧之前必须进行破碎，以达到3.5min×3.5mm以下的要求。大块料采用腭式破碎机破碎，再用反击式破碎机进一步破碎。在此过程中产生大量粉尘，对环境污染相当严重，能耗也大。

(3)焙烧

破碎合格的矿料投入沸腾炉焙烧，二硫化铁与空气中的氧反应生成二氧化硫：4FeS₂+11O₂=8SO₂+2Fe₂O₃+3305.36kJ

生产1mol SO₂产生0.25mol Fe₂O₃， S的原子转化率为100%，O的原子转化率为72.7%。

(4)水洗净化

沸腾炉出口二氧化硫气体中含有固体悬浮物和气体组分：矿尘、二氧化硫、氧、三氧化二砷、氟化氢等。需要的是二氧化硫和氧，二氧化硫和氧在转化器内转化为三氧化硫，三氧化硫通过吸收塔生成硫酸。而其他的杂质均应除去，否则影响生产。

炉气中矿尘浓度高达150-300g／m³，将使管道堵塞、触媒结块失去活性、转化器阻力上升。三氧化二砷使钒触媒中毒。氟化氢引起触媒粉化，活性下降。因为对气体状态的砷、氟，目前工业上尚不能进行干法净化法将它们从炉气中分离出来，故仍须用水洗涤来进行分离，将砷、氟化合物吸收溶解到洗涤、水中，达到二氧化硫气体净化目标。故在这一过程中需用大量水洗涤，从而产出大量污水，平均每吨酸产出污水10-15t。从沸腾炉出来的二氧化硫气体温度在900℃左右，通过除尘、水洗净化后，二氧化硫气体温度降到40℃左右。在这一过程中大量的能量被消耗，没有被很好地利用，且要增加许多动力设备，增加能耗。

2． 硫磺制酸工艺流程

焙烧:    S+O₂=SO₂+热量；生产1mol SO₂产生零废物，S、O的原子转化率都为100%，这样就提高了提高原子转化率。

3． 硫磺制酸与矿石制酸工艺比较

(1) 减少工序，消除污染源

硫磺制酸工艺少了粉碎、水洗净化两道复杂的工序，同时也消除了三大污染源—粉尘、污水、矿渣。

 (2) 能源消耗下降 用量从100万t/a，下降到20万t／a。

(a)工艺过程改进后，动力设备投用量大幅减少，动力消耗明显下降。矿石制酸电耗为110kWh／t，硫磺制酸为70kW·h/t，下降了36%；深井水用量从100万t/a，下降到20万t／a。

(b)硫磺制酸工艺能源利用更加合理。硫磺炉出口的1000℃温度的二氧化硫气体经中压锅炉、过热器、省煤器充分利用热量后，二氧化硫气体降温至420℃进入转化器。

(3) 生产场地缩小，为企业提供了发展空间

由于工艺过程改进后，工艺路线大幅缩短，生产用地大幅缩小。

三、高压变频调速系统改造方案

1.主回路结构

根据实际工况，手动一拖一手动方案就可以满足客户生产要求。一拖一系统采用高压进线柜+旁路柜（刀闸柜）+移相变压器+变频器+电机的组合方式，旁路柜电气原理图如下所示：

 高压变频调速系统一拖一手动工频旁路系统图         

当变频器出现故障时，可以工频旁路运行，此时只需要把变频器旁路柜刀闸打到工频即可按用户原先工频起动方式起动，不影响正常生产。变频器带电机可在变频器的操作屏及远程控制箱两个地方控制，通过变频器操作屏上的就地/远程开关来进行切换，同时在两个地方都能在设备出现故障时进行急停操作，保护设备的安全。变频器不同频率范围通过生产需求来调节，从而实现了风机节能的目的。

2．变频器与DCS之间的信号定义

（一拖一手动旁路切换方案变频器与DCS之间的信号定义如下：）

（1） 远程操作箱（DCS）→ 变频器

（2 ） 变频器 → 用户（DCS）

四. 节能效果分析

因为硫铁矿制酸工艺与硫磺制酸工艺存在很大差异，其中工艺路线的长短对风机能耗大小起到很重要的作用。在硫磺制酸中，鼓风机的作用是给硫磺焙烧提供大气中的氧气，其进风口及出风口都很短，而且进风口管道直接对大气，因此管阻损耗小，效率高；而在硫铁矿制酸中，引风机的作用是把SO₂气体送到反应炉里转化成可溶于水的OS3气体。从硫铁矿焙烧，再经除尘、水洗净化、除湿等十几个工序后才能得到合格的SO₂气体，而这些工序都在密闭的空间内完成。因此，在管道里形成较大负压，管阻损耗大。根据电表实测记录，在产量不变的情况下引风机、鼓风机耗能比较表：

攀化科技鼓风机能耗比较表

东力化工引风机能耗比较表

从节能效果来看，鼓风机的效果要比引风机好，但是还有一个重要因素是产量不一样。总体来说两种不同硫酸生产工艺，硫磺制酸的电耗要小于硫铁矿制酸的电耗。

变频改造同时还产生了其他效果：

1). 启动电流小，减少启动的峰值功率损耗；

2). 改善电网功率因数，变频器可使系统的功率因数保持在0.95%以上；

3). 消除了电机因启动、停止对机械的冲击，延长使用寿命，减少维修；

4). 与工频调节阀门相比噪音大大降低，减少噪音污染；

5). 电机和风机运转速度下降，电机及风机工作温度得到改善；

　　综上所述：高压变频调速系统的投入，对提高电能的使用效率，降低生产成本，有一定的效果；但是我们不能因为一味的追求节能而刻意降低变频运行频率，造成产品不合格、废弃污染环境等不利后果。我们安装变频的宗旨应是改进生产工艺，使生产效益最大化及能耗最小化。