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電解鋁企業(yè)高壓排風(fēng)機高壓變頻器利舊改造案例

一、項目背景

某大型電解鋁企業(yè)擁有多臺為電解車間提供強制通風(fēng)降溫除塵的高壓排風(fēng)機。這些風(fēng)機原設(shè)計為工頻運行，依靠入口擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量，存在以下突出問題：

1. 能耗巨大：風(fēng)機長期運行在“大馬拉小車”狀態(tài)，擋板節(jié)流損失嚴重，實測平均運行效率不足60%，年耗電量高達數(shù)千萬度。

2. 調(diào)節(jié)粗糙：擋板調(diào)節(jié)響應(yīng)慢、精度低，無法滿足電解工藝對風(fēng)量精細變化的需求，影響生產(chǎn)穩(wěn)定性。

3. 設(shè)備沖擊：工頻直接啟動電流大（可達額定電流6-7倍），對電網(wǎng)和電機、液阻啟動柜等設(shè)備沖擊嚴重，故障率高。

4. 維護成本高：液阻啟動柜維護復(fù)雜，電解粉塵環(huán)境加劇了電氣元件老化。

原系統(tǒng)配套的某品牌早期高壓變頻器（功率單元老化、控制技術(shù)落后）故障率高，無法滿足生產(chǎn)穩(wěn)定的需求。為響應(yīng)國家“雙碳”目標，挖掘節(jié)能潛力，企業(yè)決定對其中6臺排風(fēng)機實施高壓變頻器利舊改造。

二、改造目標

1. 核心目標：利用現(xiàn)有高壓電機及風(fēng)機本體，通過更換核心變頻控制系統(tǒng)，實現(xiàn)風(fēng)機變頻調(diào)速運行。

2. 關(guān)鍵要求：

最大化利舊：保留原電機、風(fēng)機、開關(guān)柜、電纜（評估合格前提下）、冷卻系統(tǒng)等主要硬件。

高效節(jié)能：實現(xiàn)風(fēng)量按需調(diào)節(jié)，預(yù)期綜合節(jié)電率≥25%。

穩(wěn)定可靠：新系統(tǒng)需適應(yīng)電解車間高溫、多粉塵環(huán)境，具備高可靠性。

智能控制：實現(xiàn)與DCS系統(tǒng)無縫集成，支持遠程/自動調(diào)速。

快速回報：投資回收期控制在2年以內(nèi)。

三、解決方案：高壓變頻器核心系統(tǒng)替換

1. 利舊評估與方案設(shè)計：

對原高壓電機進行絕緣、軸承狀態(tài)全面檢測，確認其適用于變頻運行。

評估原輸入/輸出開關(guān)柜、電纜載流量及絕緣狀況，滿足改造要求。

保留原風(fēng)機、風(fēng)道、冷卻器等機械系統(tǒng)。

核心改造：拆除老舊變頻器功率單元及控制柜，替換為全新我公司成熟的高壓變頻器核心系統(tǒng)（含功率單元、控制器、人機界面）。

2. 關(guān)鍵技術(shù)措施：

“黑匣子”式替換：新變頻器設(shè)計安裝尺寸與原基礎(chǔ)及電纜接口盡量匹配，減少土建和電纜改動。

智能控制集成：

新變頻器內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，接收DCS給出的風(fēng)壓/風(fēng)量設(shè)定信號（4-20mA）。

保留原工頻旁路柜，設(shè)置“工頻/變頻”無擾切換功能，保障極端情況運行。

將變頻器運行狀態(tài)、故障信息、電流、電壓、頻率、能耗等關(guān)鍵參數(shù)上傳至DCS和工廠能源管理系統(tǒng)。

可靠性提升：

功率單元采用N+1冗余設(shè)計。

關(guān)鍵控制信號（如啟停、頻率給定）采用雙通道冗余配置。

配置完善的過壓、欠壓、過流、過熱、缺相等保護功能。

四、實施過程

1. 前期準備（2周）：詳細勘查、方案確認、設(shè)備采購、施工方案制定、安全預(yù)案編制。

2. 停機施工（5天）：

停機、隔離、驗電、掛牌。

安全拆除舊變頻器功率單元及控制柜。

安裝全新變頻器功率單元及控制柜。

連接主回路電纜（輸入、輸出、旁路）、控制電纜（與DCS、現(xiàn)場操作柱）。

恢復(fù)冷卻水/風(fēng)管路（利舊或小范圍改造）。

檢查接線，恢復(fù)柜體密封。

3. 調(diào)試與試運行（3天）：

靜態(tài)檢查：絕緣測試、相序核對、控制信號點對點測試。

空載測試：不帶電機測試變頻器功能、保護動作。

輕載測試：帶電機（脫開風(fēng)機聯(lián)軸器）測試啟停、調(diào)速性能。

帶載測試：連接風(fēng)機，進行工頻/變頻切換、調(diào)速范圍、PID調(diào)節(jié)性能測試，優(yōu)化PID參數(shù)。

72小時連續(xù)試運行，監(jiān)測運行數(shù)據(jù)

五、改造效果

1. 顯著節(jié)能降耗：

改造后，風(fēng)機平均運行頻率降至38-42Hz。

實測綜合節(jié)電率達32%，單臺風(fēng)機年節(jié)電量約520萬度。

按當?shù)仉妰r0.6元/度計算，年節(jié)約電費約312萬元。

2. 工藝控制優(yōu)化：

風(fēng)量實現(xiàn)平滑、精準、快速調(diào)節(jié)，響應(yīng)電解槽需求變化，提高了生產(chǎn)穩(wěn)定性與電流效率。

消除了擋板節(jié)流損失和喘振風(fēng)險。

3. 設(shè)備性能提升：

實現(xiàn)電機軟啟動/軟停止，啟動電流小于額定電流（<1.2倍），極大減小了對電網(wǎng)和機械設(shè)備的沖擊。

原液阻啟動柜停用，維護工作量大幅降低。

新系統(tǒng)運行穩(wěn)定，故障率顯著下降。

4. 經(jīng)濟效益突出：

項目總投資約280萬元（主要為新變頻器核心系統(tǒng)及安裝調(diào)試費）。

投資回收期僅約11個月，經(jīng)濟效益極其顯著。

5. 社會效益顯著：

年減少二氧化碳排放約4140噸（按0.797kg CO2/度電計算），助力企業(yè)綠色低碳發(fā)展。

六、經(jīng)驗總結(jié)

本次高壓排風(fēng)機高壓變頻器利舊改造項目成功的關(guān)鍵在于：

1. 精準利舊：深入評估并充分利用了原有設(shè)備資產(chǎn)（電機、風(fēng)機、電纜、土建），最大化降低了改造成本和工程復(fù)雜度。

2. 核心升級：聚焦替換最關(guān)鍵的、已老化的變頻核心系統(tǒng)，采用技術(shù)先進、成熟可靠、環(huán)境適應(yīng)性強的國產(chǎn)新設(shè)備，實現(xiàn)了性能質(zhì)的飛躍。

3. 智能融合：深度集成DCS控制與能源管理，提升了自動化水平和能效管理能力。

4. 快速高效：方案設(shè)計合理，施工組織周密，停機時間短，對生產(chǎn)影響極小。

該案例為電解鋁等高耗能行業(yè)的風(fēng)機、泵類負載進行高壓變頻節(jié)能改造，特別是老舊變頻器的更新?lián)Q代，提供了經(jīng)濟高效、快速見效的“利舊煥新”典范路徑，具有廣泛的推廣價值。