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整流装置节能降耗措施

为了将交流电转换成直流电供电解装置使用,氯碱企业都设有一定数量的大功率整流装置。整流设备的变流效率是衡量其本身设计和结构上先进合理性的重要指标,也是离子膜法烧碱整流装置运行中降低电耗的关键指标。整流设备的效率定义为:效率=输出功率/输入功率×100%。由公式可知:整流柜损耗、变压器的损耗、主电路连接导体的损耗、整流装置功率因数和整流设备运行温度等是影响整流效率的重要因素。

1影响整流装置效率的因素

[1]1.1变压器的损耗。变压器的空载损耗主要是铁芯损耗,包括涡流损耗、磁滞和漏流产生的损耗,它的大小与硅钢片的性能和铁芯的制造工艺有关,与负荷大小无关,是基本不变的部分。变压器的有载损耗也叫铜损,是随着负载的变化而变化的。降低变压器损耗的措施可以从如下几个方面考虑。(1)改进变压器铁芯的结构。铁耗是固定损耗,虽仅占变电损耗的20%~30%,但它在任何负载下都存在,对配变运行的经济性影响很大。要降低铁耗,应采用良好的硅钢片,改进铁芯的结构和工艺。(2)改进变压器的绝缘结构,降低负载损耗。负载损耗占变电损耗的70%~80%,数值很大。如果采用减小导线密度和减小绕组匝数的方法来降低负载损耗,则会使变压器质量增大,浪费材料。最好的方法是改善变压器的绝缘结构,以减小绝缘体积来减小线圈尺寸,从而减小负载损耗。另外,在制造过程中选用优质的无氧铜线,控制单位导电体的电阻在最小的范围内,也可降低负载损耗。(3)在50%~60%的负载运行时,变压器的功率损失率最低,满载运行时则增加。因此,选用变压器时,用户所带负荷应为变压器负荷的75%左右,这样,既能经济、可靠运行,又有一定的发展余地。1.2整流装置的损耗。整流装置的损耗包括半导体阀器件、熔断器、分压电阻,以及换相过电压抑制电路和浪涌过电压抑制电路之类的元件所产生的损耗,以及各部分连接产生的损耗。降低整流柜的损耗,提高输出效率应从以下几个方面进行:①设计时减少整流元件的串联数,减少装置本身的压降损耗;②在保证足够的绝缘距离和绝缘强度的前提下,应使安装的两组逆并联母线尽量靠近,以减少漏磁通的损耗;③整流柜接线采用同相逆并联结构,可以降低输入、输出母线在机柜中引起的涡流损耗,提高装置的效率;④整流元件选型要适当,且正向压降要尽量小;⑤降低整流柜交流侧的交流谐波分量引起的损耗;⑥元件的阴、阳极和散热导体的贴合应紧密,且保持一定的压力,母线连接应牢靠,减少连接点的压降和损耗;⑦将纯水循环系统调整到最佳工作状态,控制整流柜在合适的温度运行。1.3主电路连接导体的损耗。包括变压器与整流装置之间以及装置与装置之间的导体损耗。变压器用绕组线圈等导线均为正温度系数材料,即环境温度升高、负荷增加等因素使设备温度升高,从而引起热损耗增加。且当设备温度降到一定程度后,冷却装置的冷却效率会大幅降低,得不偿失。因此应在允许条件下适当降低设备运行温度,既降低损耗,又延长设备使用寿命。在设计整流所时,应根据现场实际,尽量紧密连接,在满足安全和检修的前提下,应尽可能缩小各设备之间的距离。导体与导体的连接也有一定的关系,如果连接得不好,就会造成该部分的电阻偏大而产生不必要的损耗。导体一般采用相同材质的连接方式,即铝和铝相连接、铜和铜相连接。母线类在连接时一定要注意连接质量,处理好接触面,以免造成损失。1.4整流装置功率因数的影响。功率因数是衡量电气设备效率高低的系数,是整流装置的主要经济指标。较高的功率因数可有效提高设备出力,提高电压质量,降低电能的损耗。提高整流装置功率因数的措施有如下几个方面。(1)下调相控角的运行范围。整流装置触发相控角α是晶闸管导通程度的直观表现,一般要求控制触发相控角α在5°~25°即为合格。在保证现有整流系统安全稳定运行的情况下,可以适当下调相控角的运行范围在5°~12°之间,这样非常有利于节能增效,且不增加任何投资。(2)α的降低不但有效降低有功功率,还相应减少了无功功率、畸变功率。交流电流的降低也有效地减少了变电整流装置的有功损耗和供电线路的损耗,同时提高了整流变压器和上一级变压器的利用率。(3)增加整流电路的相数。整流电路的相数越多,电流中高次谐波的最低次数越高,且其幅值也减小,畸变因数更接近于1,从而提高功率因数。1.5温度的影响。环境温度会影响整流变压器和整流柜以及连接铜母线的运行温度,而运行温度的提高将引起电阻增加,造成损耗上升。因此,测量计算整流装置的效率,须进行温度折算。1.6安装谐波治理和无功补偿装置。为消除谐波影响,提高功率因数,整流装置须设置补偿电容器。当补偿电容器与可控硅整流装置并联时,功率因数得到改善。但采用这种方法应注意,由于电路中存在高次谐波,如果电容与电路里的电感配合不当,就会产生谐振。为此,在补偿电容器回路中往往串联电抗器,合理选择电感值,以防止谐振的产生。

2整流装置节能降耗的措施

2.1提高整流负荷的输送电压。整流装置都是大功率的交直流转换装置,整流所需的功率负荷相当大,因此,整流负荷输送损耗的高低也影响着整流装置的效率。适当提高整流负荷的输送电压,减小输送线路的损耗,也可以提高整流效率。一般的,配套6万t/a以下烧碱规模的整流所,可采用10kV电压输送负荷;配套6万t/a以上烧碱规模的整流所,应采用35kV电压输送;配套15万t/a以上烧碱规模的整流所,应采用110kV甚至更高电压输送。2.2尽量减小整流变压器的调压范围。整流变压器的调压范围大大影响整流变压器的效率,调压范围越小,变压器的效率越高。设计时调压范围取70%~105%为宜,如果配合整流变压器的高压侧星三角切换调压和可控硅调压,调压范围还可缩小至80%~100%,变压器效率有明显提高。2.3整流设备采用。“平面一体化”安装整流变压器、整流柜、电解槽采用“平面一体化”安装方式,尽量缩短交直流连接铜排的长度,降低铜排的发热损耗,提高整流装置的效率。具体如下:整流变压器、整流柜、电解槽基本保持在同一平面进行安装,并且三者之间尽量靠近,好像一个整体。整流变压器侧出线进整流柜,铜排长度不超过1.2m,整流柜下出线,由地沟内铜排直接出线接电解槽。2.4选用较低的铜排电流密度。交直流铜排导电的一般电流密度为1.2~1.5A/mm2,应选用较低的铜排电流密度即1.2A/mm2。如果适当降低电流密度到1.0A/mm2进行铜排安装,能达到最佳的节能效果。2.5使用大电流元件的整流柜。当整流柜桥臂使用2~3只大电流元件时,可提高均流系数,降低元件的功率消耗,提高整流效率。整流柜桥臂使用2~3只大电流元件时比整流柜桥臂使用6只元件能减。少45%的整流柜损耗。2.6选用直降式整流变压器。与整流负荷的输送道理一样,整流变压器网侧电压与输送负荷电压应保持一致。其直降电压越高,则高压绕组的电流越低,发热损耗也就越小,因此,整流变压器的效率越高。在条件允许的情况下,应提高输送电压,多采用直降式整流变压器。

3运行经验

(1)春季检修时,整流变压器风冷设备的风扇、散热管道除尘要彻底,减少灰尘堵塞管道;保证散热的进风量和足够的散热面积。(2)整流柜室散热设备要适时投入使用,如果通风量不足,可以增设排气扇。(3)纯水冷却装置副水循环系统的散热塔要及时清污,保养好冷却风机,保证散热塔的散热效果。(4)对纯水循环系统的水温严格控制,提高纯水装置的冷却效率,既降低损耗,也延长整流元件的使用寿命。(5)使用反渗透软水制出的纯水硬度大大降低,电导率也不超过15μS/cm,可保证冷却效果,减少漏电损耗。(6)加强对整流运行值班人员的技术教育,提高其业务水平,使设备在最优状况下运行。(7)加强管理,制定控制指标及相关的考核制度。

4降低整流装置故障率的措施

整流装置故障停车会造成电流效率下降,电耗上升;使离子膜运行寿命缩短,运行成本及物料损耗上升等;还产生大量的检修费用。整流装置常见的故障有硅元件均流不好,特性不一致造成元件损坏,水冷装置故障造成整流桥臂发热超温,外线电压波动等。降低整流装置故障率的措施包括如下几个方面。(1)加强整流柜均流度管理。均流度是整流设备的一个重要技术指标,均流越好,损耗就越小。在运行中,因震动、温度变化以及元件老化等原因,整流设备的均流度都会发生变化。在现场运行管理中,必须加强对均流度的测量和记录,并及时调整和更换元件,以保证较高的均流系数,从而降低设备的损耗。(2)提高装置抗电网波动能力。对离子膜控制电源进行UPS电源技术改造,避免电压波动引起整个控制电源误跳。(3)改善离子膜控制柜接地情况。单独设置保护接地,避免遭电网冲击影响时,装置设备元器件烧毁而影响整流装置高负荷经济运行的情况。(4)做好装置设备的消缺工作。认真开展规范科学的巡回检查工作,对改善设备的运行状况有明显的效果。巡回检查时,发现整流柜、纯水装置漏水、阻容保护线脱离等故障时,及时采取措施进行消缺处理。(5)开展备品、备件的专项管理工作。从整流装置的故障分析可知,元器件故障损坏约占50%。为此,开展备品、备件的专项管理工作,将所有备件进行统计、归类,并输入电脑存档,实行闭环管理。对损坏的元器件及时进行修复,对整流柜的PLC程序进行备份,便于整流柜的检修维护,降低检修费用,缩短检修时间。(6)如果整流装置环境中存在潮湿、腐蚀性气体多的情况,则对数字集成电路板作防尘、防腐处理。

5结语

通过提高整流装置的变流效率进行节能降耗,可以降低企业的生产成本,增强企业竞争力。氯碱企业的节能降耗问题不应停留在技术层面上,还应在日常的企业管理中加强维护,以减少损耗,方能更好地实现节能增效的目标。

参考文献

[1]王岩.电解铝供电系统的节能措施[J].世界有色金属,2011(3):70-71.

作者:耿庆鲁 李贺 单位:1.德州实华化工有限公司 2.中蓝长化工程科技有限公司

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