1、引言
电解铝生产过程中排出的烟气含有大量有害物质，其中主要为氟化物和氧化铝粉尘，为了防止这些有害物质造成的污染，需将这些有害气体和粉尘集中进行净化处理，使烟气中的有害物质排放量达到国家要求的排放标准。
电解铝厂排烟风机是电解铝净化系统生产的关键设备，其电能消耗占净化系统动力消耗的50%以上。传统风机通过改变风门挡板改变风量，采用变频调速技术，改变风机的转速来调节排风量比传统的改变风门挡板调节技术更快和更精确，还可以实现电机的软启动，减少对电网的冲击，并达到节约电能的目的。为降低单位产能的耗电量，提高生产效率，实施节能改造势在必行。
2、包头希铝简介
东方希望包头稀土铝业有限责任公司（简称包头希铝）是东方希望集团2002年在包头投资建设的大型铝电一体化项目，是内蒙古自治区重点企业，全国光彩事业重点项目，内蒙古自治区级循环经济园区。
包头希铝于2002年10月28日开工，计划建设总规模100万吨铝和2720兆瓦发电厂，已建成规模年产88万吨铝和1320兆瓦自备电厂。其中，一期工程年产25万吨铝、配套建设310兆瓦的电厂（2台155兆瓦机组），二期工程50万吨铝、配套建设1010兆瓦的电厂（2台155兆瓦机组和2台350兆瓦机组）。
图1东方希望包头铝业厂区大门
铝厂采用了国内和国际多项先进技术，主要经济技术指标居国内同行业领先水平，是一个高起点、大容量、低污染的大型现代化工业企业。
铝厂采用国内先进的320KA和450KA大型预焙电解槽，烟气净化采用成熟的氧化铝干法净化、布袋除尘工艺，设计氟化物净化效率98%以上，粉尘净化效率达99%以上。吨铝氟盐的消耗量仅为16千克，优于23千克/吨铝的行业平均水平。粉尘排放量仅为1.68千克，处于行业先进水平。吨铝综合交流电耗低于行业平均水平近800度/吨铝（《中国铝业》杂志公布的2009年电解铝行业吨铝综合交流电耗平均为： 14171 KWH。吨铝产能占地1.5m2，是全国平均水平的1/20。公司是国内少数采用国际先进水平的电解槽集中大修工艺技术的铝电解系列。
3、此次变频改造工艺设备情况
此次变频改造设备是东方希望包头希铝电解铝厂第一期年产八万顿电解铝的排烟系统配置4台风机，采用两用两备。排烟风机作用是使电解铝烟气净化系统布袋除尘器内形成负压，利于电解铝烟气的净化、分离，净化后气体通过烟囱排空。改造之前主要问题:启动时对电网冲击较大；通过排烟风机进口风门（挡板）调节风机风量，排烟风机进口风门（调节挡板）开度在60%～70%左右，约有30%～40%能量都被消耗在挡板上，由于挡板故障率高，调节延迟，加之挡板节流产生压力损失、增加管网的损耗，耗用大量的能源；不能适应复杂工况下工艺的实际需要，造成大马拉小车，严重浪费能源。因此对排烟风机进行变频技术改造，对降低排烟风机用电量，提高经济效益起到重要作用。
为了降低排烟风机的用电，提高烟气净化系统的运行效率，包头希铝公司电解铝厂领导决定在排烟风机上采用希望森兰科技股份有限公司生产的2套800kw/10kv高压变频器对1#～4#排烟风机进行调速改造。
图2 电解铝工艺
4、风机负载节能分析
一般异步电动机的同步转速为：n1＝60f/p ,而异步电动机转速n与同步转速n1存在一个滑差关系： n= n1（1-s）=60f/p（1-s）
由上式可以得到，改变异步电动机的转速可以通过改变f、p、s可以达到。
针对某一电动机而言p是一定的，而通过改变s进行调速空间非常小，所以变频调速通过改变定子供电频率f来改变同步转速是异步电动机的最为合理的调速方法。
若均匀地改变供电频率f，即可平滑地改变电动机的同步转速。异步电动机变频调速具有调速范围宽、平滑性较高、机械特性较硬的优点，目前变频调速已成为异步电动机最主要的调速方式，在很多领域都获得了广泛的应用。
根据流体力学相似定律： Q1/Q2＝n1/n2输出风量Q与转速n成正比；
H1/H2＝(n1/n2)2输出压力H与转速n2正比；
P1/P2＝(n1/n2)3输出轴功率P与转速n3正比。
当风机风量（水泵流量）需要改变时，如调节风门（阀门）的开度，则会使大量电能白白消耗在阀门及管路系统阻力上。如采用变频调速调节风量（流量），可使轴功率随流量的减小大幅度下降。变频调速时，当风机（水泵）低于额定转速时，理论节电为：
E=〔1-(n′/n) 3〕×P×T (kW·h)
式中： n——额定转速
n′—— 实际转速
P——额定转速时电机功率
T——工作时间
可见，通过变频对风机（水泵）进行控制，不但节能而且大大提高了设备运行性能，以上公式为变频节能提供了充分的理论依据。
5、高压变频器选型及变频调速方案
5.1变频器选型
经过大量的技术论证，并且对目前高压变频器市场充分考查后，最终选用了希望森兰科技股份有限公司生产的SBH-100-800高压变频器对排烟风机进行变频改造。
表1 排烟风机电机参数：
型号 | YKK560-8 | 额定电压 | 10000V | 额定电流 | 54.0A |
额定功率 | 710kW | 额定频率 | 50Hz | 额定转速 | 745r/min |
功率因数 | 0.81 | ||||
生产厂家 | 西安电机厂 | ||||
表2 森兰变频SBH-100-800高压变频器技术参数：
变频器容量（kW） | 800 | 模拟量输入 | 0～10V/4～20mA可选 |
适配电机功率（kW） | 800 | 模拟量输出 | 0～10V/4～20mA可选 |
额定输出电流（A） | 60 | 加减速时间 | 0.1～3600S |
额定输入电压（V） | 10000V（－20%～+15%） | 运行环境温度 | -10～40度 |
输入功率因数 | >0.96 | 通讯 | 内置RS485，支持Modbus-RTU以及Profibus-DP协议 |
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