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电解铝企业高压排风机高压变频器利旧改造案例

一、项目背景

某大型电解铝企业拥有多台为电解车间提供强制通风降温除尘的高压排风机。这些风机原设计为工频运行，依靠入口挡板调节风量，存在以下突出问题：

1. 能耗巨大：风机长期运行在“大马拉小车”状态，挡板节流损失严重，实测平均运行效率不足60%，年耗电量高达数千万度。

2. 调节粗糙：挡板调节响应慢、精度低，无法满足电解工艺对风量精细变化的需求，影响生产稳定性。

3. 设备冲击：工频直接启动电流大（可达额定电流6-7倍），对电网和电机、液阻启动柜等设备冲击严重，故障率高。

4. 维护成本高：液阻启动柜维护复杂，电解粉尘环境加剧了电气元件老化。

原系统配套的某品牌早期高压变频器（功率单元老化、控制技术落后）故障率高，无法满足生产稳定的需求。为响应国家“双碳”目标，挖掘节能潜力，企业决定对其中6台排风机实施高压变频器利旧改造。

二、改造目标

1. 核心目标：利用现有高压电机及风机本体，通过更换核心变频控制系统，实现风机变频调速运行。

2. 关键要求：

最大化利旧：保留原电机、风机、开关柜、电缆（评估合格前提下）、冷却系统等主要硬件。

高效节能：实现风量按需调节，预期综合节电率≥25%。

稳定可靠：新系统需适应电解车间高温、多粉尘环境，具备高可靠性。

智能控制：实现与DCS系统无缝集成，支持远程/自动调速。

快速回报：投资回收期控制在2年以内。

三、解决方案：高压变频器核心系统替换

1. 利旧评估与方案设计：

对原高压电机进行绝缘、轴承状态全面检测，确认其适用于变频运行。

评估原输入/输出开关柜、电缆载流量及绝缘状况，满足改造要求。

保留原风机、风道、冷却器等机械系统。

核心改造：拆除老旧变频器功率单元及控制柜，替换为全新我公司成熟的高压变频器核心系统（含功率单元、控制器、人机界面）。

2. 关键技术措施：

“黑匣子”式替换：新变频器设计安装尺寸与原基础及电缆接口尽量匹配，减少土建和电缆改动。

智能控制集成：

新变频器内置PID调节器，接收DCS给出的风压/风量设定信号（4-20mA）。

保留原工频旁路柜，设置“工频/变频”无扰切换功能，保障极端情况运行。

将变频器运行状态、故障信息、电流、电压、频率、能耗等关键参数上传至DCS和工厂能源管理系统。

可靠性提升：

功率单元采用N+1冗余设计。

关键控制信号（如启停、频率给定）采用双通道冗余配置。

配置完善的过压、欠压、过流、过热、缺相等保护功能。

四、实施过程

1. 前期准备（2周）：详细勘查、方案确认、设备采购、施工方案制定、安全预案编制。

2. 停机施工（5天）：

停机、隔离、验电、挂牌。

安全拆除旧变频器功率单元及控制柜。

安装全新变频器功率单元及控制柜。

连接主回路电缆（输入、输出、旁路）、控制电缆（与DCS、现场操作柱）。

恢复冷却水/风管路（利旧或小范围改造）。

检查接线，恢复柜体密封。

3. 调试与试运行（3天）：

静态检查：绝缘测试、相序核对、控制信号点对点测试。

空载测试：不带电机测试变频器功能、保护动作。

轻载测试：带电机（脱开风机联轴器）测试启停、调速性能。

带载测试：连接风机，进行工频/变频切换、调速范围、PID调节性能测试，优化PID参数。

72小时连续试运行，监测运行数据

五、改造效果

1. 显著节能降耗：

改造后，风机平均运行频率降至38-42Hz。

实测综合节电率达32%，单台风机年节电量约520万度。

按当地电价0.6元/度计算，年节约电费约312万元。

2. 工艺控制优化：

风量实现平滑、精准、快速调节，响应电解槽需求变化，提高了生产稳定性与电流效率。

消除了挡板节流损失和喘振风险。

3. 设备性能提升：

实现电机软启动/软停止，启动电流小于额定电流（<1.2倍），极大减小了对电网和机械设备的冲击。

原液阻启动柜停用，维护工作量大幅降低。

新系统运行稳定，故障率显著下降。

4. 经济效益突出：

项目总投资约280万元（主要为新变频器核心系统及安装调试费）。

投资回收期仅约11个月，经济效益极其显著。

5. 社会效益显著：

年减少二氧化碳排放约4140吨（按0.797kg CO2/度电计算），助力企业绿色低碳发展。

六、经验总结

本次高压排风机高压变频器利旧改造项目成功的关键在于：

1. 精准利旧：深入评估并充分利用了原有设备资产（电机、风机、电缆、土建），最大化降低了改造成本和工程复杂度。

2. 核心升级：聚焦替换最关键的、已老化的变频核心系统，采用技术先进、成熟可靠、环境适应性强的国产新设备，实现了性能质的飞跃。

3. 智能融合：深度集成DCS控制与能源管理，提升了自动化水平和能效管理能力。

4. 快速高效：方案设计合理，施工组织周密，停机时间短，对生产影响极小。

该案例为电解铝等高耗能行业的风机、泵类负载进行高压变频节能改造，特别是老旧变频器的更新换代，提供了经济高效、快速见效的“利旧焕新”典范路径，具有广泛的推广价值。