利德华福10MW级高压变频器在合成氨装置主机系统中的应用分析

摘要：本文通过对现有40万吨合成氨装置主压缩机组驱动系统分析，指出了其中存在的问题。针对性提出采用电气驱动替代"锅炉+汽轮机"驱动的新思路；通过对两种驱动形式的经济性比较，技术可行性分析，阐述了该新型驱动形式的可行性和良好应用前景。

关键词：电气驱动 锅炉+汽轮机驱动 高压变频

一、问题提出

目前，国内年产单体40万吨及以上合成氨装置设计中，合成气压缩机、氨气压缩机、二氧化碳压缩机等主压缩机组主要采用"锅炉+汽轮机驱动"的方式生产运行。该种陈旧的建设模式，在新的经济形式和节能减排的国家背景下，存在以下几方面的问题：

1、 在新建项目中，"锅炉+汽轮机驱动"的方式投资高、占地面积大、建设周期长。

2、 装置投产后，燃煤锅炉的运营维护成本高。

3、 燃煤锅炉能效低，厂区蒸汽跑、冒严重、烟气排放环境污染严重。

4、 系统调节性能差，生产效率低，能源浪费较大。

5、 锅炉蒸汽生产水耗、煤耗指标高，生产成本压力大。

综合上述因素，结合目前国内超大功率高压变频传动技术的成熟应用。该项目在设计中考虑采用电力驱动替代"锅炉+汽轮机驱动"。

二、经济性可行性分析

采用电力驱动系统，将直接节约锅炉占地、建设投入，以及后续运营维护成本和环境污染，提供生产效率。针对两种驱动方式的经济性比较如下表1所示。

表1 合成氨装置主机系统两种不同驱动方式的经济性比较

从上述两种方式的比对分析看，电气驱动在经济性上优势明显。不仅可以节约项目投资费用、建设周期，获得显著的企业收益；而且能够取得良好的社会效益。采用该节能、环保、高效的新型结构模式，符合企业新型发展模式，节能减排、可持续发展政策。

三、技术可行性分析

该40万吨合成氨装置的三台主辅机设备分别为：18MW合成气压缩机、11MW氨气压缩机、11.5MW二氧化碳压缩机。根据工艺生产对设备工况的需求，结合电气驱动的需要。电气驱动系统主要需具备以下几方面的能力：

1. 采用高压电动机驱动，通过增速齿轮箱满足压缩机系统的高速运行需要。

2. 能够依工艺需求，进行分阶段加减速调节控制；满足系统逐步升温、升压。

3. 能够根据合成氨装置的整体生产需求进行压缩机转速、气量调节。

4. 压缩机采取软启动、软停车方式，对电网和压缩机机械系统冲击负荷小于额定的2.5倍转矩；能够承受压缩机喘振产生的1.5 Tn波动负荷。

5. 电气系统对电网无冲击，网侧功率因数大于0.9、对电网电压谐波污染小于3%；满足电力部门对用电标准。

6. 系统不会由于电气系统故障而导致合成氨装置停产。

采用电压源型高压变频调速驱动系统，配套10kV供配电系统能够解决上述技术需求。从根本上，解决合成氨装置主压缩机系统的经济性与技术性的双重标准要求，实现投资小见效快，安全可靠、运营成本低的实施目的。

四、系统方案

该系统主要包括：10kV电压等级18MW合成气压缩机1台、11MW氨气压缩机1台、11.5MW二氧化碳压缩机1台。其容量均在10MW级，属超大功率旋转负载。

高压电机选用两极异步电动机驱动，采用1:3.12增速齿轮箱与与压缩机负载连接。选用电压源型单元串联多电平结构变频器，网侧功率因数大于0.95、网侧谐波污染小于3%、适用于普通异步电动机；而无需增设无功补偿或选用同步电动机。