硅整流擴(kuò)能改造的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

毛斌

[摘? ? 要]對(duì)于沒有原料基地的鋅冶煉企業(yè)，要想獲得生存空間就必須在制造成本上取得優(yōu)勢(shì)，而降低制造成本最直接有效的方式之一就是增加產(chǎn)量、攤薄噸鋅固定成本。本文介紹了云銅鋅業(yè)以擴(kuò)大產(chǎn)能為目的，提出了硅整流的改造思路和設(shè)計(jì)實(shí)施方案，并最終取得了較好的效果。

[關(guān)鍵詞]硅整流;改造;設(shè)計(jì)

[中圖分類號(hào)]U472 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）12–00–03

[Abstract]For zinc smelting enterprises without raw material base， if they want to gain living space， they must gain advantages in manufacturing cost， and one of the most direct and effective ways to reduce manufacturing cost is to increase production and dilute fixed cost per ton of zinc. In order to expand the production capacity of Yunnan copper zinc industry， this paper introduces the transformation idea and design implementation scheme of silicon rectifier， and finally achieves good results.

[Keywords]silicon rectifier; transformation; design

近年來(lái)，由于原材料價(jià)格的不斷上漲，對(duì)于云南云銅鋅業(yè)股份有限公司這樣一個(gè)原料在外、產(chǎn)品市場(chǎng)在外的企業(yè)來(lái)說(shuō)，其生存空間不斷受到擠壓。因此如何降低生產(chǎn)成本已成為云銅鋅業(yè)一個(gè)不變的主題。而降低成本，除了在日常生產(chǎn)管理中不斷的尋找可挖的潛力來(lái)降低加工費(fèi)或提升生產(chǎn)效率，另外比較可行的辦法就是增加產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本中固定費(fèi)用的攤消。通過(guò)增加產(chǎn)量帶來(lái)副產(chǎn)品的邊際效益是一個(gè)一舉多得舉措。而云銅鋅業(yè)經(jīng)過(guò)多年預(yù)算化管理的引導(dǎo)和考核，日常管理的挖潛增效項(xiàng)目越來(lái)越有限，經(jīng)過(guò)多方論證，云銅鋅業(yè)提出了擴(kuò)大產(chǎn)能的想法。而要擴(kuò)大產(chǎn)能、增加產(chǎn)量，云銅鋅業(yè)最大的阻礙是受限于硅整流設(shè)計(jì)能力。在這樣的背景下，云銅鋅業(yè)提出了改造硅整流、擴(kuò)大電解生產(chǎn)能力的大膽設(shè)想。

1 硅整流系統(tǒng)改造前存在的問(wèn)題

原硅整流系統(tǒng)于2002年開始投入使用，該系統(tǒng)采用四臺(tái)有載調(diào)壓整流變壓器與四套硅整流裝置進(jìn)行連接，采用三相橋式同相逆并整流電路，雙系列移相，實(shí)現(xiàn)交流電到直流電的變換。主要額定特性參數(shù)如下：

額定輸入電壓UL：3相，36.5 kV，50 Hz;

額定整流電壓UdN：350 V;

額定整流電流IdN：17500 A;

額定網(wǎng)側(cè)輸入功率PL：7150 kVA;

調(diào)變有載分接27級(jí)調(diào)壓范圍：65～105% UdN;

有載調(diào)壓整流變壓器冷卻方式：油浸自冷;

整流柜冷卻方式：純水循環(huán)水冷。

該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多年的使用，改造前就已存在變壓器溫升高、漏油、吊芯多年沒有檢查、有載調(diào)壓開關(guān)動(dòng)觸頭電纜發(fā)熱、整流器水溫過(guò)高，大電流刀開關(guān)發(fā)熱等一系列問(wèn)題，對(duì)生產(chǎn)用電的安全、可靠造成了一定的影響。同時(shí)，隨著鋅業(yè)的不斷發(fā)展，鋅錠的產(chǎn)能已由原來(lái)的4萬(wàn)t/a增至6萬(wàn)t/a，其整流輸出電壓為320 V，單系列總電流達(dá)到35000 A，已逼近原有硅整流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力極限。找出制約提升硅整流負(fù)荷的瓶頸，采取對(duì)策，是硅整流系統(tǒng)提升負(fù)荷的關(guān)鍵。

在這樣的情況下，能否通過(guò)對(duì)原有硅整流系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及局部改造，考慮硅整流系統(tǒng)的平穩(wěn)性和安全性的前提下，進(jìn)一步挖掘硅整流系統(tǒng)的潛力、提升硅整流的輸出功率，則成為鋅錠產(chǎn)能是否能夠擴(kuò)大的一條重要途徑，同時(shí)也是在改造后能否實(shí)在減低噸鋅單耗，獲得邊際效益的一個(gè)關(guān)鍵事項(xiàng)。

2 改造的目標(biāo)提出及方案設(shè)計(jì)

2.1 改造目標(biāo)值的提出

對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)真詳細(xì)的分析可以發(fā)現(xiàn)：原系統(tǒng)的每組整流輸出電壓Ud為320 V，電流Id為17 500 A。Id值已達(dá)到額定整流電流IdN，但Ud尚未達(dá)到額定整流電壓UdN。

根據(jù)電功率公式：P=UI，如果Ud從320 V提升到額定值350 V，在不計(jì)增加的損耗的前提下，供電能力將在原有的基礎(chǔ)上提升9.37%。

因此，此次硅整流改造的目標(biāo)值為：通過(guò)局部改造，使供電能力提升8%。

2.2 改造技術(shù)方案

2.2.1 設(shè)計(jì)原則

單純通過(guò)調(diào)整有載調(diào)壓開關(guān)，可以提升整流輸出的電壓，但是同時(shí)也將引起整流電流的上升，使整流管發(fā)熱嚴(yán)重，從而導(dǎo)致整流管損壞。因此，必須同步增加電解槽的數(shù)量，使回路電阻值變大，抑制電流的增長(zhǎng)。

此外。針對(duì)改造前原系統(tǒng)存在的變壓器溫度升高、變壓器漏油、吊芯多年沒有檢查、有載調(diào)壓開關(guān)動(dòng)觸頭電纜發(fā)熱、大電流刀開關(guān)溫升過(guò)高、整流器水溫過(guò)高等主要問(wèn)題，在改造中一并考慮，提高改造后系統(tǒng)的安全性和可靠性。

2.2.2 硅整流改造設(shè)計(jì)技術(shù)方案

硅整流改造的設(shè)計(jì)技術(shù)方案如圖1所示。

2.3 設(shè)計(jì)方案的技術(shù)可行性分析

設(shè)計(jì)方案的技術(shù)可行性分析見表1。

3 項(xiàng)目實(shí)施前的可行性評(píng)估及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

3.1 項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估

3.1.1 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模型

供電能力增加經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模型見圖2。

3.1.2 按照電能提高8%和電解擴(kuò)槽同步的設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)

硅整流改造預(yù)期達(dá)到目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)見表2。

3.2 經(jīng)濟(jì)敏感性分析

在經(jīng)濟(jì)評(píng)估模型中，考慮到電流效率和硅整流電能的提升空間，對(duì)邊際收益進(jìn)行了敏感性分析，分析的結(jié)論如下。

（1）電流效率是影響邊際收益的最大因素。當(dāng)電流效率下降到85%時(shí)，邊際產(chǎn)量在4 836 t時(shí)邊際效益出現(xiàn)負(fù)值。但根據(jù)公司目前的電效水平，這種情況出現(xiàn)的可能性不大。

（2）隨著電能的提升，產(chǎn)量增加。但電能的提升受硅整流安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響，其提升幅度會(huì)對(duì)邊際效益的增加產(chǎn)生一定的影響。

3.3 硅整流挖潛風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

硅整流挖潛風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估見表3。

通過(guò)上述對(duì)方案的分析，可以得出下述結(jié)論。

（1）改造有利于改善硅整流系統(tǒng)的安全狀況。

（2）改造依然有風(fēng)險(xiǎn)存在，但風(fēng)險(xiǎn)是可控制的。

（3）改造可以獲得較大的經(jīng)濟(jì)收益。

（4）不改造，風(fēng)險(xiǎn)依然存在。改造比不改造好。

4 項(xiàng)目的實(shí)施及效果

2011年2月開始進(jìn)行項(xiàng)目改造，并且硅整流的改造與電解擴(kuò)能改造同步實(shí)施，硅整流的改造的主要內(nèi)容見表4。

項(xiàng)目歷經(jīng)了兩個(gè)階段分步實(shí)施后，于3月初順利實(shí)施完成并投產(chǎn)使用，硅整流系統(tǒng)運(yùn)行2個(gè)多月，結(jié)果完全達(dá)到最初的設(shè)計(jì)目的。表5是改造前后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)對(duì)比。

通過(guò)改造，硅整流提升供電能力11.84%，鋅片產(chǎn)量增加11.89%，硅整流系統(tǒng)的可靠性及安全性得到進(jìn)一步的提升，經(jīng)2個(gè)多月的運(yùn)行，未出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，整流電壓基本維持在350 V附近，電流總體增加了3 000 A，變壓器溫升有明顯下降，整流管溫升無(wú)異常變化。

在方案的實(shí)施中，由于考慮并采用了自帶的離子交換器的風(fēng)水冷卻系統(tǒng)，使得循環(huán)的純水水質(zhì)更好，提高了整流系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，整流變壓器風(fēng)油系統(tǒng)采用了油流指示器、熱繼自動(dòng)切換，風(fēng)機(jī)自動(dòng)開啟，變頻調(diào)速等技術(shù)，極大提升了變壓器工作的安全性。

從投入來(lái)看，全部投資為456萬(wàn)元，產(chǎn)生的邊際效益大于1 662萬(wàn)元，投入產(chǎn)出可觀，當(dāng)年可以收回投資。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)原有的硅整流和電解擴(kuò)能改造，提高了云銅鋅業(yè)電解系統(tǒng)的產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。項(xiàng)目的順利實(shí)施并一次送電成功，充分體現(xiàn)了云銅鋅業(yè)的核心價(jià)值觀，是云銅鋅業(yè)通過(guò)實(shí)施技術(shù)創(chuàng)新，進(jìn)行挖潛增效的大膽嘗試和成功典范。同時(shí)，該項(xiàng)目的實(shí)施，大大增強(qiáng)了科技人員實(shí)施科技創(chuàng)新項(xiàng)目的動(dòng)力和信心。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃麗輝.用圖表法分析三相半波可控整流電路[J].海峽科學(xué)，2011（5）：72-74，83.

[2] 陳希有，劉鳳春，李冠林，等.整流濾波電路傅立葉分析方法的討論[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010（3）：113-116.

[3] 史公道.馬達(dá)起動(dòng)直流電源[J].汽車電器，1982（1）：47.

[4] 成維道.柴油機(jī)低溫起動(dòng)的幾點(diǎn)體會(huì)[J].工程機(jī)械，1980（4）：45-50.

[5] 薛新建.硅整流汽車起動(dòng)電源[J].汽車電器，1976（Z1）：50-53.