硅整流扩能改造的设计及应用

毛斌

[摘    要]对于没有原料基地的锌冶炼企业，要想获得生存空间就必须在制造成本上取得优势，而降低制造成本最直接有效的方式之一就是增加产量、摊薄吨锌固定成本。本文介绍了云铜锌业以扩大产能为目的，提出了硅整流的改造思路和设计实施方案，并最终取得了较好的效果。

[关键词]硅整流;改造;设计

[中图分类号]U472 [文献标志码]A [文章编号]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

近年来，由于原材料价格的不断上涨，对于云南云铜锌业股份有限公司这样一个原料在外、产品市场在外的企业来说，其生存空间不断受到挤压。因此如何降低生产成本已成为云铜锌业一个不变的主题。而降低成本，除了在日常生产管理中不断的寻找可挖的潜力来降低加工费或提升生产效率，另外比较可行的办法就是增加产量，降低生产成本中固定费用的摊消。通过增加产量带来副产品的边际效益是一个一举多得举措。而云铜锌业经过多年预算化管理的引导和考核，日常管理的挖潜增效项目越来越有限，经过多方论证，云铜锌业提出了扩大产能的想法。而要扩大产能、增加产量，云铜锌业最大的阻碍是受限于硅整流设计能力。在这样的背景下，云铜锌业提出了改造硅整流、扩大电解生产能力的大胆设想。

1 硅整流系统改造前存在的问题

原硅整流系统于2002年开始投入使用，该系统采用四台有载调压整流变压器与四套硅整流装置进行连接，采用三相桥式同相逆并整流电路，双系列移相，实现交流电到直流电的变换。主要额定特性参数如下：

额定输入电压UL：3相，36.5 kV，50 Hz;

额定整流电压UdN：350 V;

额定整流电流IdN：17500 A;

额定网侧输入功率PL：7150 kVA;

调变有载分接27级调压范围：65～105% UdN;

有载调压整流变压器冷却方式：油浸自冷;

整流柜冷却方式：纯水循环水冷。

该系统经过多年的使用，改造前就已存在变压器温升高、漏油、吊芯多年没有检查、有载调压开关动触头电缆发热、整流器水温过高，大电流刀开关发热等一系列问题，对生产用电的安全、可靠造成了一定的影响。同时，随着锌业的不断发展，锌锭的产能已由原来的4万t/a增至6万t/a，其整流输出电压为320 V，单系列总电流达到35000 A，已逼近原有硅整流系统的设计能力极限。找出制约提升硅整流负荷的瓶颈，采取对策，是硅整流系统提升负荷的关键。

在这样的情况下，能否通过对原有硅整流系统的优化设计及局部改造，考虑硅整流系统的平稳性和安全性的前提下，进一步挖掘硅整流系统的潜力、提升硅整流的输出功率，则成为锌锭产能是否能够扩大的一条重要途径，同时也是在改造后能否实在减低吨锌单耗，获得边际效益的一个关键事项。

2 改造的目标提出及方案设计

2.1 改造目标值的提出

对原系统进行认真详细的分析可以发现：原系统的每组整流输出电壓Ud为320 V，电流Id为17 500 A。Id值已达到额定整流电流IdN，但Ud尚未达到额定整流电压UdN。

根据电功率公式：P=UI，如果Ud从320 V提升到额定值350 V，在不计增加的损耗的前提下，供电能力将在原有的基础上提升9.37%。

因此，此次硅整流改造的目标值为：通过局部改造，使供电能力提升8%。

2.2 改造技术方案

2.2.1 设计原则

单纯通过调整有载调压开关，可以提升整流输出的电压，但是同时也将引起整流电流的上升，使整流管发热严重，从而导致整流管损坏。因此，必须同步增加电解槽的数量，使回路电阻值变大，抑制电流的增长。

此外。针对改造前原系统存在的变压器温度升高、变压器漏油、吊芯多年没有检查、有载调压开关动触头电缆发热、大电流刀开关温升过高、整流器水温过高等主要问题，在改造中一并考虑，提高改造后系统的安全性和可靠性。

2.2.2 硅整流改造设计技术方案

硅整流改造的设计技术方案如图1所示。

2.3 设计方案的技术可行性分析

设计方案的技术可行性分析见表1。

3 项目实施前的可行性评估及风险评价

3.1 项目的经济性评估

3.1.1 经济评价模型

供电能力增加经济评价模型见图2。

3.1.2 按照电能提高8%和电解扩槽同步的设计方案的经济预测

硅整流改造预期达到目标的经济预测见表2。

3.2 经济敏感性分析

在经济评估模型中，考虑到电流效率和硅整流电能的提升空间，对边际收益进行了敏感性分析，分析的结论如下。

（1）电流效率是影响边际收益的最大因素。当电流效率下降到85%时，边际产量在4 836 t时边际效益出现负值。但根据公司目前的电效水平，这种情况出现的可能性不大。

（2）随着电能的提升，产量增加。但电能的提升受硅整流安全稳定运行的影响，其提升幅度会对边际效益的增加产生一定的影响。

3.3 硅整流挖潜风险评估

硅整流挖潜风险评估见表3。

通过上述对方案的分析，可以得出下述结论。

（1）改造有利于改善硅整流系统的安全状况。

（2）改造依然有风险存在，但风险是可控制的。

（3）改造可以获得较大的经济收益。

（4）不改造，风险依然存在。改造比不改造好。

4 项目的实施及效果

2011年2月开始进行项目改造，并且硅整流的改造与电解扩能改造同步实施，硅整流的改造的主要内容见表4。

项目历经了两个阶段分步实施后，于3月初顺利实施完成并投产使用，硅整流系统运行2个多月，结果完全达到最初的设计目的。表5是改造前后的数据统计对比。

通过改造，硅整流提升供电能力11.84%，锌片产量增加11.89%，硅整流系统的可靠性及安全性得到进一步的提升，经2个多月的运行，未出现跳闸现象，整流电压基本维持在350 V附近，电流总体增加了3 000 A，变压器温升有明显下降，整流管温升无异常变化。

在方案的实施中，由于考虑并采用了自带的离子交换器的风水冷却系统，使得循环的纯水水質更好，提高了整流系统的可靠性。同时，整流变压器风油系统采用了油流指示器、热继自动切换，风机自动开启，变频调速等技术，极大提升了变压器工作的安全性。

从投入来看，全部投资为456万元，产生的边际效益大于1 662万元，投入产出可观，当年可以收回投资。

5 结语

通过对原有的硅整流和电解扩能改造，提高了云铜锌业电解系统的产能，实现稳产高产。项目的顺利实施并一次送电成功，充分体现了云铜锌业的核心价值观，是云铜锌业通过实施技术创新，进行挖潜增效的大胆尝试和成功典范。同时，该项目的实施，大大增强了科技人员实施科技创新项目的动力和信心。

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