1、煤制氫工藝概述

煤制氫也稱為煤炭氣化制氫氣(H2)，通過(guò)渣漿泵將煤漿輸送至反應(yīng)爐，由煤蒸汽轉(zhuǎn)化制煤氣、煤氣凈化、煤氣變換和變壓吸附(PSA)提純氫氣(H2)四部分組成，煤炭或者焦炭在高溫下與水蒸汽發(fā)生反應(yīng)，生成主要含有氫氣(H2)、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)的煤氣。

化學(xué)方程式如下：

C+H2O=CO+H2
CO+H2O=CO2+H2

煤氣再經(jīng)過(guò)降溫、除塵和脫硫后，與水蒸汽混合進(jìn)行變換反應(yīng)，大部分一氧化碳轉(zhuǎn)化為氫氣(H2)和二氧化碳(CO2)，成為變換氣，然后，變換氣通過(guò)變壓吸附(PSA)過(guò)程，得到高純度的氫氣(H2)。

2、隔膜泵的工作原理

隔膜泵是一種可以輸送特殊工藝泵，隔膜泵在其兩個(gè)對(duì)稱的工作腔中，各裝有一塊有彈性的隔膜，形成兩個(gè)獨(dú)立的腔室。中間軸將兩塊隔膜結(jié)成一體，配氣閥控制每個(gè)腔室的增壓，壓縮空氣進(jìn)入配氣閥后，推動(dòng)一邊隔膜，驅(qū)使聯(lián)桿聯(lián)接的兩塊隔膜同步運(yùn)動(dòng)。與此同時(shí)，另一工作腔中的流體排出泵外，到達(dá)行程終點(diǎn)。配氣閥則自動(dòng)地將壓縮空氣切換到另一工作腔，推動(dòng)隔膜朝相反方向運(yùn)動(dòng)，這樣形成了兩個(gè)隔膜的同步往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

每個(gè)工作腔中又設(shè)置有兩個(gè)單向球閥，隔膜的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，造成工作腔內(nèi)容積的改變，迫使兩個(gè)單向球閥交替地開啟和關(guān)閉，從而將流體連續(xù)地吸入和排出。GEHO隔膜泵示意圖如圖[1]。

曲柄連桿機(jī)構(gòu)在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)曲軸作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，曲軸的運(yùn)動(dòng)通過(guò)液缸內(nèi)的工作液體(一般為油)而傳到隔膜，使隔膜來(lái)回鼓動(dòng)。氣動(dòng)隔膜泵缸頭部分主要由一隔膜片將被輸送的液體和工作液體分開，當(dāng)隔膜片向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一邊運(yùn)動(dòng)，泵缸內(nèi)工作時(shí)為負(fù)壓而吸入液體，當(dāng)隔膜片向另一邊運(yùn)動(dòng)時(shí)，則排出液體。被輸送的液體在泵缸內(nèi)被膜片與工作液體隔開，只與泵缸、吸入閥、排出閥及膜片的泵內(nèi)一側(cè)接觸，而不接觸柱塞以及密封裝置，這就使柱塞等重要零件完全在油介質(zhì)中工作，處于良好的工作狀態(tài)。

3、煤制氫工藝對(duì)隔膜泵傳動(dòng)系統(tǒng)要求

煤制氫現(xiàn)場(chǎng)要求隔膜泵組要求如下：

1， 設(shè)備可靠起動(dòng)，啟動(dòng)平緩。

2，傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，根據(jù)工藝要求隔膜泵轉(zhuǎn)速可調(diào)整。

3，變頻器可以實(shí)現(xiàn)自身和電機(jī)保護(hù)。

4，隔膜泵滿足三地操作，分別設(shè)置在機(jī)旁操作柱、變頻器觸摸屏、DCS后臺(tái)。隔膜泵的啟動(dòng)和停止命令可以在機(jī)旁進(jìn)行，也可以通過(guò)機(jī)旁操作柱切換開關(guān)通過(guò)DCS控

煤漿流量的調(diào)整是通過(guò)隔膜泵變頻調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的，隔膜泵在煤制氫工藝中極為重要，要求所用高壓變頻器有很高的可靠性和完畢的控制保護(hù)功能，最終恒力石化用戶選用TMEIC全新一代MVe2系列中壓變頻器。

TMEIC全新一代MVe2系列中壓變頻器保護(hù)功能示意圖如圖[2]：

圖[2] 變頻器保護(hù)功能示意

4、MVe2系列中壓變頻器解決方案

MVe2系列中壓變頻器與傳統(tǒng)單元串聯(lián)高壓變頻器相比，在功率單元拓?fù)浜妥儔浩鞣矫嬗休^大差別。

傳統(tǒng)單元串聯(lián)高壓變頻器功率單元整流器采用二極管整流，因二極管是不可控半導(dǎo)體器件，為了減少變頻器網(wǎng)側(cè)諧波，變頻器進(jìn)線變壓器需要使用工藝復(fù)雜的整流變壓器。

MVe2系列中壓變頻器單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)單元串聯(lián)高壓變頻器有所不同，單元整流器采用IGBT整流器，變頻器進(jìn)線變壓器無(wú)需專用整流變壓器，且可以有效改善變頻器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)。由于MVe2中壓變頻器采用IGBT可控制整流器，在大慣量負(fù)載且對(duì)加速和減速時(shí)間有特殊要求的控制中，MVe2中壓變頻器有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

傳統(tǒng)單元串聯(lián)高壓變頻器每個(gè)功率單元逆變器只能輸出2個(gè)電平，MVe2系列中壓變頻器每個(gè)功率單元逆變器輸出5個(gè)電平。在輸出電平數(shù)量相同的情況下，MVe2系列中壓變頻器使用單元數(shù)量更少，變頻器體積更小。在滿足變頻器相同輸出波形的情況下，為用戶節(jié)約安裝空間。

MVe2中壓變頻器主回路及其功率單元拓?fù)鋱D如圖[3]：

圖[3]主回路及其功率單元拓?fù)?/p>

MVe2中壓變頻器每個(gè)功率單元的逆變器由兩個(gè)單橋逆變器組成，每個(gè)單橋逆變器可以輸出3個(gè)電平，每個(gè)MVe2中壓變頻器功率單元可以輸出5個(gè)電平。用變頻驅(qū)動(dòng)同等電壓等級(jí)的電動(dòng)機(jī)時(shí)，變頻器輸出電平數(shù)量越多其輸出波形越接近正弦波，可以減少電應(yīng)力對(duì)電動(dòng)機(jī)的損傷。MVe2中壓變頻器功率單元單橋逆變器輸出三電平原理如圖[4]：

圖[4]三電平原理

膜泵負(fù)載對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)要求較高，隔膜泵在啟動(dòng)時(shí)要求變頻器提供較大的啟動(dòng)扭矩以便克服隔膜泵靜摩擦力正常啟動(dòng)。隔膜泵在運(yùn)行過(guò)程中要求變頻器有很高的速度響應(yīng)特性，以便克服因曲軸旋轉(zhuǎn)過(guò)程中電機(jī)負(fù)載突變導(dǎo)致的失控。

用戶選擇TMEIC全新一代MVe2系列中壓變頻器，此項(xiàng)目中MVe2系列中壓變頻器采用帶編碼器的矢量控制模式，提高了傳動(dòng)系統(tǒng)的啟動(dòng)特性和低速控制特性，以滿足隔膜泵的啟動(dòng)要求。MVe2系列中壓變頻器獨(dú)有的自由化功能，可以對(duì)各類特殊負(fù)載進(jìn)行變頻器參數(shù)優(yōu)化，極大地提高了調(diào)試便捷性。

5、項(xiàng)目詳情

5.1電機(jī)參數(shù)

電機(jī)品牌：ABB

電機(jī)功率：137-420kW

電機(jī)電壓：1098V-3300V

電機(jī)電流：90-91A

電機(jī)轉(zhuǎn)速：493-1515.9rpm

編碼器型號(hào)：LL 729677-02

5.2隔膜泵參數(shù)

隔膜泵品牌：GEHO

隔膜泵型號(hào)：ZPM900

隔膜泵流量：120m3/h

隔膜泵壓力：9600kPa

隔膜泵轉(zhuǎn)速：56spm

隔膜泵功率：341kW

5.3變頻器參數(shù)

變頻器品牌：TMEIC

變頻器型號(hào)：MVe2

變頻器容量：540KVA

變頻器輸入：10kV

變頻器輸出：0-3300V

5.4變頻器啟動(dòng)波形如圖[5]

圖[5]變頻器啟動(dòng)波形

審核編輯：郭婷