高壓流化羅茨鼓風機變頻改造方案

山東錦工有限公司是一家專業(yè)生產羅茨鼓風機、羅茨真空泵、回轉風機等機械設備公司，位于有“鐵匠之鄉(xiāng)”之稱的山東省章丘市相公鎮(zhèn)，近年來，錦工致力于新產品的研發(fā)，新產品雙油箱羅茨風機、水冷羅茨風機、油驅羅茨風機、低噪音羅茨風機，贏得了市場好評和認可。

1、立項背景
潞安余吾熱電有限公司擁有兩臺135MW機組，每臺機組包括三臺高壓流化羅茨風機，電機功率為132KW，額定電流250A。正常運行時為并聯(lián)運行，兩臺運行一臺備用。發(fā)電負荷一般在70MW-110MW之間，高壓流化羅茨風機實際運行電流在105A-120A左右，風壓55KPa的風量調門開度也在40％-60％左右。高壓流化羅茨風機采用直接控制，利用風門調節(jié)，很不經濟，節(jié)能空間很大。這種運行方式帶來一系列的問題：電能的浪費大，電機的運行溫度高，設備的沖擊和磨損大，設備運行的噪音大，勞動環(huán)境差，運行費用和維修費用的很大浪費等。
2、高壓流化羅茨鼓風機變頻改造方案
應用變頻安全穩(wěn)定控制和工頻控制雙重控制節(jié)能環(huán)保技術系統(tǒng)，對高壓流化羅茨風機進行改造。所配置的變頻器型號為：ACS510-011.1―160KW，在原有工頻控制柜基礎上#1、#2機組各增設變頻柜1臺，采用一拖二控制，一臺變頻器控制兩臺電機，兩用一備的現(xiàn)場工況，無論哪兩臺設備運行，保證有一臺變頻控制系統(tǒng)運行，一臺工頻運行。
整個改造方案包括三部分：
（1）為便于與原工頻設備連接及更可靠干凈的環(huán)境，變頻器安裝在離羅茨風機約50米的6KV配電室，其中安裝的主要設備為變頻器主柜體，通過一次電纜將原工頻開關柜與新增加變頻柜進行連接，中間增加刀開關（QF1、QF2），無論檢修任何一路時都可以單獨隔離，節(jié)省控制柜至電機本體電纜，并從380V開關柜引一路電源單獨為變頻器柜提供電源，在變頻柜上帶有遠方/就地轉換開關，當將轉換開關切到就地時可在就地完成變頻器的所有就地操作以及運行參數(shù)和報警參數(shù)的檢查設置。
（2）將高流羅茨風機信號引入DCS，可通過DCS控制，便于運行人員遠方操作與監(jiān)控，在DCS操作分兩部分：一是變頻柜電源開關操作，這部分只需在DCS系統(tǒng)畫面上增加一個電氣開關，引入開關的合閘、分閘指令和狀態(tài)反饋，以及開關的就地/遠方位、控制電源狀態(tài)等一些在DCS操作時開關的合閘條件。二是變頻高流羅茨風機的啟停，在DCS畫面上增加一臺羅茨風機，從變頻柜引入羅茨風機的啟停指令和狀態(tài)反饋，及在DCS上操作時羅茨風機的一些啟動條件，從變頻柜轉換開關引入DCS一個羅茨風機變頻位信號，當將轉換開關切到#1高流羅茨風機時，該高流羅茨風機處于變頻位，在DCS啟動變頻羅茨風機時，#1高流羅茨風機變頻運行；同樣當轉換開關切到#2高流羅茨風機時，啟動后#2高流羅茨風機變頻運行。在DCS邏輯中增加互鎖，當#1高流羅茨風機工頻已運行時，若將轉換開關切到#1高流羅茨風機變頻運行位置，變頻柜電源不滿足合閘條件，只有當轉換開關切換到#2高流羅茨風機變頻運行位置；當轉換開關在#1高流羅茨風機變頻運行位置且變頻柜電源開關已合閘時，#1高流羅茨風機不滿足工頻啟動條件。#2高流羅茨風機也同樣。所以即使沒有硬接線進行互鎖，在DCS上同樣可以實現(xiàn)工頻、變頻單獨啟動，保證不會因運行誤操作而使同一臺羅茨風機工頻、變頻同時啟動。
（3）就地變頻控制與工頻控制通過硬接線進行互鎖，如圖將變頻器出口接觸器KM1/KM2的輔助觸點KM11/KM21分別接入原工頻系統(tǒng)回路中，保證變頻、工頻不會同時啟動，防止環(huán)流。電氣開關部分加裝了變頻器保護回路和“工頻/變頻工作方式”切換把手，配合高流羅茨風機變頻運行和工頻兩種工作方式的切換，通過爐膛閉環(huán)控制采集信號進行變頻控制。
在這套變頻器改造中采用了硬接線和DCS邏輯控制兩套互鎖方案保證了每臺高流羅茨風機同時只能在工頻或變頻一種運行方式下進行，確保了設備和機組的安全運行。
3、改造后帶來的經濟效益
（1）直接經濟效益
羅茨風機風量、壓力、轉速、轉矩、功率之間的關系如下：
Q=C1*n，p=C2*T=C3*n2，P=T*n=C4*n3
其中：Q――風量，p――壓力，n――轉速，T――轉矩，P――功率
因此當羅茨風機的風量為額定風量80％時，頻率為40HZ，電機轉速為額定轉速的80%，則電機的輸出功率為（80%）3＝51.2％，節(jié)電率為48.8％。由于羅茨風機的各種工況不同，節(jié)電率一般為25％－60％之間。
現(xiàn)以兩臺132KW電機、綜合節(jié)能30％（40HZ運行）、綜合電價0.4元/度計算，則每月可節(jié)約電費如下：132KW*24小時/天*30天/每月*0.4元/度*30％*2臺＝22809.6元
按兩套設備系統(tǒng)投資29萬元計算，運行一年即可全部收回投資。
（2）間接經濟效益
a、延長電機、羅茨風機、風門及其它機械的使用壽命
由于采用變頻安全穩(wěn)定控制和工頻控制系統(tǒng)雙重控制方式進行調速，羅茨風機降速運行，風門全開；并且由于采用變頻安全穩(wěn)定控制和工頻控制系統(tǒng)雙重控制方式，電機在啟動時，啟動電流在額定電流以內，消除了啟動時巨大電應力對電機的損壞和對設備的沖擊。這都使得電機、羅茨風機、風門及其它機械的使用壽命延長。減少設備的維護工作量和維修費用。電機由于軟啟動，啟動電流小，啟動過程平穩(wěn)，對電網和電器沒有沖擊，對羅茨風機也不產生大的啟動轉矩沖擊?？裳娱L設備的使用壽命，降低維修費用，減少維修量。
b、由于電機軸功率下降，羅茨風機轉速降低，減少了機械磨損，減輕了機械振動和噪聲，又改善了操作環(huán)境。同時降低了煙塵的排放，減輕了除塵設備的負荷，延長了該設備的服務年限，提高了環(huán)保質量。
4、結束語：
從上述高流羅茨風機的改造中證明了采用變頻調速技術，不僅能夠節(jié)約能源，而且可提高整個系統(tǒng)的自動化水平，減輕工人的勞動強度，降低維修費用，延長設備使用壽命和檢修周期，減少電動機頻繁起停對電網的沖擊等各個方面都有顯著的效果?？傊?，變頻器在高壓流化羅茨風機中的成功應用，為我廠以后一些重要輔機設備的變頻改造提供了實踐經驗，使我們認識到改造的可行性和必要性。

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