高壓流化羅茨鼓風(fēng)機(jī)變頻改造方案

山東錦工有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)、羅茨真空泵、回轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)等機(jī)械設(shè)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(lái)，錦工致力于新產(chǎn)品的研發(fā)，新產(chǎn)品雙油箱羅茨風(fēng)機(jī)、水冷羅茨風(fēng)機(jī)、油驅(qū)羅茨風(fēng)機(jī)、低噪音羅茨風(fēng)機(jī)，贏得了市場(chǎng)好評(píng)和認(rèn)可。

1、立項(xiàng)背景
潞安余吾熱電有限公司擁有兩臺(tái)135MW機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組包括三臺(tái)高壓流化羅茨風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率為132KW，額定電流250A。正常運(yùn)行時(shí)為并聯(lián)運(yùn)行，兩臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)備用。發(fā)電負(fù)荷一般在70MW-110MW之間，高壓流化羅茨風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流在105A-120A左右，風(fēng)壓55KPa的風(fēng)量調(diào)門開(kāi)度也在40％-60％左右。高壓流化羅茨風(fēng)機(jī)采用直接控制，利用風(fēng)門調(diào)節(jié)，很不經(jīng)濟(jì)，節(jié)能空間很大。這種運(yùn)行方式帶來(lái)一系列的問(wèn)題：電能的浪費(fèi)大，電機(jī)的運(yùn)行溫度高，設(shè)備的沖擊和磨損大，設(shè)備運(yùn)行的噪音大，勞動(dòng)環(huán)境差，運(yùn)行費(fèi)用和維修費(fèi)用的很大浪費(fèi)等。
2、高壓流化羅茨鼓風(fēng)機(jī)變頻改造方案
應(yīng)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(shù)系統(tǒng)，對(duì)高壓流化羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造。所配置的變頻器型號(hào)為：ACS510-011.1―160KW，在原有工頻控制柜基礎(chǔ)上#1、#2機(jī)組各增設(shè)變頻柜1臺(tái)，采用一拖二控制，一臺(tái)變頻器控制兩臺(tái)電機(jī)，兩用一備的現(xiàn)場(chǎng)工況，無(wú)論哪兩臺(tái)設(shè)備運(yùn)行，保證有一臺(tái)變頻控制系統(tǒng)運(yùn)行，一臺(tái)工頻運(yùn)行。
整個(gè)改造方案包括三部分：
（1）為便于與原工頻設(shè)備連接及更可靠干凈的環(huán)境，變頻器安裝在離羅茨風(fēng)機(jī)約50米的6KV配電室，其中安裝的主要設(shè)備為變頻器主柜體，通過(guò)一次電纜將原工頻開(kāi)關(guān)柜與新增加變頻柜進(jìn)行連接，中間增加刀開(kāi)關(guān)（QF1、QF2），無(wú)論檢修任何一路時(shí)都可以單獨(dú)隔離，節(jié)省控制柜至電機(jī)本體電纜，并從380V開(kāi)關(guān)柜引一路電源單獨(dú)為變頻器柜提供電源，在變頻柜上帶有遠(yuǎn)方/就地轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，當(dāng)將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切到就地時(shí)可在就地完成變頻器的所有就地操作以及運(yùn)行參數(shù)和報(bào)警參數(shù)的檢查設(shè)置。
（2）將高流羅茨風(fēng)機(jī)信號(hào)引入DCS，可通過(guò)DCS控制，便于運(yùn)行人員遠(yuǎn)方操作與監(jiān)控，在DCS操作分兩部分：一是變頻柜電源開(kāi)關(guān)操作，這部分只需在DCS系統(tǒng)畫面上增加一個(gè)電氣開(kāi)關(guān)，引入開(kāi)關(guān)的合閘、分閘指令和狀態(tài)反饋，以及開(kāi)關(guān)的就地/遠(yuǎn)方位、控制電源狀態(tài)等一些在DCS操作時(shí)開(kāi)關(guān)的合閘條件。二是變頻高流羅茨風(fēng)機(jī)的啟停，在DCS畫面上增加一臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)，從變頻柜引入羅茨風(fēng)機(jī)的啟停指令和狀態(tài)反饋，及在DCS上操作時(shí)羅茨風(fēng)機(jī)的一些啟動(dòng)條件，從變頻柜轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)引入DCS一個(gè)羅茨風(fēng)機(jī)變頻位信號(hào)，當(dāng)將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切到#1高流羅茨風(fēng)機(jī)時(shí)，該高流羅茨風(fēng)機(jī)處于變頻位，在DCS啟動(dòng)變頻羅茨風(fēng)機(jī)時(shí)，#1高流羅茨風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行；同樣當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切到#2高流羅茨風(fēng)機(jī)時(shí)，啟動(dòng)后#2高流羅茨風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行。在DCS邏輯中增加互鎖，當(dāng)#1高流羅茨風(fēng)機(jī)工頻已運(yùn)行時(shí)，若將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切到#1高流羅茨風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行位置，變頻柜電源不滿足合閘條件，只有當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換到#2高流羅茨風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行位置；當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在#1高流羅茨風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行位置且變頻柜電源開(kāi)關(guān)已合閘時(shí)，#1高流羅茨風(fēng)機(jī)不滿足工頻啟動(dòng)條件。#2高流羅茨風(fēng)機(jī)也同樣。所以即使沒(méi)有硬接線進(jìn)行互鎖，在DCS上同樣可以實(shí)現(xiàn)工頻、變頻單獨(dú)啟動(dòng)，保證不會(huì)因運(yùn)行誤操作而使同一臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)工頻、變頻同時(shí)啟動(dòng)。
（3）就地變頻控制與工頻控制通過(guò)硬接線進(jìn)行互鎖，如圖將變頻器出口接觸器KM1/KM2的輔助觸點(diǎn)KM11/KM21分別接入原工頻系統(tǒng)回路中，保證變頻、工頻不會(huì)同時(shí)啟動(dòng)，防止環(huán)流。電氣開(kāi)關(guān)部分加裝了變頻器保護(hù)回路和“工頻/變頻工作方式”切換把手，配合高流羅茨風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行和工頻兩種工作方式的切換，通過(guò)爐膛閉環(huán)控制采集信號(hào)進(jìn)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(tái)高流羅茨風(fēng)機(jī)同時(shí)只能在工頻或變頻一種運(yùn)行方式下進(jìn)行，確保了設(shè)備和機(jī)組的安全運(yùn)行。
3、改造后帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益
（1）直接經(jīng)濟(jì)效益
羅茨風(fēng)機(jī)風(fēng)量、壓力、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率之間的關(guān)系如下：
Q=C1*n，p=C2*T=C3*n2，P=T*n=C4*n3
其中：Q――風(fēng)量，p――壓力，n――轉(zhuǎn)速，T――轉(zhuǎn)矩，P――功率
因此當(dāng)羅茨風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為額定風(fēng)量80％時(shí)，頻率為40HZ，電機(jī)轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的80%，則電機(jī)的輸出功率為（80%）3＝51.2％，節(jié)電率為48.8％。由于羅茨風(fēng)機(jī)的各種工況不同，節(jié)電率一般為25％－60％之間。
現(xiàn)以兩臺(tái)132KW電機(jī)、綜合節(jié)能30％（40HZ運(yùn)行）、綜合電價(jià)0.4元/度計(jì)算，則每月可節(jié)約電費(fèi)如下：132KW*24小時(shí)/天*30天/每月*0.4元/度*30％*2臺(tái)＝22809.6元
按兩套設(shè)備系統(tǒng)投資29萬(wàn)元計(jì)算，運(yùn)行一年即可全部收回投資。
（2）間接經(jīng)濟(jì)效益
a、延長(zhǎng)電機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī)、風(fēng)門及其它機(jī)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(jìn)行調(diào)速，羅茨風(fēng)機(jī)降速運(yùn)行，風(fēng)門全開(kāi)；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(jī)在啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流在額定電流以內(nèi)，消除了啟動(dòng)時(shí)巨大電應(yīng)力對(duì)電機(jī)的損壞和對(duì)設(shè)備的沖擊。這都使得電機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī)、風(fēng)門及其它機(jī)械的使用壽命延長(zhǎng)。減少設(shè)備的維護(hù)工作量和維修費(fèi)用。電機(jī)由于軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)，對(duì)電網(wǎng)和電器沒(méi)有沖擊，對(duì)羅茨風(fēng)機(jī)也不產(chǎn)生大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩沖擊。可延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，降低維修費(fèi)用，減少維修量。
b、由于電機(jī)軸功率下降，羅茨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，減少了機(jī)械磨損，減輕了機(jī)械振動(dòng)和噪聲，又改善了操作環(huán)境。同時(shí)降低了煙塵的排放，減輕了除塵設(shè)備的負(fù)荷，延長(zhǎng)了該設(shè)備的服務(wù)年限，提高了環(huán)保質(zhì)量。
4、結(jié)束語(yǔ)：
從上述高流羅茨風(fēng)機(jī)的改造中證明了采用變頻調(diào)速技術(shù)，不僅能夠節(jié)約能源，而且可提高整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低維修費(fèi)用，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命和檢修周期，減少電動(dòng)機(jī)頻繁起停對(duì)電網(wǎng)的沖擊等各個(gè)方面都有顯著的效果?？傊?，變頻器在高壓流化羅茨風(fēng)機(jī)中的成功應(yīng)用，為我廠以后一些重要輔機(jī)設(shè)備的變頻改造提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，使我們認(rèn)識(shí)到改造的可行性和必要性。

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