【摘  要】通過(guò)深圳英威騰CHH100系列高壓變頻器在中化平原化工有限公司煤氣脫硫羅茨風(fēng)機(jī)系統(tǒng)改造中的應(yīng)用實(shí)例，介紹深圳市英威騰變頻技術(shù)在節(jié)能降耗、提高自動(dòng)化控制水平方面具有很好的應(yīng)用前景。

      【關(guān)鍵詞】高壓變頻技術(shù)；煤氣脫硫羅茨風(fēng)機(jī)系統(tǒng)；節(jié)能。

       一.企業(yè)介紹
      中化平原化工有限公司前身系山東德齊龍化工集團(tuán)有限公司，國(guó)家大型一檔企業(yè)，2008年6月由平原縣人民政府和中化化肥有限公司重組為中化平原化工有限公司，銀行信譽(yù)等級(jí)“AAA”。公司總資產(chǎn)25億元，全國(guó)同行業(yè)排名第三，資產(chǎn)負(fù)債率59%，現(xiàn)有職工3300人，其中，大專以上學(xué)歷人員800人，中專以上學(xué)歷1600人。公司主要產(chǎn)品有尿素、碳酸氫銨、液氨、塑料編織袋、粉煤灰加氣砼塊等四大類20余個(gè)品種?，F(xiàn)有氨醇生產(chǎn)能力為年產(chǎn)100萬(wàn)噸，尿素100萬(wàn)噸。2007年實(shí)現(xiàn)銷售收入26億元，利稅2.3億元。

      該公司 2007年消耗電力11.0145億千瓦時(shí)，其中外購(gòu)電力8.1377億千瓦時(shí)，占全部外購(gòu)能源的近十分之一。企業(yè)內(nèi)部電機(jī)系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題是：電動(dòng)機(jī)效率低；系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式落后，大部分風(fēng)機(jī)、泵類采用機(jī)械節(jié)流方式調(diào)節(jié)，效率比調(diào)速方式約低30%。 

      二.煤氣脫硫羅茨風(fēng)機(jī)系統(tǒng)工藝流程及現(xiàn)狀

　　煤氣脫硫風(fēng)機(jī)采用的羅茨風(fēng)機(jī)屬于回轉(zhuǎn)容積式鼓風(fēng)機(jī)，它的鼓風(fēng)量與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，基本不受出風(fēng)口阻力變化的影響，這種硬風(fēng)特性決定了不允許通過(guò)關(guān)閉出風(fēng)口或進(jìn)風(fēng)口的辦法來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，而且經(jīng)過(guò)采取優(yōu)化以上主要工藝環(huán)節(jié)措施以后，大量過(guò)剩風(fēng)量通過(guò)回氣閥調(diào)節(jié)，造成風(fēng)機(jī)能量的大量損耗，而且由于磨損而腐蝕問(wèn)題突出，回氣閥門需要經(jīng)常維修。工藝流程設(shè)備圖如下所示：

       三.改造方案

      變頻調(diào)速系統(tǒng)由用戶開(kāi)關(guān)柜、水阻起動(dòng)柜、進(jìn)線柜、CHH100系列高壓變頻器、高壓電機(jī)組成。進(jìn)線柜是由二個(gè)真空接觸器KM1、KM2和兩個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)QS1、QS2組成。QS1、QS2用于變頻器維護(hù)過(guò)程中高壓隔離。電機(jī)以變頻方式運(yùn)行時(shí)，QS1、QS2和KM1、KM2閉合，水阻起動(dòng)柜不工作。電機(jī)以工頻方式運(yùn)行時(shí)，QS1、QS2和KM1、KM2斷開(kāi)，水阻起動(dòng)柜工作。進(jìn)線柜與和水阻起動(dòng)柜互鎖，完全能夠保證變頻調(diào)速系統(tǒng)安全運(yùn)行。

      n  該切換控制方式優(yōu)點(diǎn)：

      ²  變頻器輸入、輸出設(shè)計(jì)有隔離刀閘，便于變頻器的維護(hù)與檢修。

      ²  該切換控制有兩種起動(dòng)方式,不論那種方式起動(dòng)運(yùn)行,都具有軟起動(dòng)功能,不造成對(duì)電網(wǎng)沖擊.

      ²  操作方便，可以就地操作，也可遠(yuǎn)程操作，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

      4.變頻調(diào)速系統(tǒng)控制方式

      (1)我方提供的CHH100變頻器控制方式：

      我公司CHH100系列高壓變頻器在現(xiàn)場(chǎng)采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式控制：在檢修,非生產(chǎn)時(shí),采用手動(dòng)控制方式,在正常生產(chǎn)時(shí),采用自動(dòng)控制方式.

      n  手動(dòng)控制方式

      值班電工根據(jù)壓縮機(jī)進(jìn)口所要求的壓力(流量), 通過(guò)在遠(yuǎn)程監(jiān)控反饋信號(hào),手動(dòng)調(diào)節(jié)頻率給定信號(hào),從而達(dá)到滿足風(fēng)機(jī)需要的風(fēng)量和風(fēng)壓要求。

      n  自動(dòng)控制方式

      自動(dòng)控制方式有兩種選擇，一是壓縮機(jī)進(jìn)口要求控制的壓力值由手操器給定(4~20mA電流信號(hào))，壓縮機(jī)進(jìn)口反饋信號(hào)經(jīng)壓力變送器檢測(cè)后，再由DCS供給。壓力比較和PID運(yùn)算均由DCS完成，其變換出來(lái)信號(hào)作為變頻器給定信號(hào)，以控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使壓縮機(jī)進(jìn)口的壓力穩(wěn)定在壓力設(shè)定值上，達(dá)到自動(dòng)跟蹤壓縮機(jī)進(jìn)口壓力的目的。同時(shí)，通過(guò)變頻器的模擬量輸出接口將壓縮機(jī)進(jìn)口壓力、實(shí)際電壓、電流、頻率反饋到DCS監(jiān)控系統(tǒng)上。變頻器仍然作為一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，類似擋板特性，只是時(shí)間系數(shù)需要重新調(diào)整，這種調(diào)節(jié)方式比較簡(jiǎn)便合理，只需要DCS根據(jù)以往的工頻調(diào)節(jié)方式增加變頻調(diào)節(jié)回路，以前的工頻擋板控制方式繼續(xù)保留備用。另一種方式是壓縮機(jī)進(jìn)口反饋信號(hào)送至變頻器進(jìn)行變換和處理，變頻器本身也具有PID功能。實(shí)現(xiàn)頻率的自動(dòng)調(diào)整,也就是說(shuō)對(duì)風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制,以達(dá)到根據(jù)負(fù)荷變化而調(diào)整輸出功率、穩(wěn)定壓縮機(jī)進(jìn)口壓力和節(jié)能降耗的目的。根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，建議采用DCS完成自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。

      (2).高壓變頻器具有遠(yuǎn)程和本機(jī)控制功能。

      高壓變頻器具有遠(yuǎn)程和本機(jī)控制功能。本機(jī)控制時(shí)通過(guò)高壓變頻器控制柜上觸摸屏可就地人工啟動(dòng)、停止高壓變頻器，可以調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速、頻率。遠(yuǎn)程控制放在控制室，設(shè)有操作臺(tái)和上位機(jī)，由配電工操作控制。通過(guò)上位機(jī)配電工可以隨時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行情況，通過(guò)操作臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓變頻器進(jìn)行簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)方操作。配電工可以根據(jù)工況自由選定高壓變頻器“手動(dòng)/自動(dòng)”調(diào)速運(yùn)行。

      四.現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況

      煤氣脫硫羅茨風(fēng)機(jī)所配置的高壓變頻器（型號(hào)CHH100-0900-06，額定電壓6KV，額定電流106A）于2009年12月11日開(kāi)始安裝就位；2009年12月15日開(kāi)始一次調(diào)試成功投入運(yùn)行。裝調(diào)試周期都很短，為系統(tǒng)的正常生產(chǎn)提供了有利的保證。該煤氣脫硫羅茨風(fēng)機(jī)是技改項(xiàng)目,所配套電機(jī)和輔助高壓配電控制柜及水阻軟起動(dòng)柜。

      五.節(jié)能效果

1．羅茨風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能原理

１.１羅茨風(fēng)機(jī)的理論流量與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的關(guān)系式為：

Qth=(丌/2)D²LλN　　　　　　　　　　　(1)

式中：　Qth――理論流量，m³/min             D――葉輪外徑，m

　　　　　　L――葉輪長(zhǎng)度，m                    N――葉輪轉(zhuǎn)速r/min

λ――面積利用系數(shù)；表征風(fēng)機(jī)氣缸空間的有效利用程度（圓弧一漸開(kāi)線型線的面積利用系數(shù)λ＝0.563～0.521）

１.２ 羅茨風(fēng)機(jī)的實(shí)際流量Q，為：

　Q＝Qthη　　　　　　　　　　　　(2)

式中：η――容積效率，一般為0.7～0.9

由（１）和（２）可知，對(duì)每一臺(tái)具體的羅茨風(fēng)機(jī)，其葉輪外徑長(zhǎng)度和面積利用系數(shù)都是一個(gè)定值，當(dāng)可忽略容積效率的變化時(shí)，羅茨風(fēng)機(jī)的流量正比于轉(zhuǎn)速．

１.３功率特性

羅茨風(fēng)機(jī)的軸功率為：

　　　　　　　　　　P =( QthΔH)/6000β                   (3)

式中：    P――軸功率，KW                        Qth――理論流量，m³/min

ΔH――風(fēng)機(jī)進(jìn)出口壓差，Pa                β――機(jī)械效率，一般為0.9

由式（１）和（３）可知，當(dāng)羅茨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，其軸功率與轉(zhuǎn)速成正比，

１.４轉(zhuǎn)矩特性

羅茨風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩為：

　　　　　　　　M=9552(P/N)                              (4)

由于羅茨風(fēng)機(jī)的軸功率與轉(zhuǎn)速在正比，因此式（４）可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，轉(zhuǎn)矩不變，即羅茨風(fēng)機(jī)屬于恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行．

可見(jiàn)羅茨風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q和電機(jī)的轉(zhuǎn)速n是成正比關(guān)系的，而軸功率P與轉(zhuǎn)速也是成正比關(guān)系。所以當(dāng)需要80％的額定風(fēng)量時(shí)，通過(guò)變頻調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的80％，即調(diào)節(jié)頻率到40赫茲即可，這時(shí)所需功率將僅為原來(lái)的80％．

考慮減速后效率下降和調(diào)速裝置的附加損耗，通過(guò)實(shí)踐的統(tǒng)計(jì)，羅茨風(fēng)機(jī)類通過(guò)調(diào)速控制可節(jié)能  10％～40％。

2.節(jié)能效益計(jì)算如下：              

實(shí)測(cè)節(jié)能比較

2009年12月20日在中化平原化工有限公司煤氣脫硫羅茨風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)測(cè)量?jī)x表進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)如下表:

 測(cè)試結(jié)果表明,

900 KW/6KV煤氣鼓風(fēng)機(jī)在閥門調(diào)節(jié)和變頻調(diào)節(jié)的節(jié)能比較如下表:

      可見(jiàn)，投入一臺(tái)深圳市英威騰電氣股份有限公司生產(chǎn)的CHH100系列高壓變頻器后，該項(xiàng)目全年節(jié)約電費(fèi)均可達(dá)45萬(wàn)元左右。另外，由于深圳市英威騰電氣股份有限公司生產(chǎn)的CHH100系列高壓變頻器功率因數(shù)可達(dá)0.95以上，大于電機(jī)功率因數(shù)0.89，減少大量無(wú)功。并且實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)，可避免因大電流啟動(dòng)沖擊造成對(duì)電機(jī)絕緣的影響，減少電機(jī)維護(hù)量，節(jié)約檢修維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)電機(jī)壽命大幅度延長(zhǎng)。減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，深受運(yùn)行人員和維修人員的歡迎。

      六.結(jié)束語(yǔ)

      高壓變頻裝置節(jié)能效果明顯，采用變頻調(diào)速后，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng)，延長(zhǎng)電機(jī)的壽命，也減少了管道的振動(dòng)與磨損；總之，采用了一套深圳英威騰電氣股份有限公司的自主研發(fā)、生產(chǎn)的多單元串聯(lián)的高─高形式的CHH100系列6kV/900 kW高壓變頻器調(diào)速裝置在中化平原化工有限公司煤氣脫硫羅茨風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的調(diào)速改造中應(yīng)用是相當(dāng)成功的。該系列變頻器的先進(jìn)性、可靠性已得到許多工業(yè)應(yīng)用的證實(shí)。

      參考文獻(xiàn)：

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[2] 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)指南 (國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)節(jié)能信息傳播中心編).

[2]《CHH100系列使用說(shuō)明書(shū)》