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在污水生化處理方式中，曝氣鼓風(fēng)機(jī)將壓縮空氣通過管道送入曝氣池，讓空氣中的氧溶解在污水中供給活性污泥中的微生物。當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)在工頻狀態(tài)下起動時(shí)，電流沖擊較大，容易引起電網(wǎng)電壓波動，而羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓一定，風(fēng)量只能靠工作臺數(shù)及出氣閥來調(diào)節(jié)，實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中往往是通過調(diào)節(jié)出氣閥門來控制，即增加管道阻力。因而許多能量多浪費(fèi)在閥門上。
隨著變頻調(diào)速器的廣泛應(yīng)用，利用變頻器的調(diào)速范圍寬，可以在羅茨風(fēng)機(jī)上應(yīng)用變頻器來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。由于變頻器的軟啟動大大的減小了電機(jī)起動時(shí)對電網(wǎng)的沖擊，而且在正常運(yùn)行的時(shí)候，將出氣閥門開到最大，根據(jù)工藝和參數(shù)的要求，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)管道的風(fēng)量，從而來調(diào)節(jié)污水中的氧氣含量。另外可以根據(jù)溶解氧傳感器反饋的信號（4～20mA）很方便地實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動控制。
摘 要：本文介紹了風(fēng)光牌高壓變頻器在化工行業(yè)羅茨風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用情況，對節(jié)能效果進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵錦工：高壓變頻器 羅茨風(fēng)機(jī) 應(yīng)用
Abstract: The article introduces the application instances of Fengguang high inverter in Roots Blower ,and analyses the power-saving effect.
Key Words: High voltage inverter Roots blower Application
1 企業(yè)介紹
山東魯西化工股份有限公司位于山東省聊城市，是一家具有百億年產(chǎn)值的上市企業(yè)，員工近萬人。公司具有年產(chǎn)合成氨100萬噸、尿素150萬噸、復(fù)合肥150萬噸、磷酸二銨15萬噸、硫酸100萬噸的生產(chǎn)能力，擁有10萬千瓦發(fā)電機(jī)組配套裝置，是集化肥、化工于一體的綜合性化學(xué)工業(yè)企業(yè)，是目前全國最大的化肥生產(chǎn)企業(yè)之一。其下屬企業(yè)魯西化工第二化肥廠，位于聊城市東阿縣，于1970年開始籌建，1972年建成投產(chǎn)，當(dāng)時(shí)年產(chǎn)合成氨生產(chǎn)能力3000噸,發(fā)展到現(xiàn)在，企業(yè)總資產(chǎn)億元，占地面積34萬平方米，職工1570余人，成為上市公司。
2008年，該公司進(jìn)一步加大技改投資力度，投資2.5億元對現(xiàn)有生產(chǎn)裝置進(jìn)行優(yōu)化。對全系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能平衡改造，甩掉污染嚴(yán)重、能耗偏高的工藝。從節(jié)能降耗、環(huán)保角度出發(fā)，投資部分技改項(xiàng)目，優(yōu)化生產(chǎn)裝置，降低成本。
2 廠家工藝流程及現(xiàn)狀
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關(guān)閉出風(fēng)口或進(jìn)風(fēng)口的辦法來調(diào)節(jié)風(fēng)量，而且經(jīng)過采取優(yōu)化以上主要工藝環(huán)節(jié)措施以后,大量過剩風(fēng)量調(diào)節(jié)只能采用旁路，造成風(fēng)機(jī)能量的大量損耗，而且由于磨損而腐蝕問題突出，旁通閥門需要經(jīng)常維修。工藝流程設(shè)備圖如下所示：
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圖1 工藝流程設(shè)備圖
該生產(chǎn)線自投運(yùn)以來，發(fā)現(xiàn)該二系統(tǒng)脫硫風(fēng)機(jī)的問題較大：首先是風(fēng)機(jī)出口的管道振動大、噪聲大，雖說經(jīng)過幾次的技改已有所改善;另外，就目前風(fēng)機(jī)送風(fēng)量能力遠(yuǎn)超生產(chǎn)能力，為保生產(chǎn)只能把多余的通過回流管道接到風(fēng)機(jī)進(jìn)口去。
采用甲烷化法脫硫除原料氣中CO、CO2 時(shí), 合成氨工藝流程圖如下：
造氣 ->半水煤氣脫硫 ->壓縮機(jī)1段 ->變換 -> 變換氣脫硫 -> 壓縮機(jī)2段 ->脫碳 -> 精脫硫 ->甲烷化 ->壓縮機(jī)3，4,5段 ->氨合成 ->產(chǎn)品NH3
原系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)如下表1所示：
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表1
3 改造方案
改造前：原系統(tǒng)6KV高壓開關(guān)柜直接到電機(jī)，電機(jī)與風(fēng)機(jī)相連。
改造后：在原系統(tǒng)6KV高壓開關(guān)柜后面加入變頻器，變頻器輸出接電機(jī)，電機(jī)再與風(fēng)機(jī)相連。
改造方案原理接線圖如下圖2所示。
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圖2 改造方案原理接線圖
變頻器配備了自動旁路柜，通過KM3、KM4的控制，可自動（或手動）在變頻狀態(tài)和工頻狀態(tài)之間切換。變頻狀態(tài)下, KM3閉合，KM4斷開，變頻器控制電機(jī);工頻狀態(tài)下，KM3斷開，KM4閉合，在切換至工頻帶動電機(jī)。變頻器可以在重故障時(shí)自動切換工頻運(yùn)行，這樣既保證了變頻器正常運(yùn)行，又避免了直接啟動電機(jī)大電流對電網(wǎng)的沖擊。現(xiàn)場設(shè)備如圖3所示：
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圖3 現(xiàn)場設(shè)備圖
4 現(xiàn)場運(yùn)行情況
2008年8月16日，山東聊城魯西化工第二化肥廠和我公司簽訂高壓變頻器購貨合同，型號為JD-BP37-450F。2008年9月30日，開始安裝就位;2008年10月2日，一次調(diào)試成功投入運(yùn)行。整個(gè)變頻器安裝調(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。
5 節(jié)能效果
山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限責(zé)任公司生產(chǎn)的JD-BP37-450F變頻器應(yīng)用于4#脫硫羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)行了改造。由于我廠的每臺高壓變頻器在出廠前均經(jīng)過實(shí)際風(fēng)機(jī)負(fù)載的整機(jī)出廠檢驗(yàn)和調(diào)試，在現(xiàn)場的調(diào)試又可以在沒有高壓輸入的情況下調(diào)試，因此在經(jīng)過約一周的施工、安裝和調(diào)試后，上電試驗(yàn)和試運(yùn)行進(jìn)行順利，一次投運(yùn)成功，高壓變頻器一直持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
根據(jù)生產(chǎn)情況，風(fēng)機(jī)運(yùn)行30HZ左右就能滿足了生產(chǎn)工藝要求;運(yùn)行轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速的60%左右。由于電機(jī)為水冷卻，在低轉(zhuǎn)速下發(fā)熱量并沒有提高，完全滿足了工況運(yùn)行。
變頻改造后節(jié)能效果顯著，與原有的工頻驅(qū)動方式相比，風(fēng)機(jī)效率穩(wěn)定在理想的范圍內(nèi)，電動機(jī)能耗大大降低，節(jié)約電量可達(dá)37%。特別是機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，效果更顯著。以下為節(jié)能效果估算：
節(jié)能估算條件：是在同一時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行比較，相同生產(chǎn)條件需求下，同一段母線上的兩臺羅茨風(fēng)機(jī)，5#羅茨風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行，4#羅茨風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行，兩臺電動機(jī)進(jìn)行比較節(jié)能估算。首先10月份是正常生產(chǎn)時(shí)期，10月2日開始投入變頻至今，從此月2日至9日5#電動機(jī)耗電能有功功率平均在362KW，而2日投入變頻運(yùn)行后，2日至9日時(shí)4#電動機(jī)耗電能有功功率平均在230KW。以上數(shù)據(jù)不難看出投入變頻后確實(shí)起到節(jié)能。另外，無功功率也從原來的平均276KVar降到平均為83KVar左右，大大改善了系統(tǒng)的無功補(bǔ)償。
根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算，由于生產(chǎn)使用自備發(fā)電，以元/kWH的成本價(jià)電費(fèi)，按以下計(jì)算公式計(jì)算，年節(jié)電效益:年節(jié)電效益=（工頻時(shí)平均功率-變頻時(shí)平均功率）×天運(yùn)行小時(shí)數(shù)×年運(yùn)行天數(shù)×電費(fèi)單價(jià)，結(jié)果如下：
（362kW-230kW）×24小時(shí)/天×300天/年×元/kWH=（萬元/年）。
按照保守的計(jì)算方法，每年可節(jié)電費(fèi)近37萬元，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
本次羅茨風(fēng)機(jī)配套用風(fēng)光牌高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)改造成功后，由于實(shí)現(xiàn)了頻率的遠(yuǎn)方調(diào)節(jié)和狀態(tài)監(jiān)控，產(chǎn)品運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，大錦工改善了系統(tǒng)工藝，該公司決定再次采購三套風(fēng)光牌高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)用于另外三臺710kW/6KV羅茨風(fēng)機(jī)配套電動機(jī)的變頻技術(shù)改造。
6 其他效益
6.1 該羅茨風(fēng)機(jī)由于采用變頻控制，可對風(fēng)量進(jìn)行精確控制，而且與閥門控制相比更直觀、方便調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量來滿足生產(chǎn)需要;
6.2 由于采用了變頻技術(shù)，電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動，不存在啟動電流沖擊;原來沒有使用變頻器時(shí)電機(jī)直接啟動，啟動電流高達(dá)200-300A，對電機(jī)或電網(wǎng)都具有不利的影響。現(xiàn)在使用變頻器軟啟動，啟動電流不高于額定電流46A,減少了風(fēng)機(jī)出口壓力瞬間提高對風(fēng)機(jī)的沖擊，從而延長了風(fēng)機(jī)和其他設(shè)備的使用壽命;
6.3 由于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降為原來的60%，大大減少了風(fēng)機(jī)管道振動頻率和噪聲，延錦工機(jī)、電機(jī)軸承的機(jī)械壽命，減少了設(shè)備的維護(hù)量。
6.4 由于旁通閥門幾乎不操作，減少了風(fēng)道的振動與磨損腐蝕，提高了機(jī)械壽命。
7 變頻改造總結(jié)
根據(jù)針對該項(xiàng)目的變頻改造經(jīng)驗(yàn)以及同類其他項(xiàng)目的實(shí)踐結(jié)果，總結(jié)出風(fēng)光高壓變頻器改造具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）安裝簡單。變頻器安裝在高壓開關(guān)柜和電機(jī)之間，對原有接線改動不大。
（2）操作簡單。直觀的中文人機(jī)界面，設(shè)備具有開機(jī)、停機(jī)和頻率調(diào)整等操作。
（3）調(diào)速平滑。能夠進(jìn)行無級調(diào)速，調(diào)速范圍寬，并且調(diào)速精度高。
（5）節(jié)電明顯。根據(jù)工況要求，變頻器一般運(yùn)行在27Hz左右，實(shí)際輸入電流不到額定電流的一半，節(jié)電率高達(dá)37%以上。
（6）噪音降低。由于電機(jī)運(yùn)行于較低轉(zhuǎn)速上，運(yùn)行噪音大大降低，電機(jī)的發(fā)熱量也有明顯下降。
（7）保護(hù)完善。變頻調(diào)速系統(tǒng)具有完善的保護(hù)功能，降低了電機(jī)運(yùn)行中的故障率，并且啟動平穩(wěn)，啟動電流小，對電網(wǎng)的沖擊量小，大大提高了可靠性。輸出諧波小。變頻器輸出符合IEEE STD 519 1992及中國供電部門對電壓失真最嚴(yán)格的要求，高于國標(biāo)GB/T14549-93對諧波失真的要求，不需要采用輸出電抗器。
（8）具有星點(diǎn)漂移功能。三相輸出采用單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)，在運(yùn)行中，如果有任意三個(gè)單元以內(nèi)出現(xiàn)故障，變頻器本身會自動旁路，同時(shí)變頻器主控系統(tǒng)具有星點(diǎn)漂移功能，使三相輸出線電壓保持平衡，不會對電動機(jī)造成不利影響。
8 結(jié)束語
從現(xiàn)場運(yùn)行情況來看，山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-450F高壓變頻器性能優(yōu)越，運(yùn)行可靠，有效地降低了生產(chǎn)成本，在生產(chǎn)材料成本日益增長的今天，通過有效的節(jié)能改造，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
山東錦工有限公司
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