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罗茨鼓风机的节能改造

摘要 : 通过对罗茨鼓风机变转速工作特性的分析,对系统进行了变频调速改造。运行效果表明 , 变频调速改造后的节能效果显著。

1 引言

　　罗茨鼓风机是均苯四甲酸二酐生产装置中的关键设备 , 也是最大的耗电设备。我院实训基地均苯四甲酸二酐装置中的罗茨鼓风机为
RF240型,其额定工况参数为流量Q=56m3/min,转速n=800rPmin,功率N=
75kW;驱动电机为Y315S-6型三相异步电动机。均苯四甲酸二酐装置生产时,需根据生产负荷、季节、反应情况随时调节进入装置的风量,装置运行近两年来,一直工作在欠载状态,部分风量经旁路放空,造成能源严重浪费。根据本装置的运行数据统计,罗茨鼓风机工作时的流量一般为额定流量的70%～80%,即所消耗的电能有20%～30%通过放空被浪费掉了。同时,在放空过程中噪声很大,达到110dB
。对罗茨鼓风机进行节能改造有着显著的经济和环境效应。
2 罗茨鼓风机节能改造方法的确定
　　罗茨鼓风机属容积回转式风机 , 其工作特点是当转速一定而压力在允许范围内加以调节时 , 流量的变动甚微 ;
转速和流量之间保持正比的关系。采用旁路调节法不能改变罗茨鼓风机的吸气量 , 所以风机始终在满负荷下运行 , 无法节能。而改变转速 , 使风机吸气量发生变化
, 其功率消耗也随之改变。所以 , 对罗茨鼓风机进行变速调节就可达到节能的目的 , 而调速方法也较多。
　　经过比较可知,在几种调节方法中,变频调速技术最为先进,它只需通过调节供电电源频率大小,改变电机转速,即可达到调节罗茨鼓风机流量的目的,而且变频调速效率高,调速性能好,调速改造方便。因此,决定采用变频调速技术对罗茨鼓风机进行技术改造,不但可达到节能目的,同时也可提高装置的自动控制水平。

3、罗茨鼓风机变频调速改造
3.1罗茨鼓风机变转速工作特性
3.1.1流量特性

3.2 变频调速的工作原理
　　变频调速的主要工作原理是将三相交流工频电源经大功率整流元件整流 , 变成直流 , 再将直流电用正弦波脉宽调制技术 ( SPWM)
逆变为频率可调、幅度亦随之改变的三相交流电 , 以此为电源供给电机使用 ( 图 1) , 可以根据需要将电源频率调节到一定的值。

式中　n ———电机转速 ,r/min
　　　f ———电源频率 ,Hz
　　　P ———电机的磁极对数
　　　s ———电机转差率 , 额定负载时一般为 1.5% ～6% 之间 , 对确定的电机可视为定值由式 (5) 可知 , 转速 n 正比于电源频率
f , 调节f 就可以达到调节 n 的目的。
3.3 罗茨鼓风机变频调速的控制方案
　　根据电机容量 , 选用 Schneider Altivar38 90kW变频器。 Altivar 系列变频器是一种静止的变频器
,适用于高速传动、风机水泵类负载和各种恒转矩负载的传动 , 在恶劣环境中使用也能保持良好性能。其最大的特点是安装简便 , 参数显示清晰 , 性能优越
( 具有自适应、自调整功能 ) , 坚固耐用 ( 电机传动装置具有自动保护 ) , 维护简单、方便 , 节能效果明显。
　　变频器控制接线如图2,此变频调速系统有两个主要特点。
(1) 保留原有的降压启动装置 , 以备变频器故障时使用。即罗茨鼓风机可在工频与变频两种状态下运行。变频柜面板上“工频
/变频”选择开关旋至工频时 , 罗茨鼓风机将工作于原有的降压启动运行回路 ; 当选择开关旋至变频时 ,
罗茨鼓风机处于变频运行状态,风机的调速经变频器进行控制。但应注意,在运行过程中,不得进行工频/变频切换。

(2) 变频调速器的控制可以是自动的,也可以是手动的。将总控室面板上的“手动/自动”选择开关 (图2中SA1) 旋至手动时
,电机的调速将由多圈电位器来控制 ,
操作人员根据工艺或外界条件的变化,通过旋转电位器来调整电机转速；将选择开关旋至自动时,电机的调速将由温控仪表进行 PID控制,或由 DCS
系统进行控制。温控仪表进行 PID控制与 DCS 系统控制可通过“仪表控制/DCS ”选择开关 (图2中SA2) 进行转换。

4、变频调速的运行效果
4.1 节能

　　现将变频调速改造前后的装置耗能进行比较( 以生产均四甲苯的负荷为30kg/h时) 。
(1)
改造前耗能(2003年4月)。罗茨鼓风机电机电流为110～120A,日耗电量1320～1440kW·h,月耗电量39600～43200kW·h。4月份实际电费
4.1万元。
(2)改造后耗能(2003年5月)。罗茨鼓风机电机电流为70～85A,日耗电量840～1020kW·h,月耗电量25200～30600kW·h。5月份实际电费3.49万元。
(3)节能效益。由以上数据可得:每月节约电量14400～12600kW·h,取下限12600kW·h,按电价0.55元/kW·h计算,每月节约电费为12600×0.55元=6930元。实际(2003年5月)节约电费4.1-3.49
=0.61万元。
(4) 投资回收时间。变频调速系统技术改造总投资6万元,经9～10个月运行,即可收回全部投资成本,经济效益显著。
4.2 提高控制精度
　　安装变频器后,引入流量反馈信号,采用变频器的PID闭环控制或DCS控制,转速自动随流量变化,转速稳定即可获得稳定的流量,从而可提高控制精度。
4.3 降低噪声
　　采用变频调速系统,避免了罗茨鼓风机的旁路放空,噪声从110dB 左右降低至60dB左右,大大降低了实训基地的生产噪声。
4.4 设备寿命
　　由于采用了变频调速技术 , 电机启动、调速平稳 , 不存在启动电流冲击 , 减少了罗茨鼓风机出口压力瞬间提高对风机的冲击 ,
从而延长了风机及其它设备的使用寿命。而且 , 罗茨鼓风机和驱动电机都处于相对额定转速较低的转速上 , 因而其零部件的机械磨损减少 ,
延长了使用寿命。
5、结论
　　均苯四甲酸二酐生产装置中罗茨鼓风机变频调速系统的应用 , 实现了装置的节能运行 , 提高了罗茨鼓风机的使用寿命 ,
且大大降低了生产装置的噪声。变频器对罗茨鼓风机来说是一种使用方便、故障率低、节能效果明显的设备。变频器的价 格较高 , 变频调速系统的一次性投资较大
, 但其节能效果明显 , 本装置变频调速系统投入使用 9 ～ 10个月便收回全部投资。