变频调速在罗茨风机上的应用

　　我单位现有两座焦炉，1、2焦炉集气管并联后与鼓风机串联外送煤气。排气采用四台罗茨风机两开两备，风机排气量为80m3/min，电机功率为75KW，两座炉煤气产量按40000m3来计算，约85m3/min，可以算出平均供气量在额定流量的55左右。

　　由于焦炉工况需要，煤气罗茨风机投入使用后，均为长年不间断工作方式，排送煤气量大小不变，但是焦炉生产的煤气量是时刻变化的，为了满足焦炉集气管压力变化的需求，只得依靠阀门、挡板和旁路回流调节的方法调节煤气输出量，从而造成极大的能源浪费。不仅浪费大量电能且操作很不方便。当急需把煤气量减小时，就要将煤气阀门迅速关小，而电机仍在恒速运转，操作工一时来不及打回流，这将使拖动电机电流加，引起电机过载，严重时烧坏电机，造成设备安全事故，同时由于这种调节方法的局限性，造成集气管压力始终处于振荡状态（很难稳定），直接影响焦碳质量、炉体寿命、焦化产品的回收率等。鉴于此种情况，为了节约能源，降低成本，提高效益，对鼓风机进行了技术改造，将工频运转改为交流变频调速。

　　二、变频调速及罗茨风机运行特性近几年，随着新型电力电子器件的不断涌现和计算机技术的飞速发展，高性能的交流电动机变频调速系统得到了广泛的应用，他的显著的节能效果和灵活的运行方式，给人们留下了深刻的印象。交流电动机的调速方式多种多样，有串级调速、变极调速、电磁调速、变频调速等，综合各项性能指标得出结论：交流变频调速性能好，其调速原理如下：n=60f（1-s）/p：n-交流电机的实际转速f-交流电机供电电源频率s-转差率p-电机极对数当转差率s变化不大时，转速n与电源频率f基本成正比。

　　罗茨风机为容积式风机，输送的风量与转数成比例，由于采用了三叶转子结构形式及合理的壳体内进出风口处的结构，所以风机振动小，噪声低。叶轮和轴为整体结构且叶轮无磨损，风机性能持久不变，可以长期连续运转。风机容积利用率大，容积效率高，且结构紧凑，安装方式灵活多变。风机的运行特性的大的特点：负载转矩与转速的平方成正比。即：1；=丁（凡）2，从特性可以看出，随着转速的降低负载转矩大体与转速的平方成比例地减小，因此，将从前的电机以工频定速运转，用挡板阀门调节煤气量的方法，改为由煤气量的多少调节转速就可获得大量的节电效果。

　　该系统采用台湾研华工业控制计算机及其相应的板卡及模块作为主控单元，日本富士变频器，电子式电动执行机构作为执行元件。

　　本系统使用的软件可分为系统软件和应用软件。系统软件为Windows2000.应用软件为组态王，A/D、D/A板卡驱动程序。

　　组态王KINGVIEW是优秀的国产工控组态软件，运行在先进的Windows操作系统环境下。它的适用范围广，易用性、开放性和集成能力特别适合于我国的国情。使用组态王软件，控制工程师可以集中精力应付被控对象的过程控制问题而不必为通讯协议、复杂的图形处理和统计报表等问题牵涉更多的精力。应用这种组态软件，可以很方便地生成所需要的监控和数据采集系统，生产现场的信息可以实时传送到各级管理站。

　　该系统的控制参数是集气管压力，即在系统运行时，集气管压力保持恒定。工控机通过A/D转换口将压力变送器转换来的集气管压力信号检测并采集后，由工控机将该信号与设定压力值进行比较，如果实际压力高于设定压力，工控机便根据该偏差进行PID数据处理，通过D/A转换后，发出指令：一路送给电动执行机构，调节集气管的阀门开度；另一路送给变频器，使其输出频率升高，加风机转数，从而提高煤气排送量，使实际的集气管压力达到设定值要求，反之则逆运行，这样通过工控机的调节使集气管的压力稳定在设定值，从而避免量风机的节流运行，节约了电能。

　　四、系统的功能根据生产要求，系统不仅要解决集气管压力的自动调控，还要对煤气鼓风机系统各点及相关的参数进行自动监控记录，取消操作显示仪表。为此，开发了一套应用程序，使系统满足实际生产管理多方面的要求。该系统具有以下几个方面的功能。

　　（下转76页）技术论坛中国高新技术企业采用改变风机转速和改变管网特性进行风量的调节，在调节相同风量时，其风机的特性曲线（H-Q曲线）变化不同，二种调节方法的运行工况点也不同，其运行的对比如所示。

　　备用电源的情况，使用1路进线电源时，断开K1，闭合K2，即可，如果使用2路电源，断开K2，闭合K1即可。

　　变频投入运行以来一直稳定运行，输出频率、电压和电流稳定，风机运行稳定，测量性能特点为：变频器网侧实测功率因数为0.976；满载时网侧电流谐波总容量小于3，输出电流谐波小于4，均低于国家标准。

　　风机以低于额定转速运行，噪声降低磨损减轻，减少了维护费用，经济效益良好；软启动电流小，保证启动过程对电网不会产生冲击电流，消除了大电动机大电流启动时的冲击力矩对电机的损坏；（上接74页）鼓风机吸力调节有两种形，操作人员只需通过组态画面运行开关的选择，便可方便的确定采用那套方案。

　　操作人员通过键盘和鼠标，很方便地在各画面间进行切换，实施实时监控，了解各测试点的数值及工作状况，并且设定值随意可调。

　　当生产系统出现异常情况时，即工艺参数己经或即将超出允许值，系统自动进行声光报警。

　　包括历史趋势图及报表生成、打印功能。

　　系统于1999年8月投入运行，通过这几年的运行表明，系统己达到预定要求，极大地方便了我公司煤气系统的生产管理，该系统运行可靠、性能稳定、功能齐全、操作方便、控制精度高。

　　集气管的压力可稳定在0Pa的误差范围内，减少了焦炉冒烟冒火的现象，提高了煤气的回收率，延长率炉体的使用寿命。

　　使用后实践证明，投运变频器后，频率通常在30- 50Hz范围内，转速降低，轴承的机械损耗少，设备的维护工作量大大减少，维护费用降低，有利于装置安、稳、长、满、优运行。

　　变频器显示采用中文图形界面，触摸屏操作，生动直观，变频器的运行状态一目了然，各种运行数据可在触摸屏上查询，便于操作人员及时了解变频器的运行情况。变频器操作简单，风机可在3min之内起动至高速，短时间内达到所需风量。由于沛城矿属于老矿井，主扇风机停机10min就是重大事故，简便的操作和短的起动时间确保了生产安全，并且反风操作比以前简单可靠，完全可满足10min内实现反风的要求。

　　主扇风机：功率250KW，额定电流29.8A，实际工作电流为22A，功率因数0.82，风门开度65（长期）工作时间按12月/年，变频系统效率97，变频系统功率因数0.96，电机轴输出功率为250KW时，电机的输入功率：Pi电P=风机额定转速为580r/min，实际需求转速为492r/min，电机和风机的转速变比为500/320，电机的额定转速为990r/min，为达到风机的实际需求的转速，则电机的转速响应为839r/min，转速下降比率839/990=0.848，则变频功率消耗为额定功率的三次方60.9，变频变频改造都有20左右的节电率）每天24小时运行，每年按照360天计算，平均电价0.54元/度，一年节省（35）kWX24小时460天X0.54间接经济效益分析：功率因数改善效益，起动节省电能，减少维修费用，节省劳动力等。

　　在沛城煤矿主扇风机成功应用高压变频器这是次，在中国煤炭行业，矿用通风机高压变频改造也不多见，其示范意义是不言而喻的。实际应用表明，高压变频器的应用于煤矿主扇风机的系统改造，必将取得良好的运行效果和经济效益。我国是世界上的产煤大国，又是能源相对贫乏的国家之一，而且也是吨煤耗能较高的国家。而推广使用变频器在煤矿行业进行改造，节约能源的效果将是非常可观的，适应了国家建设节约型社会的潮流。

　　节电效果显著：原来工频运行参数：电流52A，电压380V，功320V，功率为综上所述，随着经济的发展，要求调节罗茨鼓风机风量的用户曰趋多。在几种调节方法中，变频调速由于效率高，调速性能好，调速改造方便等优点，而得到普遍的采用。由此可以看出变频调速在罗茨风机上的应用是科学且实效性强的。