【摘要】本實用新型公開了一種脫硫用羅茨風機的變頻運行裝置，包括：永磁同步電機、連接在永磁同步電機上的羅茨風機、以及用于驅動控制永磁同步電機的變頻器，變頻器輸入端與工頻電源相連，變頻器輸出端與永磁同步電機輸出軸相連；其中，羅茨風機用于將氧化空氣輸送至脫硫吸收塔內將亞硫酸鈣強制氧化，永磁同步電機與羅茨風機配套使用。本實用新型的有益效果：能根據機組的實際運行情況調整羅茨風機的運行情況，減少設備的浪費，降低現場的運行費用。
本實用新型涉及一種脫硫用羅茨風機調速裝置。
背景技術：
在保證機組正常、穩定的運行同時，需要進一步優化系統結構，減少系統的能耗，在脫硫系統中采用必要的節能降耗措施，以減少脫硫系統的運行費用，將會產生一定程度上的經濟效益和環境效應。在整個脫硫系統中，若脫硫劑為石灰石粉，氧化風機的電耗約占脫硫系統的10％；若脫硫劑為石灰石塊，氧化風機的電耗約占脫硫系統的6～8％，氧化風機的電耗在脫硫系統的電耗中的比重也相對較大，節能降耗具有重大的意義。
脫硫系統中的氧化風機主要分為羅茨風機、多級離心風機和單級高速離心風機三種形式，其中多級離心風機和單級高速離心風機的運行方式和控制方式基本上相同，羅茨風機與離心風機的運行不相同。羅茨鼓風機屬于容積式氣體壓縮機，輸送的風量與轉數成比例。其工作原理是：由兩個葉輪(或三葉)在箱體內互為反方向勻速旋轉，使箱體和葉輪所包圍著的一定量的氣體由吸入的一側輸送到排出的一側。羅茨鼓風機的主要特點是：1)葉輪和軸為整體結構，且葉輪無磨損，風機性能持久不變，可以長期連續運轉；2)具有硬排氣特性，壓力變化時，流量變化很小，在設計壓力范圍內，管網阻力變化時其流量變化很小，適用于在流量要求穩定而阻力變化幅度較大的工作場合；3)由于羅茨鼓風機在工作過程中存在沖擊脈動，導致羅茨鼓風機噪聲較高，會給周圍環境帶來極大的影響。
目前脫硫用羅茨風機為固定狀態運行，現場不會隨著機組負荷以及現場的實際情況進行相應的調整運行，該運行方式在機組較大負荷運行或脫硫系統入口煙氣參數與設計相匹配時運行情況合適，實際運行中易出現較大的能源浪費。為了保證脫硫系統安全、經濟運行，脫硫用羅茨風機隨著機組的運行負荷、煙氣參數的變化需要進行調整?，F有技術在氧化風機利舊改造時，增加了變頻器，能夠實現節電30％左右，雖然節電效果明顯，但需增加變頻器室及其配套設施，改造內容相對較多，投資也相對較大。同時，現有氧化風機所配電機均為異步電動機，雖然其運行穩定，故障率低，但從節能角度來看，異步電動機體現不出節能效果。
技術實現要素：
針對上述問題中存在的不足之處，本實用新型提供一種脫硫用羅茨風機調速裝置，無需增加變頻室即可實現較好的節能效果。
為實現上述目的，本實用新型提供一種脫硫用羅茨風機調速裝置，包括連接在永磁同步變頻電機和羅茨風機之間的永磁耦合調速器，所述永磁耦合調速器包括：固定在所述永磁同步變頻電機輸出軸上的銅導體轉子、固定在所述羅茨風機輸入軸上的永磁體轉子、用于調整所述銅導體轉子和所述永磁體轉子之間氣隙厚度或者嚙合面積的調節機構，以及用于驅動所述調節機構的調速驅動器；
所述羅茨風機上設置有轉速傳感器，所述調速驅動器輸入端與所述轉速傳感器及上位機連接，所述調速驅動器輸出端與所述調節機構連接驅動所述調節機構動作；
其中，所述羅茨風機用于將氧化空氣輸送至脫硫吸收塔內將亞硫酸鈣強制氧化，所述永磁同步變頻電機與所述羅茨風機配套使用。
作為本發明進一步的改進，所述銅導體轉子和所述永磁體轉子均為圓盤式轉子。
作為本發明進一步的改進，所述調節機構用于調節所述銅導體轉子與所述永磁體轉子之間的氣隙厚度。
作為本發明進一步的改進，所述銅導體轉子和所述永磁體轉子均為筒形轉子。
作為本發明進一步的改進，所述調節機構用于調節所述銅導體轉子與所述永磁體轉子之間的嚙合面積。
本實用新型的有益效果為：
1、羅茨風機能夠實現0～25％的節能，甚至更多；
2、羅茨風機的啟動能夠逐步運行，避免現場的突然啟動和停止，能夠更好地保護設備，增加設備及其零部件的使用壽命，減少現場檢修維護量和維護費用；
3、永磁耦合調速器為機械零件，沒有其他配件，減少后續的運行與維護成本；
4、現場能夠根據機組的實際運行情況調整的風機的運行狀況，減少設備的浪費，降低現場的運行費用。
附圖說明
圖1為本實用新型一種脫硫用羅茨風機調速裝置的示意圖。
圖中：
1、永磁同步變頻電機；2、永磁耦合調速器；3、羅茨風機。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型實施例所述的一種脫硫用羅茨風機調速裝置，其特征在于，包括連接在永磁同步變頻電機1和羅茨風機3之間的永磁耦合調速器2，永磁耦合調速器2包括：固定在永磁同步變頻電機1輸出軸上的銅導體轉子、固定在羅茨風機3輸入軸上的永磁體轉子、用于調整銅導體轉子和永磁體轉子之間氣隙厚度或者嚙合面積的調節機構，以及用于驅動調節機構的調速驅動器；
羅茨風機3上設置有轉速傳感器，調速驅動器輸入端與轉速傳感器及上位機連接，調速驅動器輸出端與調節機構連接驅動調節機構動作；
羅茨風機3用于將氧化空氣輸送至脫硫吸收塔內將亞硫酸鈣強制氧化，永磁同步變頻電機1與羅茨風機3配套使用。
本發明將配套使用的異步電機替換為永磁同步變頻電機，具有以下特點：
(1)具有高效率、高節能經濟運行特性范圍寬的特點(負載在25～120％時，效率可達95％以上)，比如負載率為50％時，異步電機的效率下降到89％，永磁同步變頻依然可以保持95％的高效。
(2)具有高啟動轉矩、高嵌入轉矩、高過載能力、高功率密度的特點，使得在永磁同步變頻與變頻器、或與永磁同步變頻軟啟動器配合使用時，可以根據實際軸功率大大降低設備驅動電機的裝機容量，減少了電機的空載損耗。
(3)具有高功率因數的特點(功率因數可達98％以上)，使得供電系統中無需再提供無功，取消了無功功率補償器，減少了設備投資和故障點。同時由于有功、無功電流的大幅下降(比同容量異步電機下降30％)，使得所有供電電纜截面、供電變壓器、柜內母牌、開關等容量都會降低，減少設備投資的同時，減少了變壓器及輸電線路的損耗。
(4)具有高可靠性、高互換性的特點，即與同容量的異步電機有相同的機座號和出線方式，使得永磁同步變頻替換異步電機是非常簡單方便。
羅茨風機屬于定容式回轉鼓風機，相當于恒流源，轉子在一定的轉速下，當壓升在允許的涉及范圍內變化適用時，其流量幾乎穩定不變，根據羅茨風機的流量的特性計算式：
式中，D為轉子直徑(m)，l為轉子長度(m)，n為轉子轉速(r/min)，λv為容積系數，λv＝0.55～0.9。
從上式可以看出，改變與羅茨風機連接的轉子的速度即可改變流量。
羅茨風機轉速改變以后，其軸功率就相應改變，用下式計算：
式中，ΔP為羅茨風機進出口壓差，ηv、ηm為容積效率、機械傳動效率。
從上式可以看出，羅茨風機的性能特點是轉速和流量之間保持正比的關系，轉速與功率也成正比關系，通過改變轉速可以實現選擇最佳工作點。改變羅茨風機轉速可以實現選擇最佳工作點的目標，合理控制使用風量即流量大小，根據羅茨風機轉速與功率成正比的關系，羅茨風機的轉速減小，羅茨風機需要消耗的電功率也下降，從而實現羅茨風機的節能降耗。
本發明的永磁耦合調速器2可采用盤式永磁耦合調速器和筒形永磁耦合調速器。
采用盤式永磁耦合調速器時，銅導體轉子和永磁體轉子均為圓盤式轉子，此時，調節機構用于調節銅導體轉子與永磁體轉子之間的氣隙厚度，通過氣隙厚度的變化來調節銅導體轉子和永磁體轉子之間的傳遞轉矩，從而完成羅茨風機3轉速的調節。
采用筒形永磁耦合調速器時，銅導體轉子和永磁體轉子均為筒形轉子，此時，調節機構用于調節銅導體轉子與永磁體轉子之間的嚙合面積，通過嚙合面積的變化來調節銅導體轉子和永磁體轉子之間的傳遞轉矩，從而完成羅茨風機3轉速的調節。
采用上述脫硫用羅茨風機調速裝置的調速方法，包括以下步驟：
步驟1，上位機根據脫硫系統所需氧化風的流量，計算出羅茨風機3的理論轉速；
步驟2，羅茨風機3上的轉速傳感器獲取羅茨風機3的當前轉速，上位機結合步驟1中的理論轉速，得到羅茨風機3所需要的調整轉速；
步驟3，調速驅動器根據接收到的調整轉速的調整信號，將該調整信號轉換成電流信號后驅動調節機構動作，調節機構調節固定在永磁同步變頻電機1輸出軸上的銅導體轉子和固定在羅茨風機3輸入軸上的永磁體轉子之間的氣隙厚度或嚙合面積，改變銅導體轉子和永磁體轉子之間的傳遞轉矩，從而改變羅茨風機的輸出轉速。
當采用盤式永磁耦合調速器時，銅導體轉子和永磁體轉子均為圓盤式轉子，此時，調節機構用于調節銅導體轉子與永磁體轉子之間的氣隙厚度，通過氣隙厚度的變化來調節銅導體轉子和永磁體轉子之間的傳遞轉矩，從而完成羅茨風機3轉速的調節。步驟3中具體的調節方式為：當調整轉速是降低轉速時，調速驅動器驅動調節機構增大銅導體轉子和永磁體轉子之間的氣隙厚度，銅導體轉子遠離永磁體轉子，穿過銅導體轉子的磁力線數量減小，感應磁場變小，此時，銅導體轉子和永磁體轉子之間的傳遞轉矩變小，羅茨風機的輸出轉速變??；當調整轉速是升高轉速時，調速驅動器驅動調節機構減小銅導體轉子和永磁體轉子之間的氣隙厚度，銅導體轉子距離永磁體轉子較近，穿過銅導體轉子的磁力線數量增加，感應磁場變大，此時，銅導體轉子和永磁體轉子之間的傳遞轉矩變大，羅茨風機的輸出轉速變大。
當采用筒形永磁耦合調速器時，銅導體轉子和永磁體轉子均為筒形轉子，此時，調節機構用于調節銅導體轉子與永磁體轉子之間的嚙合面積，通過嚙合面積的變化來調節銅導體轉子和永磁體轉子之間的傳遞轉矩，從而完成羅茨風機3轉速的調節。步驟3中具體的調節方式為：當調整轉速是降低轉速時，調速驅動器驅動調節機構減小銅導體轉子和永磁體轉子之間的嚙合面積，作用在銅導體轉子的磁力線數量減小，感應磁場變小，此時，銅導體轉子和永磁體轉子之間的傳遞轉矩變小，羅茨風機的輸出轉速變??；當調整轉速是升高轉速時，調速驅動器驅動調節機構增大銅導體轉子和永磁體轉子之間的嚙合面積，作用在銅導體轉子的磁力線數量增加，感應磁場變大，此時，銅導體轉子和永磁體轉子之間的傳遞轉矩變大，羅茨風機的輸出轉速變大。
采用本發明的脫硫用羅茨風機調速裝置后，脫硫系統及氧化風機節能降耗情況表如下：
從結果可以看出，本實用新型脫硫用的羅茨風機搭配永磁同步變頻電機，增加的配套設施少，無需對原有脫硫系統進行大量改造，投資成本小，并采用永磁耦合調速器調速，能夠實現風機較大的節能效果，避免了脫硫系統運行中的能源浪費。
以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
錦工煙氣脫硫羅茨風機是我公司不斷研發改良的先進鼓風機設備，其突出的優點是煙氣脫硝羅茨風機氣體脈動小、使用壽命較長、設備成本價較低、結構先進、結構簡單、操作維修方便。由于脫硫脫硝羅茨風機規格型號多樣、機種齊全，這樣可以用于不同的工況環境，不同的風量壓力要求，可以廣泛地用高爐冶煉、化肥、氣力輸送、煙氣脫硫脫硝除塵等的操作生產中。
煙氣脫硫羅茨風機
產品名稱：煙氣脫硫羅茨風機、煙氣脫硝羅茨風機、脫硫脫硝羅茨風機
品牌：錦工
行業：高爐冶煉、化肥、氣力輸送、煙氣脫硫脫硝除塵
用途：氣體脈動小、使用壽命較長、設備成本價較低、結構先進、結構簡單、操作維修方便
用途：排氣、干燥、氣力輸送、真空脫水、環境調節設備
煙氣脫硝羅茨風機
煙氣脫硫羅茨風機廣泛用于高爐冶煉、化肥、氣力輸送、煙氣脫硫脫硝除塵等領域，可用于排氣、干燥、氣力輸送、真空脫水、環境調節設備，氣體脈動小、使用壽命較長、設備成本價較低、結構先進、結構簡單、操作維修方便。錦工煙氣脫硝羅茨風機技術先進，加工精度高、性價比高，錦工重工切身站在用戶角度出發，對先進的設備做優惠調整，使價格更加合理，符合用戶消費心理。
脫硫脫硝羅茨風機
煙氣脫硫羅茨風機主要由機殼、墻板、葉輪、進出口消音器、齒輪、軸承、密封件、三角帶、聯軸器、壓力表、泄壓閥、彈性接頭等結構組成，對于噪音要求較高的場合可根據噪音要求選擇加裝進出口消音器或者隔音房。錦工煙氣脫硝羅茨風機具有以下特點
風機采用三葉轉子結構，風機整體振動小，噪音低。
風機可少油或無油運轉，輸出空氣不會受到有污染，輸出氣體更加清潔。
風機采用特殊軸承制造，結構簡單，堅固耐用，使用壽命，操作簡單易維護。
羅茨風機屬容積式風機，容積效率高，供氣量穩定，運轉穩定，輸送效率高。
煙氣脫硫羅茨風機
煙氣脫硫羅茨風機系屬容積回轉鼓風機。這種壓縮機靠轉子軸端的同步齒輪使兩轉子保持嚙合。轉子上每一凹入的曲面部分與氣缸內壁組成工作容積，在轉子回轉過程中從吸氣口帶走氣體，當移到排氣口附近與排氣口相連通的瞬時，因有較高壓力的氣體回流，這時工作容積中的壓力突然升高，然后將氣體輸送到排氣通道。兩轉子互不接觸，它們之間靠嚴密控制的間隙實現密封，故排出的氣體不受潤滑油污染，運轉平穩可靠，可用于高爐冶煉、化肥、氣力輸送、煙氣脫硫脫硝除塵等行業排氣、干燥、氣力輸送、真空脫水、環境調節設備等用途。
煙氣脫硝羅茨風機
煙氣脫硫羅茨風機作為一種常見的容積式風機，其排氣壓力的高度并不取決于風機本身，而是由煙氣脫硫羅茨風機排出后裝置的情況絕對的。煙氣脫硝羅茨風機具有強制輸氣特點，其銘牌上排出壓力使風機的額定排氣壓力。脫硫脫硝羅茨風機可以在低于額定排氣壓力的任意壓力下工作，只要在強度和排氣溫度允許情況，也可以超過而定排氣壓力工作。
水泥生產，為均化庫及旋窯立窯輸送空氣。
噴霧器，用于涂料等噴霧器共給不含油質的高壓排氣。
印刷機送紙，使用排氣可進行分離，對齊及分送等作業。
脫硫氧化，將空氣輸送至脫硫塔加快亞硫酸氨的氧化成為硫酸銨。
專利名稱：脫硫塔送風羅茨風機自動控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及化工用羅茨風機控制裝置，特別適用于脫硫半水煤氣在羅茨風機 出口壓力的自動調節控制方式。
技術背景脫硫塔前置羅茨風機的任務是將來自造氣工序的半水煤氣氣體適當加壓，達到所 需的相應壓力后輸送到后道工序脫硫塔進行脫硫。為了保證進入脫硫塔的工作壓力達到工 藝生產的要求，在控制中必須經常對羅茨風機進出口管的引出副線風量閥門進行人工手動 調節風量。而這種調節受前方造氣的氣質、產氣量的穩定以及后工序壓縮崗位的用氣量的 影響非常大，而對引出副線頻繁實時的調節，這樣的操作量大且粗糙，無法定量精確把握控 制，而且要隨時盯著指標數值，稍有調節偏差就會引起生產的波動。脫硫塔前置羅茨風機是由機座、異步電機、聯軸器、箱殼、進風口、出風口、一對曲 面風轉子組成，由異步電機通過聯軸器帶動箱殼內的一對風轉子轉軸轉動，一對風轉子曲 面壓迫空風流動產生高壓風流。脫硫塔需求高壓送風，因而必須采用羅茨風機，而羅茨風機 異步電機只能是恒轉速、恒力矩，要調節風量風壓只能使用出風口引出副線風量閥門進行 旁路調節?，F有內饋斬波電機的調速技術是在電機轉子上引線與內饋斬波控制柜串聯連接， 再由斬波控制柜與定子串接。工作原理為內饋斬波調速電機是在高壓電機(6000V)內部 特殊設置了內饋繞組，目的是接收從轉子移出的電轉差功率。內饋繞組處于發電狀態，抵消 了定子繞組的等量輸入功率，從而實現了電機高效率的節能運行。電機調速時，轉子的部分 功率通過電傳導饋入內饋繞組，如果忽略損耗，內饋繞組所獲得的功率與轉子被移出的功 率相等，由于轉子的部分功率被移出，故轉化的機械功率減小，因此電機轉速下降；反之則 相反。它是應用低壓(400V)控制高壓技術，電力電子元器件全部采用低壓元器件，對電力 電子元器件要求不高。應用在較大容量的高壓電動機調速上，生成本增加不多，調速范圍一 般在50 100。在特殊情況下要求調速范圍可達30 100%，當然成本相應增加。該種電機目前尚未在脫硫塔成套結構中應用。
發明內容本實用新型的目的在于克服上述缺陷，提供一種脫硫塔送風羅茨風機自動控制裝置。本實用新型的方案是在羅茨風機出風口上安裝有風壓傳感器，羅茨風機的電機 為帶有內饋斬波控制柜的內饋斬波電機，增設的中央處理器DCS分別與風壓傳感器、內饋 斬波控制柜實現線路連接。本實用新型的優點在于可調速的內饋斬波電機與風機出口壓力傳感器分別與中 央處理器DCS配套聯用，實現了羅茨風機自動調速，脫硫塔工況得以穩定，同時該種電機調 速性能與節能效果好。
附圖為本實用新型結構示意圖。
具體實施方式
本實用新型的結構包括羅茨風機(6)出風口與脫硫塔(5)管道連通，羅茨風機(6) 由機座、電機、聯軸器、箱殼、風轉子、進風口、出風口組成，其特征在于在羅茨風機(6)出 風口上安裝有風壓傳感器(4)，羅茨風機(6)的電機為帶有內饋斬波控制柜(2)的內饋斬波 電機(1)，增設的中央處理器DCS (3)分別與風壓傳感器(4)、內饋斬波控制柜(2)實現線路 連接。由于羅茨鼓風機的工作性能與普通鼓風機的工作性能的不同，所以專門為羅茨鼓 風機定制一臺恒轉距的內饋斬波高壓電機，內饋斬波高壓電機由配套的低壓控制柜(2)對 其進行控制，內饋斬波控制柜(2)本體且套控制操作系統與一臺人機界面控制器，通過控 制即可對內饋斬波電機(1)進行操作。但為了操作人員實時的監控和操作以及壓力自調功 能的實現，特別從內饋斬波控制柜⑵中引出一套控制系統至中央處理器DCS(3)系統中， 通過中央處理器DCS (3)系統對其進行監控和操作，中央處理器DCS (3)界面中也制作相應 的界面顯示，可實時反應出電機的運行情況。本內饋調速裝置還可在出現故障時，能自動切成全速運行，能保證電機連續運行 (不起調速作用)，不致設備運行中斷，可靠性較高。內饋斬波控制系統，用于斬波電機(1)的控制操作；壓力變送器，用于煤氣管道的進、出口壓力的檢測及信號的傳送；中央處理器DCS (3)系統Eurotherm 2550該系統包含用于壓力信號的接收；用于電動機轉速信號的接收；用于內饋調速裝置運行狀態的監控；用于調節數據信號給定量輸出；用于數據比較。脫硫羅茨機進口煤氣壓力約為1300pa，羅茨機出口壓力要求在45 49Kp之間。 羅茨機進口管處安裝一組壓力變送器，將實時壓力信號傳至DES系統中在人機界面中顯示 出其數值；羅茨機出口管處安裝一組壓力變送器，將實時壓力信號也傳至DES系統中在人 機界面中顯示出其數值。進口壓力的穩定由前工序負責。本崗位只需對羅茨機出口壓力進 行監控，當壓力在工藝要求數據內時，操作人員只對其進行監控而不需操作；當壓力臨界工 藝要求數據上限或下限值時，操作人員只需在DES界面上對數據給定數值進行調節，這種 在中央處理器DCS (3)界面上操作既簡單又快捷。中央處理器DCS (3)系統收到調節指令后 發出相應調速信號給內饋斬波控制系統，而內饋斬波系統即可對斬波電機(1)進行調速， 通過對電機轉速的調節，即羅茨機轉速的快慢，使其工作壓力升高或降低，從而達到羅茨機 出口壓力的控制。這是手動調節方式。當煤氣系統工作比較穩定時(指進口壓力，進氣量 穩定時)可采用自調節方式，自調方式只需在中央處理器DCS(3)操作界面上的手動/自動 單擊切換即可。自調方式即在中央處理器DCS(3)系統中對羅茨機出口壓力的上限和下限數據進行鎖定，羅茨機出口壓力檢測的數據信號由風壓傳感器(4)直接傳至此中央處理器 DCS (3)系統中，由中央處理器DCS (3)系統數據庫對其采集與鎖定數據進行比較，并判斷是 否需對內饋斬波電機(1)進行調速，以實現羅茨機出口壓力穩定工藝指標內。
權利要求脫硫塔送風羅茨風機自動控制裝置，包括羅茨風機(6)出風口與脫硫塔(5)管道連通，羅茨風機(6)由機座、電機、聯軸器、箱殼、風轉子、進風口、出風口組成，其特征在于在羅茨風機(6)出風口上安裝有風壓傳感器(4)，羅茨風機(6)的電機為帶有內饋斬波控制柜(2)的內饋斬波電機(1)，增設的中央處理器DCS(3)分別與風壓傳感器(4)、內饋斬波控制柜(2)實現線路連接。
專利摘要脫硫塔送風羅茨風機自動控制裝置，涉及化工用羅茨風機控制裝置，包括羅茨風機出風口與脫硫塔管道連通，羅茨風機由機座、電機、聯軸器、箱殼、風轉子、進風口、出風口組成，其特征在于在羅茨風機出風口上安裝有風壓傳感器，羅茨風機的電機為帶有內饋斬波控制柜的內饋斬波電機，增設的中央處理器中央處理器DCS分別與風壓傳感器、內饋斬波控制柜實現線路連接。優點在于可調速的內饋斬波電機與風機出口壓力傳感器分別與中央處理器中央處理器DCS配套聯用，實現了羅茨風機自動調速，脫硫塔工況得以穩定，同時該種電機調速性能與節能效果好。
文檔編號F04C28/00GKSQ
公開日2010年11月24日 申請日期2010年3月19日 優先權日2010年3月19日
發明者陳文 , 魏興均 申請人:智勝化工股份有限公司
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