電爐煤氣凈化羅茨風(fēng)機(jī)的變頻改造應(yīng)用

羅茨風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造方法實(shí)例能耗對(duì)比： 煤氣加壓羅茨風(fēng)機(jī)與離心式增壓風(fēng)機(jī)的區(qū)別視頻講解 停！！！，下面是給機(jī)器人看的，您看到這里就可以了，采購風(fēng)機(jī)請(qǐng)直接撥打15066131928

錳冶煉廠采用羅茨風(fēng)機(jī)作為電爐煙氣凈化系統(tǒng)的煤氣壓縮設(shè)備，目前的控制方式為電機(jī)工頻運(yùn)行，采用羅茨風(fēng)機(jī)的出口閥門調(diào)節(jié)，將電爐爐膛壓力控制在要求范圍內(nèi)。此操作方式存在閥門易損、電能浪費(fèi)等缺點(diǎn)，為此在項(xiàng)目調(diào)研的基礎(chǔ)上提供整體解決方案，進(jìn)行變頻及自動(dòng)控制系統(tǒng)的改造。

22.項(xiàng)1項(xiàng)目目概概述述及需求分析 遼寧錦州某金屬公司現(xiàn)有三套20MVA的電爐用于錳冶煉，電爐所產(chǎn)煙氣通過濕法工藝進(jìn)行凈化后，實(shí)現(xiàn)煤氣回收利用。 煤氣凈化及存儲(chǔ)工藝流程如圖1所示，電爐高溫?zé)煔馔ㄟ^凈化塔進(jìn)行冷卻降溫、噴淋洗滌、除塵、脫水處理，凈化后的煤氣通過羅茨風(fēng)機(jī)壓縮升壓，送往煤氣柜進(jìn)行儲(chǔ)存。洗滌循環(huán)水經(jīng)除泥處理后循環(huán)利用，部分污水處理后排放。 羅茨風(fēng)機(jī)出口設(shè)置有回流閥，通過控制閥門開度調(diào)節(jié)凈化系統(tǒng)總風(fēng)力，進(jìn)而控制電爐爐膛壓力在工藝要求范圍內(nèi)；出口同時(shí)設(shè)置有點(diǎn)火器，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)進(jìn)行放散點(diǎn)火，確保系統(tǒng)安全。 電爐在生產(chǎn)過程中，要求爐膛保持在微負(fù)壓狀態(tài)；如果出現(xiàn)正壓力，則可能導(dǎo)致膛內(nèi)煙、火外冒；如果負(fù)壓力過低，則可能從爐外吸入過多空氣，煤氣與氧氣燃燒，會(huì)導(dǎo)致煙氣溫度升高，并且降低煤氣使用價(jià)值。爐膛壓力過高或過低（正常范圍-10Pa~5Pa）都存在安全隱患，所以必須進(jìn)行嚴(yán)格的控制[1]。 煤氣凈化工段的羅茨風(fēng)機(jī)是電爐冶煉生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，羅茨風(fēng)機(jī)吸入氣體的流量及壓力直接影響凈化塔的入口總吸力，進(jìn)而影響電爐的爐膛壓力。現(xiàn)場配套三組煙氣凈化系統(tǒng)，每組采用一用一備的工作方式，共六臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)，配置相同。選用天津鼓風(fēng)機(jī)公司的ML系列臥式直聯(lián)羅茨風(fēng)機(jī)，進(jìn)氣流量：78.0～478.1m3/min；升壓：9.8～68.6kPa。配套三相異步電機(jī)，電壓380V，功率220kW，電流392A，轉(zhuǎn)速985rpm。煤氣凈化羅茨 風(fēng)機(jī)工況圖如圖2所示。 2.2原系統(tǒng)存在問題 現(xiàn)場電機(jī)運(yùn)行方式為采用ABB軟啟動(dòng)器實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，軟啟動(dòng)器帶有旁路接觸器，啟動(dòng)完成后自動(dòng)切換至工頻旁路運(yùn)行。羅茨風(fēng)機(jī)控制方法為在操作室人工觀察爐膛壓力的儀表顯示信號(hào)，并通過電動(dòng)回流閥的手操器，手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開度。當(dāng)爐膛壓力過高時(shí)，需增加風(fēng)機(jī)吸力，此時(shí)減小回流閥開度；當(dāng)爐膛壓力過低時(shí)，需減小風(fēng)機(jī)吸力，此時(shí)加大回流閥開度。以此保證凈化系統(tǒng)氣體壓力的穩(wěn)定，維持爐膛壓力在安全范圍內(nèi)。煤氣凈化人工控制方法如圖3所示。 該方式主要存在以下弊端： （1）煙氣凈化采用濕法工藝，煤氣中包含水汽，加大對(duì)閥門的沖擊損耗，大大縮短閥門的使用壽命；既增加維護(hù)工作量，而且降低生產(chǎn)效率，此點(diǎn)為本項(xiàng)目主要改造訴求。 （2）系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)回流閥的開度常在15%~40%范圍調(diào)節(jié)，存在節(jié)流損耗，增加了設(shè)備電耗。 （3）電機(jī)一直處于工頻滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，加大電機(jī)溫升，也將縮短電機(jī)的使用壽命。 （4）需配備監(jiān)控操作工，依據(jù)工人觀察進(jìn)行調(diào)節(jié)，既增加生產(chǎn)人員的工作量，操作過程也存在滯后。

圖3煤氣凈化人工控制方法 2.3技術(shù)需求 （1）將原有的工頻運(yùn)行改為變頻運(yùn)行方式，依據(jù)工況直接對(duì)電機(jī)調(diào)速，回流閥全部打開，既避免閥門損耗，也實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。 增加PLC控制系統(tǒng)，依據(jù)壓力信號(hào)自動(dòng)設(shè)置輸出頻率，實(shí)現(xiàn)爐膛壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)。 （3）在原有操作面板上增加手動(dòng)頻率給定功能，作為備用操作，要求手動(dòng)調(diào)節(jié)優(yōu)先級(jí)高于自動(dòng)調(diào)節(jié)方式。 （4）在現(xiàn)行的一樓配電室和二樓控制室進(jìn)行工程改造；將配電室原有的三臺(tái)軟啟動(dòng)柜置換為變頻器柜，因空間限制，要求柜體寬度不變，深度可適當(dāng)增加。二樓控制室新增一面PLC控制箱，并對(duì)原有的操作面板進(jìn)行改造。

33.改1自造動(dòng)方控案制變頻調(diào)速方案 針對(duì)以上問題，在深入生產(chǎn)現(xiàn)場工段調(diào)查的基礎(chǔ)上，確定變頻調(diào)速改造方案：新增羅茨風(fēng)機(jī)變頻器，引入電爐爐膛壓力信號(hào)、凈化爐前總吸力信號(hào)至PLC，自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，以實(shí)現(xiàn)爐膛的恒壓控制；回流閥作為備用調(diào)節(jié)裝置，正常運(yùn)行時(shí)管道的回流支路關(guān)斷；既可以滿足生產(chǎn)要求還可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。煤氣凈化自動(dòng)控制方法如圖4所示。

圖4煤氣凈化自動(dòng)控制方法 3.2風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 羅茨風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)方法如圖5所示，由PLC自控系統(tǒng)、變頻器、壓力變送器組成壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，接入爐膛壓力和煤氣在進(jìn)入凈化塔前總吸力兩個(gè)模擬量信號(hào)，反饋壓力與設(shè)定壓力進(jìn)行比較，依據(jù)工藝要求綜合分析運(yùn)算，實(shí)時(shí)控制變頻器的輸出量，自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使?fàn)t膛壓力保持在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，以滿足生產(chǎn)工藝的實(shí)際需求。

圖5羅茨風(fēng)機(jī)改造控制方塊圖 通過控制室原操作面板的兩個(gè)備用按鈕，實(shí)現(xiàn)頻率加 /減輸入，作為手動(dòng)給定功能；當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)偏差時(shí)可以通過手動(dòng)操作進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)，并具有高優(yōu)先級(jí)，保證生產(chǎn)的安全性。 動(dòng)統(tǒng)力配系置統(tǒng)及方功案能 該變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電氣原理圖（單組）如圖6所示。

圖6動(dòng)力系統(tǒng)電氣原理圖 （QS表示隔離開關(guān)，F(xiàn)U表示熔斷器，BP表示低壓變頻器，M表示電動(dòng)機(jī)。） 4.2設(shè)備技術(shù)參數(shù)及功能介紹 羅茨機(jī)屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，本項(xiàng)目選用具備恒轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)功能的ABB低壓變頻器，型號(hào)ACS580，額定電流505A，相比于傳統(tǒng)的變轉(zhuǎn)矩風(fēng)機(jī)選型容量加大一檔配置，以滿足恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的啟動(dòng)特性；并內(nèi)置有PID調(diào)節(jié)功能和通訊信號(hào)接口。 變頻器可以通過PLC控制自動(dòng)給定、或通過面板按鈕手動(dòng)給定，實(shí)現(xiàn)羅茨風(fēng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)。 自動(dòng)給定信號(hào)通過通訊信號(hào)提供，由自動(dòng)控制操作箱中的PLC通過Modbus串口通訊給定。操作箱放置于控制室，內(nèi)置西門子S7-200SMART型號(hào)PLC，接入爐膛壓力和煤氣在進(jìn)入凈化塔前總吸力的模擬量AI信號(hào)，組成壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。操作箱至變頻器之間通訊電纜敷設(shè)距離230米，串行通訊能力完全滿足要求。 手動(dòng)給定信號(hào)通過原操作面板的兩個(gè)備用按鈕控制，該兩個(gè)數(shù)字量DI信號(hào)接入PLC，通過程序?qū)崿F(xiàn)頻率加/減功能，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)頻率調(diào)節(jié)。在PLC程序中設(shè)置手動(dòng)給定的優(yōu)先級(jí)高于自動(dòng)給定功能。

55.項(xiàng)1應(yīng)目用應(yīng)效用果效果 爐膛壓力原有范圍要求是-10Pa~5Pa，通過變頻調(diào)速自動(dòng)控制運(yùn)行后，調(diào)節(jié)效果良好；經(jīng)過和用戶協(xié)商將工藝要求優(yōu)化為-10Pa~0Pa的恒定微負(fù)壓，進(jìn)一步改善電爐的運(yùn)行性能。如圖7所示，隨機(jī)截取兩段儀表數(shù)據(jù)，爐內(nèi)壓力分別為-1.35Pa和-3Pa，維持在微負(fù)壓狀態(tài)。 羅茨風(fēng)機(jī)是容積式風(fēng)機(jī)的一種。它由一個(gè)類似橢圓形的機(jī)殼與兩塊墻板包容成一個(gè)氣缸，一對(duì)彼此相互“嚙合”的葉輪，兩個(gè)葉輪等速相向旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過程中把兩個(gè)葉片之間的空氣擠壓出來，將氣缸內(nèi)的氣體從進(jìn)氣口源源不斷地推移到出氣口，這就是羅茨風(fēng)機(jī)的整個(gè)工作過程。羅茨風(fēng)機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，決定了其風(fēng)壓在一定的流量范圍內(nèi)是近似恒定的，不論轉(zhuǎn)速變化如何其風(fēng)壓可以保持不變 [2]。 經(jīng)過改造后，由變頻器改變電機(jī)頻率達(dá)到無級(jí)變速，起到調(diào)節(jié)風(fēng)量的效果。而風(fēng)量則與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比的，即Q=kN。 其中：Q——風(fēng)量；N——風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；k——系數(shù)。羅茨風(fēng)機(jī)作為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其節(jié)電率與轉(zhuǎn)速降近似成 正比即△P%≈△N%。 其中：P——功率；N——風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。 根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用觀察，正常運(yùn)行周期內(nèi)，風(fēng)機(jī)的頻率范圍通常在28Hz~42Hz，最常見是在32Hz~40Hz左右，總計(jì)可以獲25%左右的節(jié)能效果。 不論是從節(jié)能降耗、降低維護(hù)工作量等直接受益，還是從優(yōu)化生產(chǎn)工藝，延長電機(jī)等設(shè)備的使用壽命，改善電網(wǎng)環(huán)境等間接受益來說，羅茨風(fēng)機(jī)的變頻改造都具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢和積極意義。

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