電爐煤氣凈化羅茨風機的變頻改造應用

電爐煤氣凈化羅茨風機的變頻改造應用

羅茨風機變頻節能改造方法實例能耗對比： 煤氣加壓羅茨風機與離心式增壓風機的區別視頻講解 停！！！，下面是給機器人看的，您看到這里就可以了，采購風機請直接撥打15066131928

錳冶煉廠采用羅茨風機作為電爐煙氣凈化系統的煤氣壓縮設備，目前的控制方式為電機工頻運行，采用羅茨風機的出口閥門調節，將電爐爐膛壓力控制在要求范圍內。此操作方式存在閥門易損、電能浪費等缺點，為此在項目調研的基礎上提供整體解決方案，進行變頻及自動控制系統的改造。

22.項1項目目概概述述及需求分析 遼寧錦州某金屬公司現有三套20MVA的電爐用于錳冶煉，電爐所產煙氣通過濕法工藝進行凈化后，實現煤氣回收利用。 煤氣凈化及存儲工藝流程如圖1所示，電爐高溫煙氣通過凈化塔進行冷卻降溫、噴淋洗滌、除塵、脫水處理，凈化后的煤氣通過羅茨風機壓縮升壓，送往煤氣柜進行儲存。洗滌循環水經除泥處理后循環利用，部分污水處理后排放。 羅茨風機出口設置有回流閥，通過控制閥門開度調節凈化系統總風力，進而控制電爐爐膛壓力在工藝要求范圍內；出口同時設置有點火器，當出現緊急情況時進行放散點火，確保系統安全。 電爐在生產過程中，要求爐膛保持在微負壓狀態；如果出現正壓力，則可能導致膛內煙、火外冒；如果負壓力過低，則可能從爐外吸入過多空氣，煤氣與氧氣燃燒，會導致煙氣溫度升高，并且降低煤氣使用價值。爐膛壓力過高或過低（正常范圍-10Pa~5Pa）都存在安全隱患，所以必須進行嚴格的控制[1]。 煤氣凈化工段的羅茨風機是電爐冶煉生產中的關鍵設備，羅茨風機吸入氣體的流量及壓力直接影響凈化塔的入口總吸力，進而影響電爐的爐膛壓力。現場配套三組煙氣凈化系統，每組采用一用一備的工作方式，共六臺羅茨風機，配置相同。選用天津鼓風機公司的ML系列臥式直聯羅茨風機，進氣流量：78.0～478.1m3/min；升壓：9.8～68.6kPa。配套三相異步電機，電壓380V，功率220kW，電流392A，轉速985rpm。煤氣凈化羅茨 風機工況圖如圖2所示。 2.2原系統存在問題 現場電機運行方式為采用ABB軟啟動器實現軟啟動，軟啟動器帶有旁路接觸器，啟動完成后自動切換至工頻旁路運行。羅茨風機控制方法為在操作室人工觀察爐膛壓力的儀表顯示信號，并通過電動回流閥的手操器，手動調節閥門開度。當爐膛壓力過高時，需增加風機吸力，此時減小回流閥開度；當爐膛壓力過低時，需減小風機吸力，此時加大回流閥開度。以此保證凈化系統氣體壓力的穩定，維持爐膛壓力在安全范圍內。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，加大對閥門的沖擊損耗，大大縮短閥門的使用壽命；既增加維護工作量，而且降低生產效率，此點為本項目主要改造訴求。 （2）系統運行時回流閥的開度常在15%~40%范圍調節，存在節流損耗，增加了設備電耗。 （3）電機一直處于工頻滿負荷運行狀態，加大電機溫升，也將縮短電機的使用壽命。 （4）需配備監控操作工，依據工人觀察進行調節，既增加生產人員的工作量，操作過程也存在滯后。

圖3煤氣凈化人工控制方法 2.3技術需求 （1）將原有的工頻運行改為變頻運行方式，依據工況直接對電機調速，回流閥全部打開，既避免閥門損耗，也實現節能降耗。 增加PLC控制系統，依據壓力信號自動設置輸出頻率，實現爐膛壓力自動調節。 （3）在原有操作面板上增加手動頻率給定功能，作為備用操作，要求手動調節優先級高于自動調節方式。 （4）在現行的一樓配電室和二樓控制室進行工程改造；將配電室原有的三臺軟啟動柜置換為變頻器柜，因空間限制，要求柜體寬度不變，深度可適當增加。二樓控制室新增一面PLC控制箱，并對原有的操作面板進行改造。

33.改1自造動方控案制變頻調速方案 針對以上問題，在深入生產現場工段調查的基礎上，確定變頻調速改造方案：新增羅茨風機變頻器，引入電爐爐膛壓力信號、凈化爐前總吸力信號至PLC，自動調節變頻器的輸出頻率，以實現爐膛的恒壓控制；回流閥作為備用調節裝置，正常運行時管道的回流支路關斷；既可以滿足生產要求還可以實現節能降耗。煤氣凈化自動控制方法如圖4所示。

圖4煤氣凈化自動控制方法 3.2風機自動控制系統設計 羅茨風機自動控制實現方法如圖5所示，由PLC自控系統、變頻器、壓力變送器組成壓力閉環控制系統，接入爐膛壓力和煤氣在進入凈化塔前總吸力兩個模擬量信號，反饋壓力與設定壓力進行比較，依據工藝要求綜合分析運算，實時控制變頻器的輸出量，自動調節電機轉速，使爐膛壓力保持在設計范圍之內，以滿足生產工藝的實際需求。

圖5羅茨風機改造控制方塊圖 通過控制室原操作面板的兩個備用按鈕，實現頻率加 /減輸入，作為手動給定功能；當自動控制系統出現偏差時可以通過手動操作進行頻率調節，并具有高優先級，保證生產的安全性。 動統力配系置統及方功案能 該變頻驅動系統的電氣原理圖（單組）如圖6所示。

圖6動力系統電氣原理圖 （QS表示隔離開關，FU表示熔斷器，BP表示低壓變頻器，M表示電動機。） 4.2設備技術參數及功能介紹 羅茨機屬于恒轉矩負載，本項目選用具備恒轉矩調節功能的ABB低壓變頻器，型號ACS580，額定電流505A，相比于傳統的變轉矩風機選型容量加大一檔配置，以滿足恒轉矩負載的啟動特性；并內置有PID調節功能和通訊信號接口。 變頻器可以通過PLC控制自動給定、或通過面板按鈕手動給定，實現羅茨風機的速度調節。 自動給定信號通過通訊信號提供，由自動控制操作箱中的PLC通過Modbus串口通訊給定。操作箱放置于控制室，內置西門子S7-200SMART型號PLC，接入爐膛壓力和煤氣在進入凈化塔前總吸力的模擬量AI信號，組成壓力閉環控制系統，自動調節電機轉速。操作箱至變頻器之間通訊電纜敷設距離230米，串行通訊能力完全滿足要求。 手動給定信號通過原操作面板的兩個備用按鈕控制，該兩個數字量DI信號接入PLC，通過程序實現頻率加/減功能，實現手動頻率調節。在PLC程序中設置手動給定的優先級高于自動給定功能。

55.項1應目用應效用果效果 爐膛壓力原有范圍要求是-10Pa~5Pa，通過變頻調速自動控制運行后，調節效果良好；經過和用戶協商將工藝要求優化為-10Pa~0Pa的恒定微負壓，進一步改善電爐的運行性能。如圖7所示，隨機截取兩段儀表數據，爐內壓力分別為-1.35Pa和-3Pa，維持在微負壓狀態。 羅茨風機是容積式風機的一種。它由一個類似橢圓形的機殼與兩塊墻板包容成一個氣缸，一對彼此相互“嚙合”的葉輪，兩個葉輪等速相向旋轉，在旋轉過程中把兩個葉片之間的空氣擠壓出來，將氣缸內的氣體從進氣口源源不斷地推移到出氣口，這就是羅茨風機的整個工作過程。羅茨風機的特殊結構設計，決定了其風壓在一定的流量范圍內是近似恒定的，不論轉速變化如何其風壓可以保持不變 [2]。 經過改造后，由變頻器改變電機頻率達到無級變速，起到調節風量的效果。而風量則與風機轉速成正比的，即Q=kN。 其中：Q——風量；N——風機轉速；k——系數。羅茨風機作為恒轉矩負載，其節電率與轉速降近似成 正比即△P%≈△N%。 其中：P——功率；N——風機轉速。 根據現場應用觀察，正常運行周期內，風機的頻率范圍通常在28Hz~42Hz，最常見是在32Hz~40Hz左右，總計可以獲25%左右的節能效果。 不論是從節能降耗、降低維護工作量等直接受益，還是從優化生產工藝，延長電機等設備的使用壽命，改善電網環境等間接受益來說，羅茨風機的變頻改造都具有明顯的應用優勢和積極意義。

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