煤氣機羅茨風機變頻改造的節(jié)電率分析

張廣軍

(江蘇晉煤恒盛化工股份有限公司)

煤氣機羅茨風機變頻改造的節(jié)電率分析

張廣軍

(江蘇晉煤恒盛化工股份有限公司)

結(jié)合調(diào)節(jié)閥計算和校核的相關知識，對煤氣機羅茨風機的變頻改造進行了節(jié)能分析，并對比了變頻改造前后輸入側(cè)電氣的計量結(jié)果，表明進行變頻改造后，羅茨風機的節(jié)電率大幅提高。

羅茨風機 煤氣機 節(jié)電率 變頻改造 節(jié)能分析

小氮肥行業(yè)固定床間歇式制氣工藝脫硫工段的煤氣機一般采用羅茨風機，系統(tǒng)壓力和流量調(diào)節(jié)大多為旁路副線調(diào)節(jié)方式，也就是說，已經(jīng)被煤氣機做功升壓的煤氣通過副線調(diào)節(jié)閥降壓回到煤氣機入口，這勢必造成電能浪費，因此需對煤氣機的羅茨風機進行變頻改造。

生產(chǎn)機械的負載特性一般有3種類型：恒轉(zhuǎn)矩，恒功率，離心式風機和水泵(二次型負載[1])。風機、泵類設備的流量與其轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與其轉(zhuǎn)速的3次方成正比，因此節(jié)能空間大，適用于變頻節(jié)能技術[1～3]。

羅茨風機是一種定容式風機，風量基本不受風壓變化的影響，其最大特點是容積回轉(zhuǎn)特性，可近似認為風機所能達到的最大壓力與轉(zhuǎn)速無關，屬于恒壓設備。羅茨風機流量與轉(zhuǎn)速成正比，符合恒轉(zhuǎn)矩的負載特性，這使得羅茨風機作為穩(wěn)定下一工段往復式壓縮機的入口壓力設備時，優(yōu)于離心式風機。基于此，為避免電能浪費，筆者通過對現(xiàn)場實際工況進行計算，說明羅茨風機變頻改造的必要性和經(jīng)濟性。

1 煤氣機電動機的參數(shù)

煤氣機電動機的參數(shù)如下：

型號 YAKK560-10

功率 560kW

電壓 10kV

定子電流 45.1A

轉(zhuǎn)速 594r/min

接法 Y形

功率因數(shù) 0.75

由于生產(chǎn)負荷調(diào)整，負荷降低導致電機的有功功率一度運行在380kW，此時無功功率為411kVar，功率因數(shù)cosΦ=0.68。因此，為適應負荷調(diào)整的要求，對煤氣機的羅茨風機進行變頻改造，并進行論證分析。

2 煤氣機變頻改造的計算分析

2.1 節(jié)電率計算

文獻[4]對羅茨風機的變頻改造進行了節(jié)能分析，節(jié)電率α的計算式為：

α=1-Dy2/(Dy2+KpDp2)

式中 Dp——排風管(副線調(diào)節(jié)閥)的管徑，mm；

Dy——羅茨風機輸出管的管徑，mm；

Kp——排放管(副線調(diào)節(jié)閥)的閥門開度，%。

根據(jù)現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)，Dy=800mm、Dp=200mm、Kp=50%，得到節(jié)電率為3%。顯然，以如此低的節(jié)電率進行變頻改造是沒有說服力的。

2.2 副線調(diào)節(jié)閥的相關計算

副線調(diào)節(jié)閥的數(shù)據(jù)包括：套筒型，通徑DN200mm，PN1.6mm，工作溫度Tn=40℃，閥前壓力p1=150kPa，閥后壓力p2=105kPa，圓整后的流量系數(shù)Kv′=600，流量特性為線性，可調(diào)比R=30。

文獻[5]中，非阻塞流流量系數(shù)Kv的計算式為：

(1)

式中 Qg——氣體標準體積流量，Nm3/h；

T1——閥門入口氣體的絕對溫度，T1=313K；

X——壓差比，X=(p1-p2)/p1=(150-105)/150=0.3；

y——膨脹系數(shù)，y=0.85；

Z——壓縮系數(shù)，Z=1.2；

ρN——氣體在標準狀態(tài)(273K，101.3kPa)下的密度，kg/Nm3。

代入以上數(shù)據(jù)，得到：

Kv=0.044Qg

(2)

調(diào)節(jié)閥放大系數(shù)m為：

m=R/[(1/L)(R-1)+1]=1.94

(3)

m=Kv′/Kv計

(4)

Kv計=600/1.94=309.3

式中 Kv計——不同開度下的計算流量系數(shù)；

1/L——相對行程，即開度，調(diào)整生產(chǎn)負荷時1/L=50%。

當開度為50%時，通過副線調(diào)節(jié)閥的氣體量，由式(2)可得：

Qg=309.3/0.044=7030Nm3/h

轉(zhuǎn)換成實際工況后，Qg=5443Nm3/h。

根據(jù)文獻[6]，羅茨風機消耗的電功率Pw為：

Pw=pQ/η

(5)

式中 p——風機出口風壓，實際工況下p=50kPa；

Q——風量，m3/s；

η——風機效率，η=60%。

根據(jù)式(5)，通過副線調(diào)節(jié)閥的氣體量折算電動機的功率為：

Pw=50×5443/3600/0.6=126kW

則α=126/560×100%=0.223×100%=22.3%。

3 變頻改造前后輸入側(cè)電氣計量結(jié)果

變頻改造前后輸入側(cè)電氣計量結(jié)果見表1。

表1 變頻改造前后輸入側(cè)電氣計量結(jié)果

羅茨風機變頻改造前后的有功功率差ΔP=380-210=170kW，變頻器自身損耗2%，實際節(jié)省的電功率為170×98%=166.6kW，實際節(jié)電率為166.6/560×100%=0.298×100%=29.8%。改造后的功率因數(shù)cosΦ=0.97，無功功率52.6kVar，遠小于改造前的411kVar。

生產(chǎn)負荷的調(diào)整是化工生產(chǎn)經(jīng)濟運行經(jīng)常面臨的問題，盡管可以采用更換低功率電機等其他方法，但對于如此高的節(jié)電率，變頻技術在節(jié)能和調(diào)整負荷方面是具有顯著優(yōu)勢的。

4 結(jié)束語

此次對煤氣機羅茨風機進行變頻改造后，提高了功率因數(shù)，降低了無功功率，提高了節(jié)電率。同時，羅茨風機實現(xiàn)了軟啟動，減少了對電網(wǎng)的沖擊。轉(zhuǎn)速降低后，電機和風機的使用壽命得以延長。變頻器投入運行后，副線調(diào)節(jié)閥關閉，節(jié)電效果與變頻改造后電機輸入側(cè)電度計量較為接近。

[1] 高兆益.變頻調(diào)速技術在化工企業(yè)節(jié)能技術中的應用[J].化工自動化及儀表,2012,39(6):814～816.

[2] 許春清,周靜,張?zhí)m婷,等.變頻器“一拖四”控制方案在長輸輸油管道中的應用[J].石油化工自動化,2016,52(2):29～32.

[3] 陳居現(xiàn),盧崢,許志成.儀化熱電廠吸風機高壓變頻調(diào)速節(jié)能改造設計[J].化工自動化及儀表,2011,38(9):1158～1161.

[4] 馮東升,張金輝,張智華.羅茨風機的變頻改造節(jié)能分析[J].電機與控制應用,2010,37(8):43～46.

[5] 吳國熙.調(diào)節(jié)閥使用與維修[M].北京:化學工業(yè)出版社,2008:67～119.

[6] 季若庸.羅茨風機風壓和電機功率的選擇[J].中國鑄造裝備與技術,1996,(6):41～42.

張廣軍(1969-)，工程師，從事化肥廠電氣、儀表的管理工作，zhanguangjun@21cn.com。

TH444

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1000-3932(2017)05-0507-02

2016-11-25，

2016-12-22)