大功率羅茨風(fēng)機(jī)及高壓變頻器在百萬(wàn)噸級(jí)焦化項(xiàng)目中的研究應(yīng)用

張志強(qiáng) 馮世云

摘 要 大功率羅茨風(fēng)機(jī)配合高壓變頻器應(yīng)用在百萬(wàn)噸級(jí)大型焦化生產(chǎn)中，解決煤氣輸送能耗高、設(shè)備檢修維護(hù)工作量大的問(wèn)題，并有效穩(wěn)定工藝參數(shù)調(diào)節(jié)效果。

關(guān)鍵詞 羅茨風(fēng)機(jī)；高壓變頻器；焦化生產(chǎn)應(yīng)用

煤氣鼓風(fēng)機(jī)在整個(gè)焦化煤氣系統(tǒng)中是關(guān)鍵的設(shè)備，因其在焦化生產(chǎn)中的重要性，人們習(xí)慣稱(chēng)它為焦化廠(chǎng)的心臟，所以，鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行效果的穩(wěn)定與否，運(yùn)行成本的高低，直接關(guān)系到焦化企業(yè)的安全生產(chǎn)和節(jié)能降耗。對(duì)于新建的焦化企業(yè)，鼓風(fēng)機(jī)的選擇更是焦化行業(yè)非常慎重的一件事情。

我國(guó)100萬(wàn)噸級(jí)焦化生產(chǎn)企業(yè)中煤氣鼓風(fēng)機(jī)全部采用離心風(fēng)機(jī)，而且大多采用液力耦合調(diào)速，調(diào)壓，或者是選用離心風(fēng)機(jī)加高壓變頻器調(diào)節(jié)，尚無(wú)容積式風(fēng)機(jī)加高壓變頻器調(diào)節(jié)的先例。在小型焦化廠(chǎng)里才有選用羅茨風(fēng)機(jī)加變頻調(diào)速的生產(chǎn)方式。

我公司在100萬(wàn)噸搗固焦?fàn)t建設(shè)過(guò)程中，慎重考慮煤氣鼓風(fēng)機(jī)及調(diào)速裝置的選型，結(jié)合國(guó)內(nèi)外同類(lèi)焦化企業(yè)的情況，首次在百萬(wàn)噸級(jí)焦?fàn)t上使用了羅茨鼓風(fēng)機(jī)配高壓變頻器調(diào)速。

1 選型對(duì)比

煤氣風(fēng)機(jī)除為煤氣的后續(xù)處理提供動(dòng)力以外，還肩負(fù)著調(diào)節(jié)煤氣系統(tǒng)吸力，穩(wěn)定焦?fàn)t上升管壓力的任務(wù)。此外，焦?fàn)t煤氣凈化工藝特點(diǎn)決定焦?fàn)t煤氣含水和煤焦油，煤氣鼓風(fēng)機(jī)必須具備放液的功能。因此煤氣鼓風(fēng)系統(tǒng)在選型時(shí)應(yīng)考慮：①穩(wěn)定，可靠，長(zhǎng)周期運(yùn)行，下液處理方便；②配電機(jī)小，噪聲小，能耗低，節(jié)能效果顯著；③轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方便，靈敏性高，便于計(jì)算機(jī)控制；④投資省。

在調(diào)速系統(tǒng)選型時(shí)應(yīng)考慮：①調(diào)速裝置節(jié)能效果好，功率因數(shù)高。②調(diào)速裝置安裝方便，占地面積小。③設(shè)備的使用具備安全性及容災(zāi)性，即設(shè)備出現(xiàn)故障后不能影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。④調(diào)速裝置精度高，調(diào)節(jié)輸出穩(wěn)定。⑤調(diào)速裝置維護(hù)費(fèi)用低，維護(hù)方便。

焦化廠(chǎng)用于煤氣加壓輸送的鼓風(fēng)機(jī)有離心風(fēng)機(jī)和羅茨風(fēng)機(jī)兩種。作為常用化工輸送設(shè)備其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)大家比較熟悉。行對(duì)離心風(fēng)機(jī)而言羅茨鼓風(fēng)機(jī)屬于容積式風(fēng)機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、體積小，且在轉(zhuǎn)速一定時(shí)，如壓頭稍有變化其輸氣量可保持不變的特性，可以獲得較高的壓頭。羅茨風(fēng)機(jī)在小型焦化廠(chǎng)有應(yīng)用先例。

鼓風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)裝置對(duì)焦化生產(chǎn)工藝指標(biāo)調(diào)節(jié)有較大影響。百萬(wàn)噸及以上的大型焦化廠(chǎng)目前都是離心風(fēng)機(jī)加液力耦合或者離心風(fēng)機(jī)加高壓變頻器，并結(jié)合風(fēng)機(jī)的大小回流來(lái)調(diào)節(jié)集氣管壓力及機(jī)前吸力。液力耦合器工作原理：液力耦合器是一種以液體（多數(shù)為油）為工作介質(zhì)、利用液體動(dòng)能傳遞能量的一種葉片式傳動(dòng)機(jī)械。在焦化廠(chǎng)煤氣風(fēng)機(jī)上一般應(yīng)用的為調(diào)速型液力耦合器。液力耦合器調(diào)速原理表明，傳動(dòng)速度的改變，實(shí)質(zhì)是機(jī)械功率調(diào)節(jié)的結(jié)果。因此液力耦合器輸出轉(zhuǎn)速的降低，實(shí)際是輸出功率減小。在調(diào)速過(guò)程中，液力耦合器的原傳動(dòng)轉(zhuǎn)速?zèng)]有發(fā)生變化，以上說(shuō)明液力偶合器是一種耗能型的機(jī)械調(diào)速裝置，調(diào)速越深（轉(zhuǎn)速越低）損耗越大。高壓變頻器運(yùn)行原理：變頻器是一種使電動(dòng)機(jī)變速運(yùn)行進(jìn)而達(dá)到節(jié)能效果的設(shè)備，習(xí)慣上把額定電壓在3kV到10kV之間的電動(dòng)機(jī)稱(chēng)為高壓電機(jī)，因此一般把針對(duì)3kV至10kV高電壓環(huán)境下運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)而開(kāi)發(fā)的變頻器稱(chēng)為高壓變頻器。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，高壓大功率變頻調(diào)速裝置不斷地成熟起來(lái)，原來(lái)一直難于解決的高壓?jiǎn)栴}，近年來(lái)通過(guò)器件串聯(lián)或單元串聯(lián)得到了很好的解決。與低壓變頻器相比，高壓變頻器適用于大功率風(fēng)電、水泵的變頻調(diào)速，可以收到顯著的節(jié)能效果[1]。

2 選型依據(jù)

通過(guò)對(duì)兩種風(fēng)機(jī)的性能、特性的了解與對(duì)比及與其配合驅(qū)動(dòng)裝置的性能對(duì)比，選擇羅茨風(fēng)機(jī)加高壓變頻器使用的理由是：

（1）從投資上看，我公司根據(jù)生產(chǎn)需要選擇了三臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)并配兩臺(tái)變頻器，共投資276.8萬(wàn)元，如果利用離心風(fēng)機(jī)投資為615萬(wàn)元；在土建投資上羅茨風(fēng)機(jī)比利用離心風(fēng)機(jī)費(fèi)用節(jié)省100萬(wàn)，設(shè)備采購(gòu)和土建兩項(xiàng)投資可節(jié)約資金近400萬(wàn)元。

（2）從運(yùn)行成本上看，選用羅茨風(fēng)機(jī)功率為400kW，運(yùn)行功率在800kW以?xún)?nèi)，如果同規(guī)模的焦化廠(chǎng)選用離心風(fēng)機(jī)功率為1250kW，比羅茨風(fēng)機(jī)大450kW每小時(shí)，僅此一項(xiàng)每年可節(jié)約電費(fèi)236萬(wàn)元。

（3）從使用壽命及維護(hù)方面看，羅茨風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)量小，檢修方便，操作簡(jiǎn)單，葉輪和軸為整體結(jié)構(gòu)且葉輪無(wú)磨損，風(fēng)機(jī)性能持久不變，可以長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。風(fēng)機(jī)容積利用率大，容積效率高，且結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方式靈活多變。軸承的選用較為合理，各軸承的使用壽命均勻，從而延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)的壽命！ 風(fēng)機(jī)油封選用進(jìn)口氟橡膠材料，耐高溫，耐磨，使用壽命長(zhǎng)。

3 應(yīng)用技術(shù)水平及經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

在投資上，公司根據(jù)生產(chǎn)需要選擇了三臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)（型號(hào)ML104WD，風(fēng)量560NM3/min，升壓29.4KPa；附電機(jī)YB630-10級(jí) 400kW）配變頻器（HIVETR-Y10/040）兩臺(tái)，正常生產(chǎn)時(shí)一開(kāi)一備，共投資276.8萬(wàn)元，如果利用離心風(fēng)機(jī)投資為615 萬(wàn)元，土建上利用羅茨風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)房由二層變成一層，要比利用離心風(fēng)機(jī)土建費(fèi)用節(jié)省100萬(wàn)，從投資上可節(jié)約近400萬(wàn)元資金。

運(yùn)行成本上比較，選用羅茨風(fēng)機(jī)功率為400kW，兩開(kāi)一備，運(yùn)行功率在800kW以?xún)?nèi)，如果同規(guī)模的焦化廠(chǎng)選用離心風(fēng)機(jī)功率為1250kW，比羅茨風(fēng)機(jī)大450kW每小時(shí)，僅此一項(xiàng)每年可節(jié)約電費(fèi)236萬(wàn)元?？紤]使用羅茨風(fēng)機(jī)配套的變頻調(diào)速裝置后，節(jié)能效果更為可觀(guān)。

羅茨風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)量小，檢修方便，操作簡(jiǎn)單，葉輪和軸為整體結(jié)構(gòu)且葉輪無(wú)磨損，風(fēng)機(jī)性能持久不變，可以長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。風(fēng)機(jī)容積利用率大，容積效率高，且結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方式靈活多變。軸承的選用較為合理，各軸承的使用壽命均勻，從而延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)的壽命。風(fēng)機(jī)油封選用進(jìn)口氟橡膠材料，耐高溫，耐磨，使用壽命長(zhǎng)。

3.2 社會(huì)效益

大功率羅茨風(fēng)機(jī)配用高壓變頻器調(diào)節(jié)后，首先焦?fàn)t爐膛壓力、焦?fàn)t集氣管壓力趨于穩(wěn)定，減少了焦?fàn)t跑煙冒火的現(xiàn)象，減少了顆粒物排放和煙塵排放，減輕了環(huán)境污染，使企業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在節(jié)能、環(huán)保方面有良好的社會(huì)效果。延長(zhǎng)了焦?fàn)t的使用壽命，降低了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，其次，使機(jī)后壓力穩(wěn)定，提高了化學(xué)副產(chǎn)品產(chǎn)率。

參考文獻(xiàn)

[1] 方建華，姜在斌.羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲采集分析及其隔聲罩設(shè)計(jì)[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2008，（1）：36-40.