英威騰CHH100系列高壓變頻器在煤氣脫硫羅茨風機上的應用
【摘 要】通過深圳英威騰CHH100系列高壓變頻器在中化平原化工有限公司煤氣脫硫羅茨風機系統改造中的應用實例，介紹深圳市英威騰變頻技術在節能降耗、提高自動化控制水平方面具有很好的應用前景。
【關鍵詞】高壓變頻技術；煤氣脫硫羅茨風機系統；節能。
一.企業介紹
中化平原化工有限公司前身系山東德齊龍化工集團有限公司，國家大型一檔企業，2008年6月由平原縣人民政府和中化化肥有限公司重組為中化平原化工有限公司，銀行信譽等級“AAA”。公司總資產25億元，全國同行業排名第三，資產負債率59%，現有職工3300人，其中，大專以上學歷人員800人，中專以上學歷1600人。公司主要產品有尿素、碳酸氫銨、液氨、塑料編織袋、粉煤灰加氣砼塊等四大類20余個品種。現有氨醇生產能力為年產100萬噸，尿素100萬噸。2007年實現銷售收入26億元，利稅2.3億元。
該公司 2007年消耗電力11.0145億千瓦時，其中外購電力8.1377億千瓦時，占全部外購能源的近十分之一。企業內部電機系統存在的主要問題是：電動機效率低；系統調節方式落后，大部分風機、泵類采用機械節流方式調節，效率比調速方式約低30%。
二.煤氣脫硫羅茨風機系統工藝流程及現狀
煤氣脫硫風機采用的羅茨風機屬于回轉容積式鼓風機，它的鼓風量與風機轉速成正比，基本不受出風口阻力變化的影響，這種硬風特性決定了不允許通過關閉出風口或進風口的辦法來調節風量，而且經過采取優化以上主要工藝環節措施以后，大量過剩風量通過回氣閥調節，造成風機能量的大量損耗，而且由于磨損而腐蝕問題突出，回氣閥門需要經常維修。工藝流程設備圖如下所示：
三.改造方案
變頻調速系統由用戶開關柜、水阻起動柜、進線柜、CHH100系列高壓變頻器、高壓電機組成。進線柜是由二個真空接觸器KM1、KM2和兩個高壓隔離開關QS1、QS2組成。QS1、QS2用于變頻器維護過程中高壓隔離。電機以變頻方式運行時，QS1、QS2和KM1、KM2閉合，水阻起動柜不工作。電機以工頻方式運行時，QS1、QS2和KM1、KM2斷開，水阻起動柜工作。進線柜與和水阻起動柜互鎖，完全能夠保證變頻調速系統安全運行。
n 該切換控制方式優點：
² 變頻器輸入、輸出設計有隔離刀閘，便于變頻器的維護與檢修。
² 該切換控制有兩種起動方式,不論那種方式起動運行,都具有軟起動功能,不造成對電網沖擊.
² 操作方便，可以就地操作，也可遠程操作，易于實現自動控制。
4.變頻調速系統控制方式
(1)我方提供的CHH100變頻器控制方式：
我公司CHH100系列高壓變頻器在現場采用手動和自動兩種方式控制：在檢修,非生產時,采用手動控制方式,在正常生產時,采用自動控制方式.
n 手動控制方式
值班電工根據壓縮機進口所要求的壓力(流量), 通過在遠程監控反饋信號,手動調節頻率給定信號,從而達到滿足風機需要的風量和風壓要求。
n 自動控制方式
自動控制方式有兩種選擇，一是壓縮機進口要求控制的壓力值由手操器給定(4~20mA電流信號)，壓縮機進口反饋信號經壓力變送器檢測后，再由DCS供給。壓力比較和PID運算均由DCS完成，其變換出來信號作為變頻器給定信號，以控制電動機轉速，使壓縮機進口的壓力穩定在壓力設定值上，達到自動跟蹤壓縮機進口壓力的目的。同時，通過變頻器的模擬量輸出接口將壓縮機進口壓力、實際電壓、電流、頻率反饋到DCS監控系統上。變頻器仍然作為一個執行機構，類似擋板特性，只是時間系數需要重新調整，這種調節方式比較簡便合理，只需要DCS根據以往的工頻調節方式增加變頻調節回路，以前的工頻擋板控制方式繼續保留備用。另一種方式是壓縮機進口反饋信號送至變頻器進行變換和處理，變頻器本身也具有PID功能。實現頻率的自動調整,也就是說對風機電機的轉速進行控制,以達到根據負荷變化而調整輸出功率、穩定壓縮機進口壓力和節能降耗的目的。根據以往的工程經驗，建議采用DCS完成自動調節功能。
(2).高壓變頻器具有遠程和本機控制功能。
高壓變頻器具有遠程和本機控制功能。本機控制時通過高壓變頻器控制柜上觸摸屏可就地人工啟動、停止高壓變頻器，可以調整電機轉速、頻率。遠程控制放在控制室，設有操作臺和上位機，由配電工操作控制。通過上位機配電工可以隨時了解設備的運行情況，通過操作臺可實現對高壓變頻器進行簡單的遠方操作。配電工可以根據工況自由選定高壓變頻器“手動/自動”調速運行。
四.現場運行情況
煤氣脫硫羅茨風機所配置的高壓變頻器（型號CHH100-0900-06，額定電壓6KV，額定電流106A）于2009年12月11日開始安裝就位；2009年12月15日開始一次調試成功投入運行。裝調試周期都很短，為系統的正常生產提供了有利的保證。該煤氣脫硫羅茨風機是技改項目,所配套電機和輔助高壓配電控制柜及水阻軟起動柜.
五.節能效果
1．羅茨風機變頻調速節能原理
１.１羅茨風機的理論流量與轉子轉速的關系式為：
Qth=(丌/2)D²LλN (1)
式中： Qth――理論流量，m³/min D――葉輪外徑，m
L――葉輪長度，m N――葉輪轉速r/min
λ――面積利用系數；表征風機氣缸空間的有效利用程度（圓弧一漸開線型線的面積利用系數λ＝0.563～0.521）
１.２ 羅茨風機的實際流量Q，為：
Q＝Qthη (2)
式中：η――容積效率，一般為0.7～0.9
由（１）和（２）可知，對每一臺具體的羅茨風機，其葉輪外徑長度和面積利用系數都是一個定值，當可忽略容積效率的變化時，羅茨風機的流量正比于轉速．
１.３功率特性
羅茨風機的軸功率為：
P =( QthΔH)/6000β (3)
式中： P――軸功率，KW Qth――理論流量，m³/min
ΔH――風機進出口壓差，Pa β――機械效率，一般為0.9
由式（１）和（３）可知，當羅茨風機轉速變化時，其軸功率與轉速成正比，
１.４轉矩特性
羅茨風機的轉矩為：
M=9552(P/N) (4)
由于羅茨風機的軸功率與轉速在正比，因此式（４）可知，當轉速變化時，轉矩不變，即羅茨風機屬于恒轉矩運行．
可見羅茨風機風量Q和電機的轉速n是成正比關系的，而軸功率P與轉速也是成正比關系。所以當需要80％的額定風量時，通過變頻調節電機的轉速至額定轉速的80％，即調節頻率到40赫茲即可，這時所需功率將僅為原來的80％．
考慮減速后效率下降和調速裝置的附加損耗，通過實踐的統計，羅茨風機類通過調速控制可節能 10％～40％。
2.節能效益計算如下：
實測節能比較
2009年12月20日在中化平原化工有限公司煤氣脫硫羅茨風機現場通過測量儀表進行測量數據如下表:
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輸入電流
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輸入電壓
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輸入功率因數
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運行功率
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日耗電量
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閥門調節
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91.23A
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6112V
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0.76
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733.97KW
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17615.28度
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變頻調節
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57.31
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6110V
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0.96
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582.22 KW
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13973.28 度
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測試結果表明,
900 KW/6KV煤氣鼓風機在閥門調節和變頻調節的節能比較如下表:
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名稱
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數據
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節電率
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20.66%
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日節能電量
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3642度
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年節能電量
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109.26萬度
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年度節電效益
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45.88萬元
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可見，投入一臺深圳市英威騰電氣股份有限公司生產的CHH100系列高壓變頻器后，該項目全年節約電費均可達45萬元左右。另外，由于深圳市英威騰電氣股份有限公司生產的CHH100系列高壓變頻器功率因數可達0.95以上，大于電機功率因數0.89，減少大量無功。并且實現電機軟啟動，可避免因大電流啟動沖擊造成對電機絕緣的影響，減少電機維護量，節約檢修維護費用，同時電機壽命大幅度延長。減輕了運行人員的勞動強度，深受運行人員和維修人員的歡迎。
六.結束語
高壓變頻裝置節能效果明顯，采用變頻調速后，實現了電機的軟啟動，延長電機的壽命，也減少了管道的振動與磨損；總之，采用了一套深圳英威騰電氣股份有限公司的自主研發、生產的多單元串聯的高─高形式的CHH100系列6kV/900 kW高壓變頻器調速裝置在中化平原化工有限公司煤氣脫硫羅茨風機系統的調速改造中應用是相當成功的。該系列變頻器的先進性、可靠性已得到許多工業應用的證實。
參考文獻：
[1] 風機水泵節能改造指南 (國家經濟貿易委員會資源節能綜合利用司編).
[2] 交流電動機變頻調速節能技術指南 (國家經濟貿易委員會節能信息傳播中心編).
[2]《CHH100系列使用說明書》