本发明涉及脱硫技术领域，具体而言，涉及一种脱硫用单级高速离心风机调速系统及调速方法。
背景技术：
在保证机组正常、稳定的运行同时，需要进一步优化系统结构，减少系统的能耗，在脱硫系统中采用必要的节能降耗措施，以减少脱硫系统的运行费用，将会产生一定程度上的经济效益和环境效应。在整个脱硫系统中，若脱硫剂为石灰石粉，氧化风机的电耗约占脱硫系统的10％；若脱硫剂为石灰石块，氧化风机的电耗约占脱硫系统的6～8％，氧化风机的电耗在脱硫系统的电耗中的比重也相对较大，节能降耗具有重大的意义。
脱硫系统中的氧化风机主要分为罗茨风机、多级离心风机和单级高速离心风机三种形式，其中多级离心风机和单级高速离心风机的运行方式和控制方式基本上相同，罗茨风机与离心风机的运行不相同。离心风机采用叶轮的转速提升风机出口的风量和压力，风机入口设置了进风挡板门，目前情况下，通过调整入口挡板门的开度，从而调整风量和压头，但是挡板门的开度会影响到风机进出口的压损，这部分会成为风机本体的能量损失。
脱硫用单级高速离心风机大多为固定状态运行，现场不会随着机组负荷以及现场的实际情况进行相应的调整运行，该运行方式在机组较大负荷运行或脱硫系统入口烟气参数与设计相匹配时运行情况合适，实际运行中易出现较大的能源浪费。目前虽然有对单级高速离心风机的调节，但是在维持风机转速不变的情况下，在网络系统上安装节流装置(闸门、挡板、风门等)，改变其开启度，增大或减小网络阻力，从而进行流量、风压的调节，这种方法调节设备简单，但不经济，不符合节能要求。为了保证脱硫系统安全、经济运行，脱硫用单机高速离心风机随着机组的运行负荷、烟气参数的变化需要进行调整。
现有单级高速离心风机在改造时，需要增加变频器来实现30％左右的节电，但是该方案需要增加变频器室及其配套设施，改造内容相对较多，投资也相对较大，后期的维护量和维护费用也较大。同时，原来单级高速离心风机均为异步电动机，虽然其运行稳定，故障率低，但从节能角度来看，异步电动机体现不出节能效果。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种脱硫用单级高速离心风机调速系统及调速方法，风机的转速能随着脱硫系统运行状态进行调整，同时可实现较好节能效果。
本发明提供了一种脱硫用单级高速离心风机调速系统，包括连接在永磁同步变频电机和单级高速离心风机增速箱之间的永磁耦合调速器，所述永磁耦合调速器包括：固定在所述永磁同步变频电机输出轴上的铜导体转子、固定在所述单级高速离心风机增速箱输入轴上的永磁体转子、用于调整所述铜导体转子和所述永磁体转子之间气隙厚度或者啮合面积的调节机构，以及用于驱动所述调节机构的调速驱动器；
所述单级高速离心风机上设置有转速传感器，所述调速驱动器输入端与所述转速传感器及上位机连接，所述调速驱动器输出端与所述调节机构连接驱动所述调节机构动作；
其中，所述单级高速离心风机用于将氧化空气输送至脱硫吸收塔内将亚硫酸钙强制氧化，所述永磁同步变频电机与所述单级高速离心风机配套使用。
作为本发明进一步的改进，所述铜导体转子和所述永磁体转子均为圆盘式转子。
作为本发明进一步的改进，所述调节机构用于调节所述铜导体转子与所述永磁体转子之间的气隙厚度。
作为本发明进一步的改进，所述铜导体转子和所述永磁体转子均为筒形转子。
作为本发明进一步的改进，所述调节机构用于调节所述铜导体转子与所述永磁体转子之间的啮合面积。
本发明还提供了一种脱硫用单级高速离心风机调速系统的调速方法，包括以下步骤：
步骤1，上位机根据脱硫系统所需氧化风的流量，计算出单级高速离心风机的理论转速；
步骤2，所述单级高速离心风机上的转速传感器获取所述单级高速离心风机的当前转速，上位机结合步骤1中的理论转速，得到所述单级高速离心风机所需要的调整转速；
步骤3，所述调速驱动器根据接收到的调整转速的调整信号，将该调整信号转换成电流信号后驱动所述调节机构动作，所述调节机构调节固定在永磁同步变频电机输出轴上的铜导体转子和固定在所述单级高速离心风机输入轴上的永磁体转子之间的气隙厚度或啮合面积，改变所述铜导体转子和所述永磁体转子之间的传递转矩，从而改变所述单级高速离心风机的输出转速。
作为本发明进一步的改进，步骤3中：当所述调整转速是降低转速时，所述调速驱动器驱动所述调节机构增大所述铜导体转子和所述永磁体转子之间的气隙厚度，所述铜导体转子远离所述永磁体转子，穿过所述铜导体转子的磁力线数量减小，感应磁场变小，此时，所述铜导体转子和所述永磁体转子之间的传递转矩变小，所述单级高速离心风机的输出转速变小；
当所述调整转速是升高转速时，所述调速驱动器驱动所述调节机构减小所述铜导体转子和所述永磁体转子之间的气隙厚度，所述铜导体转子距离所述永磁体转子较近，穿过所述铜导体转子的磁力线数量增加，感应磁场变大，此时，所述铜导体转子和所述永磁体转子之间的传递转矩变大，所述单级高速离心风机的输出转速变大。
作为本发明进一步的改进，步骤3中：当所述调整转速是降低转速时，所述调速驱动器驱动所述调节机构减小所述铜导体转子和所述永磁体转子之间的啮合面积，作用在所述铜导体转子的磁力线数量减小，感应磁场变小，此时，所述铜导体转子和所述永磁体转子之间的传递转矩变小，所述单级高速离心风机的输出转速变小；
当所述调整转速是升高转速时，所述调速驱动器驱动所述调节机构增大所述铜导体转子和所述永磁体转子之间的啮合面积，作用在所述铜导体转子的磁力线数量增加，感应磁场变大，此时，所述铜导体转子和所述永磁体转子之间的传递转矩变大，所述单级高速离心风机的输出转速变大。
本发明的有益效果为：
1、由于变转速调节，流量与转速的一次方成正比，压力与转速的平方成正比，而管网特性曲线压力与流量的平方成正比，所以转速调节前后的工况效率变化很小，可使转速调节后单级高速离心风机仍在高效区运行，能够实现0～25％的节能，甚至更多；
2、单级高速离心风机的启动能够逐步运行，避免现场的突然启动和停止，能够更好地保护设备，增加设备及其零部件的使用寿命，减少现场检修维护量和维护费用；
3、永磁耦合调速器为机械零件，没有其他配件，减少后续的运行与维护成本；
4、现场能够根据机组的实际运行情况调整的风机的运行状况，减少设备的浪费，降低现场的运行费用；
5、调节范围大、变转速后压力没有附加损失，而且风机效率变化不大，节能、经济性能佳；
6、变速调节，降低转速后可降低风机的噪声，减轻风机叶轮的磨损，延长叶轮的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种脱硫用单级高速离心风机调速系统的示意图。
图中，
1、永磁同步变频电机；2、永磁耦合调速器；3、单级高速离心风机。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例1，如图1所示，本发明实施例的一种脱硫用单级高速离心风机调速系统，包括连接在永磁同步变频电机1和单级高速离心风机3增速箱之间的永磁耦合调速器2，永磁耦合调速器2包括：固定在永磁同步变频电机1输出轴上的铜导体转子、固定在单级高速离心风机3增速箱输入轴上的永磁体转子、用于调整铜导体转子和永磁体转子之间气隙厚度或者啮合面积的调节机构，以及用于驱动调节机构的调速驱动器；
单级高速离心风机3上设置有转速传感器，调速驱动器输入端与转速传感器及上位机连接，调速驱动器输出端与调节机构连接驱动调节机构动作；
单级高速离心风机3用于将氧化空气输送至脱硫吸收塔内将亚硫酸钙强制氧化，永磁同步变频电机1与单级高速离心风机3配套使用。
本发明将配套使用的异步电机替换为永磁同步变频电机，具有以下特点：
(1)具有高效率、高节能经济运行特性范围宽的特点(负载在25～120％时，效率可达95％以上)，比如负载率为50％时，异步电机的效率下降到89％，永磁同步变频依然可以保持95％的高效。
(2)具有高启动转矩、高嵌入转矩、高过载能力、高功率密度的特点，使得在永磁同步变频与变频器、或与永磁同步变频软启动器配合使用时，可以根据实际轴功率大大降低设备驱动电机的装机容量，减少了电机的空载损耗。
(3)具有高功率因数的特点(功率因数可达98％以上)，使得供电系统中无需再提供无功，取消了无功功率补偿器，减少了设备投资和故障点。同时由于有功、无功电流的大幅下降(比同容量异步电机下降30％)，使得所有供电电缆截面、供电变压器、柜内母牌、开关等容量都会降低，减少设备投资的同时，减少了变压器及输电线路的损耗。
(4)具有高可靠性、高互换性的特点，即与同容量的异步电机有相同的机座号和出线方式，使得永磁同步变频替换异步电机是非常简单方便。
单级高速离心风机的流量与风机转速成正比，风压与风机转速的平方成正比，风机轴功率与风机转速的立方成正比，通过改变转速可以实现选择最佳工作点。改变单级高速离心风机转速可以实现选择最佳工作点的目标，合理控制使用风量即流量大小，根据单级高速离心风机转速与功率成正比的关系，单级高速离心风机的转速减小，单级高速离心风机需要消耗的电功率也下降，从而实现单级高速离心风机的节能降耗。改变单级高速离心风机的转速，不仅可以改变风机性能，而且节能效果明显，同时，单级高速离心风机的转速改变时，效率保持不变。
本发明的永磁耦合调速器2可采用盘式永磁耦合调速器和筒形永磁耦合调速器。
采用盘式永磁耦合调速器时，铜导体转子和永磁体转子均为圆盘式转子，此时，调节机构用于调节铜导体转子与永磁体转子之间的气隙厚度，通过气隙厚度的变化来调节铜导体转子和永磁体转子之间的传递转矩，从而完成单级高速离心风机3转速的调节。
采用筒形永磁耦合调速器时，铜导体转子和永磁体转子均为筒形转子，此时，调节机构用于调节铜导体转子与永磁体转子之间的啮合面积，通过啮合面积的变化来调节铜导体转子和永磁体转子之间的传递转矩，从而完成单级高速离心风机3转速的调节。
采用本发明的脱硫用单级高速离心风机调速装置后，脱硫系统及氧化风机节能降耗情况表如下：
从结果可以看出，采用这种调速系统，风机能够实现0～25％的节能，甚至更多，转速调节前后的工况效率变化很小，可使转速调节后通风机仍在高效区运行。风机的启动能够逐步运行，避免现场的突然启动和停止，能够更好地保护设备，增加设备及其零部件的使用寿命，减少现场检修维护量和维护费用。现场能够根据机组的实际运行情况调整的风机的运行状况，减少设备的浪费，降低现场的运行费用。调节范围大、变转速后压力没有附加损失，而且风机效率变化不大，节能、经济性能佳。降低转速后可降低风机的噪声，减轻风机叶轮的磨损，延长叶轮的使用寿命。同时，磁耦合调速器为机械零件，备品备件几乎没有，减少后续的运行与维护成本。
实施例2，一种脱硫用单级高速离心风机调速系统的调速方法，包括以下步骤：
步骤1，上位机根据脱硫系统所需氧化风的流量，计算出单级高速离心风机3的理论转速；
步骤2，单级高速离心风机3上的转速传感器获取单级高速离心风机3的当前转速，上位机结合步骤1中的理论转速，得到单级高速离心风机3所需要的调整转速；
步骤3，调速驱动器根据接收到的调整转速的调整信号，将该调整信号转换成电流信号后驱动调节机构动作，调节机构调节固定在永磁同步变频电机1输出轴上的铜导体转子和固定在单级高速离心风机3输入轴上的永磁体转子之间的气隙厚度或啮合面积，改变铜导体转子和永磁体转子之间的传递转矩，从而改变单级高速离心风机的输出转速。
本发明的永磁耦合调速器2可采用盘式永磁耦合调速器和筒形永磁耦合调速器。
当采用盘式永磁耦合调速器时，铜导体转子和永磁体转子均为圆盘式转子，此时，调节机构用于调节铜导体转子与永磁体转子之间的气隙厚度，通过气隙厚度的变化来调节铜导体转子和永磁体转子之间的传递转矩，从而完成单级高速离心风机3转速的调节。步骤3中具体的调节方式为：
当调整转速是降低转速时，调速驱动器驱动调节机构增大铜导体转子和永磁体转子之间的气隙厚度，铜导体转子远离永磁体转子，穿过铜导体转子的磁力线数量减小，感应磁场变小，此时，铜导体转子和永磁体转子之间的传递转矩变小，单级高速离心风机的输出转速变小；
当调整转速是升高转速时，调速驱动器驱动调节机构减小铜导体转子和永磁体转子之间的气隙厚度，铜导体转子距离永磁体转子较近，穿过铜导体转子的磁力线数量增加，感应磁场变大，此时，铜导体转子和永磁体转子之间的传递转矩变大，单级高速离心风机的输出转速变大。
当采用筒形永磁耦合调速器时，铜导体转子和永磁体转子均为筒形转子，此时，调节机构用于调节铜导体转子与永磁体转子之间的啮合面积，通过啮合面积的变化来调节铜导体转子和永磁体转子之间的传递转矩，从而完成单级高速离心风机3转速的调节。步骤3中具体的调节方式为：
当调整转速是降低转速时，调速驱动器驱动调节机构减小铜导体转子和永磁体转子之间的啮合面积，作用在铜导体转子的磁力线数量减小，感应磁场变小，此时，铜导体转子和永磁体转子之间的传递转矩变小，单级高速离心风机的输出转速变小；
当调整转速是升高转速时，调速驱动器驱动调节机构增大铜导体转子和永磁体转子之间的啮合面积，作用在铜导体转子的磁力线数量增加，感应磁场变大，此时，铜导体转子和永磁体转子之间的传递转矩变大，单级高速离心风机的输出转速变大。
本发明脱硫用的单级高速离心风机搭配永磁同步变频电机，增加的配套设施少，无需对原有脱硫系统进行大量改造，投资成本小，并采用永磁耦合调速器调速，能够实现风机较大的节能效果，避免了脱硫系统运行中的能源浪费。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。