一种脱硫用罗茨风机的变频运行装置的制作方法

本实用新型涉及脱硫技术领域，具体而言，涉及一种脱硫用罗茨风机的变频运行装置。

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。

电厂机组不能满负荷运行，同时煤质的含硫量达不到原设计值，从而造成脱硫系统中氧化风机在现场实际运行过程中，存在一定的调整空间。

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。罗茨鼓风机属于容积式气体压缩机，输送的风量与转数成比例。其工作原理是：由两个叶轮(或三叶)在箱体内互为反方向匀速旋转，使箱体和叶轮所包围着的一定量的气体由吸入的一侧输送到排出的一侧。罗茨鼓风机的主要特点是：1)叶轮和轴为整体结构，且叶轮无磨损，风机性能持久不变，可以长期连续运转；2)具有硬排气特性，压力变化时，流量变化很小，在设计压力范围内，管网阻力变化时其流量变化很小，适用于在流量要求稳定而阻力变化幅度较大的工作场合；3)由于罗茨鼓风机在工作过程中存在冲击脉动，导致罗茨鼓风机噪声较高，会给周围环境带来极大的影响。

目前脱硫用罗茨风机为固定状态运行，脱硫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。从氧化风机所配电机来看，原来氧化风机电机均为异步电动机，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。为了保证脱硫系统安全、经济运行，脱硫用罗茨风机随着机组的运行负荷、烟气参数的变化需要进行调整。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种脱硫用罗茨风机的变频运行装置，能根据机组的实际运行情况调整罗茨风机的运行情况，减少设备的浪费，降低现场的运行费用。

本实用新型提供了一种脱硫用罗茨风机的变频运行装置，包括：永磁同步电机、连接在所述永磁同步电机上的罗茨风机、以及用于驱动控制所述永磁同步电机的变频器，所述变频器输入端与工频电源相连，所述变频器输出端与所述永磁同步电机输出轴相连；

所述变频器位于变频柜内，包括整流器、滤波器、逆变器和控制器，所述整流器输入端与工频电源相连，所述整流器输出端与所述滤波器输入端相连，所述滤波器输出端与所述逆变器输入端相连，所述逆变器输出端与所述永磁同步电机输出轴相连，所述整流器、所述滤波器和所述逆变器均与所述控制器相连；

所述罗茨风机上设置有转速传感器，所述转速传感器与所述控制器相连；

其中，所述罗茨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，所述永磁同步电机与所述罗茨风机配套使用。

作为本实用新型进一步的改进，所述罗茨风机与所述永磁同步电机通过联轴器相连。

作为本实用新型进一步的改进，所述罗茨风机与所述永磁同步电机直接相连。

作为本实用新型进一步的改进，所述控制器包括：

检测电路：检测所述滤波器滤波平滑后的电压、电流信号；

运算电路：将所述转速传感器的速度信号同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，确定所述逆变器的输出电压、频率；

驱动电路：根据确定的输出电压、频率驱动所述逆变器的开关器件的导通、关断；

保护电路：根据所述逆变器的输出电压，当发生过载或过电压时，保护所述逆变器和所述永磁同步电机。

本实用新型的有益效果为：

1、能够实现0～20％的节能，甚至更多；

2、罗茨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、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。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述的一种脱硫用罗茨风机的变频运行装置的示意图。

图中，

1、永磁同步电机；2、变频器；3、罗茨风机。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

如图1所示，本实用新型实施例的一种脱硫用罗茨风机的变频运行装置，包括：永磁同步电机1、连接在永磁同步电机1上的罗茨风机3、以及用于驱动控制永磁同步电机1的变频器2，变频器2输入端与工频电源相连，变频器2输出端与永磁同步电机1输出轴相连；

变频器2位于变频柜内，包括整流器、滤波器、逆变器和控制器，整流器输入端与工频电源相连，整流器输出端与滤波器输入端相连，滤波器输出端与逆变器输入端相连，逆变器输出端与永磁同步电机1输出轴相连，整流器、滤波器和逆变器均与控制器相连；

罗茨风机3上设置有转速传感器，转速传感器与控制器相连；

其中，罗茨风机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，永磁同步电机1与罗茨风机3配套使用。

整流器将工频交流电转换为直流电，滤波器将转换后的直流电进行滤波平滑，逆变器将滤波平滑后的直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波，控制器将信号传送给整流器、滤波器和逆变器，同时接收来自这些部分的信号，并控制输出方波的频率、幅度与脉宽，使其叠加为近似正弦波的交流电，驱动永磁同步电机1。

罗茨风机3与永磁同步电机1通过联轴器相连或直接相连。

其中，控制器包括：

检测电路：检测滤波器滤波平滑后的电压、电流信号；

运算电路：将转速传感器的速度信号同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，确定逆变器的输出电压、频率；

驱动电路：根据确定的输出电压、频率驱动逆变器的开关器件的导通、关断；

保护电路：根据逆变器的输出电压，当发生过载或过电压时，保护逆变器和永磁同步电机1。

本实用新型将配套使用的异步电机替换为永磁同步电机，永磁同步电动机的结构简单，体积小，工作可靠，故障率低，是天然的防爆电机，与三相异步感应电动机的定子部分基本一致，其主要区别是在转子部分，其转子采用实心结构，嵌置铜棒启动笼型，预置磁体材料，由永磁体提供电机能量转换所需损耗大量的磁场，代替传统的转子绕组感应磁能来提供励磁，取消了电励磁集电环电刷以及励磁电源。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。

罗茨风机属于定容式回转鼓风机，相当于恒流源，转子在一定的转速下，当压升在允许的涉及范围内变化适用时，其流量几乎稳定不变，根据罗茨风机的流量的特性计算式：

式中，D为转子直径(m)，l为转子长度(m)，n为转子转速(r/min)，λv为容积系数，λv＝0.55～0.9。

从上式可以看出，改变与罗茨风机连接的转子的速度即可改变流量。

罗茨风机转速改变以后，其轴功率就相应改变，用下式计算：

式中，ΔP为罗茨风机进出口压差，ηv、ηm为容积效率、机械传动效率。

从上式可以看出，罗茨风机的性能特点是转速和流量之间保持正比的关系，转速与功率也成正比关系，通过改变转速可以实现选择最佳工作点。改变罗茨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，根据罗茨风机转速与功率成正比的关系，罗茨风机的转速减小，罗茨风机需要消耗的电功率也下降，从而实现罗茨风机的节能降耗。

采用本实用新型的变频运行装置后，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，采用这种调速装置，罗茨风机能够实现0～25％的节能，甚至更多，罗茨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。

本实用新型的变频运行装置的优点：

(1)调速效率高，属于高效调速方式。这是由于在频率变化后，永磁同步电机仍在同步转速附近运行，基本保持额定转差，只是在变频装置系统中会产生变流损失，以及由于高次谐波的影响，永磁同步电机的损耗增加，从而效率有所下降。

(2)调速范围宽，一般可达20：1，在整个调速范围内具有高的调速效率，变频调速适用于调速范围宽，且经常处于低负荷状态下运行的场合。

(3)机械特性较硬，在无自动控制时，转速变化率在5％以下；当采用自动控制时，能做高精度运行，把转速波动率控制在0.5～1％左右。

(4)变频运行装置万一发生故障，可以退出运行，改由电网直接供电，罗茨风机仍可继续保持运转。

(5)能兼作启动设备，即通过变频器将永磁同步电机启动到某一转速，再断开变频器，永磁同步电机可直接接到工频电源使罗茨风机加速到全速。在变频器向工频电源切换时，一般有400～500％的冲击电流产生，电网电压瞬时下降，电动机受到机械冲击。为了防止这种现象的产生，可在永磁同步电机和工频电源之间并联一个启动电抗器，以便在启动时抑制冲击电流的产生。

本实用新型的变频运行装置的变频运行方法，包括以下步骤：

步骤1，启动永磁同步电机1、变频器2和罗茨风机3。

步骤2，上位机根据脱硫系统所需氧化风的流量，计算出罗茨风机3的理论转速。

步骤3，罗茨风机3上的转速传感器获取罗茨风机3的当前转速，上位机结合步骤1中的理论转速，得到罗茨风机3所需要的调整转速；

步骤4，变频器2的控制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控制信号后，控制变频器2的逆变器调节输出的电压、频率，驱动永磁同步电机1按照此电压和频率进行工作，进而改变罗茨风机3的输出转速。

进一步的，步骤1中，启动变频器2时，变频器2的整流器将工频交流电转换为直流电，变频器2的滤波器将转换后的直流电进行滤波平滑。步骤4中，根据控制器的控制信号，逆变器将滤波平滑后的直流电转化成电压、频率满足调整转速的交流电，驱动永磁同步电机1。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。