變頻器在羅茨風機上的應用：應用案例｜特變頻器水泥行業的應用

　　原標題：應用案例｜特變頻器水泥行業的應用

　　提示：

　　房地產和重大工程建設項目的持續升溫，建材行業也得到空前的發展。建材行業作為典型的高能耗產業，與我國能源短缺，價格高漲形成尖銳的矛盾。降低水泥，玻璃，電解鋁等產業的耗電量，除了提高管理水平外，必須從技術和產業的進步中來尋找突破口。變頻器作為節能降耗的一個主要產業，技術成熟，產品穩定，價格日益降低，客戶使用維護水平提升，都為變頻器在建材行業的大量使用提供了條件。目前除了大批量改造項目以外，新建的建材項目在配置時都已經將電機的變頻調速作為節能降耗的首要考慮。麥格米特變頻器在上述產業中都有大量成功應用，為我國的節能降耗作出了應用的貢獻。

　　一、變頻器調速的節能原理

　　全世界用電量約有60%是通過電動機消耗掉的。

　　生產機械中電動機的負載千差萬別，依照通用分類法則，可將負載分為平方負載，恒轉矩負載，恒功率負載等。這三種負載與能耗關系如下圖（P代表功率，M代表轉矩，n代表轉速）：

　　從節能角度考慮，我們主要分析平方類負載，而這類負載在建材行業約要消耗70%以上的能量。那么這類負載為什么會存在節能控制？

　　1、設計裕量的考慮。建材項目設計時要考慮項目運行時間長，前后期工藝差異大，必須留有足夠的裕量。如鼓風機和引風機設計規定風量要達到5－10%的裕量，因此在選型設計時是以最錦工量和風壓裕量來作為依據的，而風機系列是有限的，在選不到合適的型號時只能往上靠，這有電機選型功率比實際需要的功率大20－30%就比較常見。

　　2、在實際生產操作時，對于靠閥門擋板等進行節流調節的風機負載，它們增加了系統管路的阻尼系數，造成電能的浪費。而選擇變頻器，則可以根據生產實際需要進行精確的流量調節。

　　二、變頻調速的理論節能分析

　　各種風機、泵類負載，因P ∝n3，理論上功耗與轉速是三次方關系，故應用變頻器后，節電效果顯著，下表是為風機，泵類負載應用變頻器后，在不同流量Q*，轉速n*，軸功率P*（額定值的相對值百分數）以某頻率值時的節電率。

　　可以看到，當流量降低時，降低電機轉速，可以達到很高的節電率 。

　　三、水泥廠變頻器應用

　　1、變頻器在立窯羅茨風機上的應用

　　我國的大多數2KT/D以下水泥廠在立窯上配備有160~220KW羅茨風機（產量較大的生產線立窯上配套使用的風機功率更大），傳統的風量控制方法是依靠放風閥進行調節。由于羅茨風機的風量較為恒定，而煅燒時根據窯內情況需要隨時調節風量，當窯內需要減少風量時，是通過放風閥放走多余的風量，造成嚴重的能源浪費。

　　水泥立窯煅燒熟料所耗的電能中，羅茨鼓風機的電能消耗占60%左右，隨著電價的調整（整體上是上升趨勢），電費在水泥生產中所占生產成本的比重將越來越高。因此降低鼓風機的能源消耗成為提高企業經濟效益的重要環節。

　　水泥生產工藝要求風量隨窯內條件進行調節，調節風機的鼓風量，對羅茨風機可由變頻器改變風機的供電電源頻率來進行無級調速來調節風量，給變頻器的應用與節能留下較大的空間。實踐中也證明確實如此：某2KT/D水泥廠132KW羅茨風機上安裝麥格米特MV300變頻器后，節電率高達60%，噸熟料電耗由安裝變頻器前的15度下降為安裝后6度；某1KT/D水泥廠在水泥熟料旋窯生產線流態化系統55KW羅茨風機上安裝變頻器后，節電率高達70%，日耗電量由原來的600度下降到安裝以后的180度，日節電420度。

　　紅星水泥廠在風機應用變頻器前后的電耗的對比表：

　　2、離心風機，水泵類設備上的應用

　　除羅茨風機外，水泥廠還存在大量的用離心式風機進行供風的地方，該種水泥窯的風量調節是通過風門開度對風量進行調節。對離心式風機，水泵的變頻改造同樣有巨大的節能潛力。離心式風機泵類設備流量與轉速成正比。因此在調節風量或流量時，如降低20%流量或風量，功耗將下降近50%，但是轉速與壓力成平方關系，當轉速下降20%時壓力將下降36%，這是與羅茨風機不一樣的地方，改造時需要考慮。

　　供水泵使用變頻器后，是通過安裝在管網出口處的壓力傳感器與變頻器內部設置的壓力構成閉環自動控制回路，使整個系統自動控制流量保持壓力恒定，使供水泵在最佳節能狀態下運行，這與傳統帶有儲水池的供水設備相比較，節省建筑面積，節電效果理想，同時還有節水降噪，提高可靠性，無二次污染等優點。

　　3、 空壓機上的節能應用

　　空氣壓縮機恒壓供氣使用變頻器與壓力構成閉環控制系統，使壓力波動降到1%以下，此外還具有降低噪音，減少震動，保證設備的長期穩定運行，從而減少設備維護，延長設備使用壽命。變頻調速改造以前壓力波動比較大，并且要求空壓機不能帶壓啟動。現在變頻器可以在任何壓力下隨意啟動，啟動電流大大降低。通過變頻器的實際應用，多數壓縮機的節電率在25%以上。但是壓縮機的電機功率都較大，從幾十個千瓦到幾百個千瓦，變頻器的應用使控制的品質大幅提高，同時經濟效益也十分明顯。

　　4、 卸料機/選粉機上的應用

　　立窯卸料機上一般采用18.5—30KW滑差調速電機，轉速通常控制在300-1000RPM（工藝上要求）。滑差電機的特性就是轉速越低，效率越低，且特性很軟。采用變頻器調速取代原來的滑差調速，經過幾家的應用結果證明平均節能在４０％左右。滑差電機原理如下：

　　由此可見滑差電機的轉速越低，能源效率越低，而卸料機的轉速一般在400RPM左右運行，因此應用變頻器調速的方法取得４０％以上的節能效果是必然的。

　　選粉機設備原來使用75KW滑差電機拖動，設備簡單，價格低廉。但是電機本體噪音高，震動大，能耗高，無功損耗大軸承的故障也高，滑差控制儀安裝在粉塵飛揚的電機旁邊，多次出現無法調速，突然失速等故障，現場維護量大，影響整個系統的安全運行。系統設計控制電機運行在594RPM，現場測試的電氣參數輸入電壓385V，輸入電流72A，功率因數0.82，輸入功率為40KW，經進行變頻調速改造后（配MV300G-4T75變頻器），現場測量參數為輸入電壓387V，輸入電流18A。功率因數為0.92，輸入功率為11KW（變頻器標配直流電抗器）。因此滑差電機調速更改為變頻調速后，設備節能效果明顯，大大降低維護量。

　　5、在預加水成球系統中的應用

　　目前，預加水成球工藝技術在立窯中已經非常普遍。該工藝在提高成球質量，改善煅燒操作條件，提高立窯熟料產量和質量取得比較明顯的效果。利用變頻器自身良好的系統集成性，通過現場總線PROFIBUS-DP與上位機進行總線通信，利用集中控制實現雙回路調節，能夠實現水料比例自動跟蹤調節。使預加水系統真正起到加濕成球作用，提高成球質量，為立窯生產出優質高產的熟料創造了條件。

　　四、水泥行業變頻器潛在市場分析

　　變頻器在水泥廠的應用不僅僅在以上幾個方面，在回轉窯、球磨機、卸料機、圓盤給料機、雙管絞刀、群板喂料機調速皮帶稱、喂料絞刀、蓖冷機等需要進行交流調速部分。隨著國家在環保方面制度不斷出臺，對環保的要求也會越來越高。旋風除塵，布袋式除塵器等產品應用節能改造項目將更加明顯。

　　五、總結分析

　　從以上理論結合實際的應用情況可以看出，水泥廠使用變頻器有以下突出的優點：

　　1、滿足工藝要求，MV300G矢量控制變頻器調速范圍達到100１，而水泥工藝過程中調速范圍在10:1范圍內即可滿足工藝要求。

　　2、變頻器的使用便于進行集中控制，提高工廠的自動化水平。麥格米特MV300G不僅標配RS485通訊接口，支持MODBUS協議，而且支持PROFIBUS-DP，CANOPEN等現場總線，通過內置的專用通信卡，和DCS系統或PLC系統進行無縫集成，使設備的集中監控成為可能，大大降低人員維護費用提高設備可靠性。

　　3、變頻器產品平滑的調速特性，精確的速度控制大大提高產品質量。麥格米特變頻器自身在適應惡劣的電網環境，現場環境等方面都進行了針對的處理，如專門的防電網沖擊電路，瞬停不停功能，以及電路/散熱的分離設計，三防漆處理都手段，既提高了變頻器可靠性，也保證了設備的穩定運行，同時變頻器具備的軟啟動特性，也減輕了電流沖擊和機械沖擊的磨損。

　　4、變頻器可以實現節能，降低成本消耗，獲得可觀的經濟效益。

　　群名

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變頻器在羅茨風機上的應用：羅茨風機上使用變頻器的應用優勢

　　對多數企業而言，電費是未被企業控制的最后一項本錢，人們普遍以為電費開支是難以被控制的，交電費 天經地義，由于用電設備消耗多少電，是同其機電特性所決定的，主觀的控制無能為力。很顯然，此觀念 是錯誤的。現在運用變頻器對機械設備節能控制技能減少電能資源的浪費，節約電費開支。

　　煉鋼廠、水泥制造、化纖等行業中都用到羅茨風機。在沒有調速控制之前，一般采用降壓起動，并且正常 運行后，電動機全速運行，而風量的大小則通過風門來調節。一般情況下，風門的開度為50%～80%，電機 只能是滿負荷運行，電動機的工作效率很低，造成很大浪費。 采用變頻器對羅茨風機進行控制，屬于減 少空氣動力的節電方法，它和一般常用的調節風門控制風量的方法比較，具有明顯的節電效果。

　　使用變頻器對羅茨風機實行節能改造后的優勢：1、進步功率因素，減少無功功率損耗 2、具有自動節能 控制功能，能根據負載情況自動調整電壓，使電機運行在最高效率狀態下 3、變頻器采用低頻輸出額定轉矩，能對羅茨風機實行強有力的控制 4、節約能源，運行本錢降低 5 、延長羅茨風機的使用壽命 6、軟啟動、啟動時無大電流沖擊

變頻器在羅茨風機上的應用：羅茨風機能用變頻器調速嗎？錦工風機

　　問題：風機能用變頻器調速嗎

　　回答：風機在使用過程中，很多工況需要對風機的風量進行控制，不同的時間段可能采用風量也不同，所以，就出現了變頻型風機。

　　羅茨風機可以采用變頻電機來調節風機的轉速，調節轉速的目的便是調節風機風量了，羅茨風機可以通過變頻控制柜，對變頻電機進行調節，達到風機轉速的調節。

　　采購風機時，如果我們對此有要求，需要調節風機的轉速，可以提前和廠家說明，搭配上變頻電機和變頻控制柜。

　　錦工風機專業生產羅茨鼓風機，如果您有此方面的采購問題，可以聯系我們的全國免費客服熱線

　　：三葉羅茨鼓風機產品列表

變頻器在羅茨風機上的應用：高壓變頻器在脫硫羅茨風機上的應用

　　摘 要：本文介紹了風光牌高壓變頻器在化工行業羅茨風機上的應用情況，對節能效果進行了分析。

　　關鍵詞：高壓變頻器 羅茨風機 應用

　　Abstract: The article introduces the application instances of Fengguang high inverter in Roots Blower ,and analyses the power-saving effect.

　　Key Words: High voltage inverter Roots blower Application

　　1 企業介紹

　　山東魯西化工股份有限公司位于山東省聊城市，是一家具有百億年產值的上市企業，員工近萬人。公司具有年產合成氨100萬噸、尿素150萬噸、復合肥150萬噸、磷酸二銨15萬噸、硫酸100萬噸的生產能力，擁有10萬千瓦發電機組配套裝置，是集化肥、化工于一體的綜合性化學工業企業，是目前全國最大的化肥生產企業之一。其下屬企業魯西化工第二化肥廠，位于聊城市東阿縣，于1970年開始籌建，1972年建成投產，當時年產合成氨生產能力3000噸,發展到現在，企業總資產億元，占地面積34萬平方米，職工1570余人，成為上市公司。

　　2008年，該公司進一步加大技改投資力度，投資2.5億元對現有生產裝置進行優化。對全系統進行節能平衡改造，甩掉污染嚴重、能耗偏高的工藝。從節能降耗、環保角度出發，投資部分技改項目，優化生產裝置，降低成本。

　　2 廠家工藝流程及現狀

　　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,大量過剩風量調節只能采用旁路，造成風機能量的大量損耗，而且由于磨損而腐蝕問題突出，旁通閥門需要經常維修。工藝流程設備圖如下所示：

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　　圖1 工藝流程設備圖

　　該生產線自投運以來，發現該二系統脫硫風機的問題較大：首先是風機出口的管道振動大、噪聲大，雖說經過幾次的技改已有所改善;另外，就目前風機送風量能力遠超生產能力，為保生產只能把多余的通過回流管道接到風機進口去。

　　采用甲烷化法脫硫除原料氣中CO、CO2 時, 合成氨工藝流程圖如下：

　　造氣 ->半水煤氣脫硫 ->壓縮機1段 ->變換 -> 變換氣脫硫 -> 壓縮機2段 ->脫碳 -> 精脫硫 ->甲烷化 ->壓縮機3，4,5段 ->氨合成 ->產品NH3

　　原系統設備參數如下表1所示：

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　　表1

　　3 改造方案

　　改造前：原系統6KV高壓開關柜直接到電機，電機與風機相連。

　　改造后：在原系統6KV高壓開關柜后面加入變頻器，變頻器輸出接電機，電機再與風機相連。

　　改造方案原理接線圖如下圖2所示。

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　　圖2 改造方案原理接線圖

　　變頻器配備了自動旁路柜，通過KM3、KM4的控制，可自動（或手動）在變頻狀態和工頻狀態之間切換。變頻狀態下, KM3閉合，KM4斷開，變頻器控制電機;工頻狀態下，KM3斷開，KM4閉合，在切換至工頻帶動電機。變頻器可以在重故障時自動切換工頻運行，這樣既保證了變頻器正常運行，又避免了直接啟動電機大電流對電網的沖擊。現場設備如圖3所示：

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　　圖3 現場設備圖

　　4 現場運行情況

　　2008年8月16日，山東聊城魯西化工第二化肥廠和我公司簽訂高壓變頻器購貨合同，型號為JD-BP37-450F。2008年9月30日，開始安裝就位;2008年10月2日，一次調試成功投入運行。整個變頻器安裝調試周期都很短，為系統的正常生產提供了有利的保證。

　　5 節能效果

　　山東新風光電子科技發展有限責任公司生產的JD-BP37-450F變頻器應用于4#脫硫羅茨風機進行了改造。由于我廠的每臺高壓變頻器在出廠前均經過實際風機負載的整機出廠檢驗和調試，在現場的調試又可以在沒有高壓輸入的情況下調試，因此在經過約一周的施工、安裝和調試后，上電試驗和試運行進行順利，一次投運成功，高壓變頻器一直持續穩定運行。

　　根據生產情況，風機運行30HZ左右就能滿足了生產工藝要求;運行轉速在額定轉速的60%左右。由于電機為水冷卻，在低轉速下發熱量并沒有提高，完全滿足了工況運行。

　　變頻改造后節能效果顯著，與原有的工頻驅動方式相比，風機效率穩定在理想的范圍內，電動機能耗大大降低，節約電量可達37%。特別是機組低負荷運行時，效果更顯著。以下為節能效果估算：

　　節能估算條件：是在同一時間段內進行比較，相同生產條件需求下，同一段母線上的兩臺羅茨風機，5#羅茨風機工頻運行，4#羅茨風機變頻運行，兩臺電動機進行比較節能估算。首先10月份是正常生產時期，10月2日開始投入變頻至今，從此月2日至9日5#電動機耗電能有功功率平均在362KW，而2日投入變頻運行后，2日至9日時4#電動機耗電能有功功率平均在230KW。以上數據不難看出投入變頻后確實起到節能。另外，無功功率也從原來的平均276KVar降到平均為83KVar左右，大大改善了系統的無功補償。

　　根據以上數據計算，由于生產使用自備發電，以元/kWH的成本價電費，按以下計算公式計算，年節電效益:年節電效益=（工頻時平均功率-變頻時平均功率）×天運行小時數×年運行天數×電費單價，結果如下：

　　（362kW-230kW）×24小時/天×300天/年×元/kWH=（萬元/年）。

　　按照保守的計算方法，每年可節電費近37萬元，具有明顯的經濟效益。

　　本次羅茨風機配套用風光牌高壓變頻調速系統改造成功后，由于實現了頻率的遠方調節和狀態監控，產品運行可靠、穩定，大錦工改善了系統工藝，該公司決定再次采購三套風光牌高壓變頻調速系統用于另外三臺710kW/6KV羅茨風機配套電動機的變頻技術改造。

　　6 其他效益

　　6.1 該羅茨風機由于采用變頻控制，可對風量進行精確控制，而且與閥門控制相比更直觀、方便調節風機風量來滿足生產需要;

　　6.2 由于采用了變頻技術，電機實現軟啟動，不存在啟動電流沖擊;原來沒有使用變頻器時電機直接啟動，啟動電流高達200-300A，對電機或電網都具有不利的影響。現在使用變頻器軟啟動，啟動電流不高于額定電流46A,減少了風機出口壓力瞬間提高對風機的沖擊，從而延長了風機和其他設備的使用壽命;

　　6.3 由于風機轉速降為原來的60%，大大減少了風機管道振動頻率和噪聲，延錦工機、電機軸承的機械壽命，減少了設備的維護量。

　　6.4 由于旁通閥門幾乎不操作，減少了風道的振動與磨損腐蝕，提高了機械壽命。

　　7 變頻改造總結

　　根據針對該項目的變頻改造經驗以及同類其他項目的實踐結果，總結出風光高壓變頻器改造具有以下優點：

　　（1）安裝簡單。變頻器安裝在高壓開關柜和電機之間，對原有接線改動不大。

　　（2）操作簡單。直觀的中文人機界面，設備具有開機、停機和頻率調整等操作。

　　（3）調速平滑。能夠進行無級調速，調速范圍寬，并且調速精度高。

　　（5）節電明顯。根據工況要求，變頻器一般運行在27Hz左右，實際輸入電流不到額定電流的一半，節電率高達37%以上。

　　（6）噪音降低。由于電機運行于較低轉速上，運行噪音大大降低，電機的發熱量也有明顯下降。

　　（7）保護完善。變頻調速系統具有完善的保護功能，降低了電機運行中的故障率，并且啟動平穩，啟動電流小，對電網的沖擊量小，大大提高了可靠性。輸出諧波小。變頻器輸出符合IEEE STD 519 1992及中國供電部門對電壓失真最嚴格的要求，高于國標GB/T14549-93對諧波失真的要求，不需要采用輸出電抗器。

　　（8）具有星點漂移功能。三相輸出采用單元串聯結構，在運行中，如果有任意三個單元以內出現故障，變頻器本身會自動旁路，同時變頻器主控系統具有星點漂移功能，使三相輸出線電壓保持平衡，不會對電動機造成不利影響。

　　8 結束語

　　從現場運行情況來看，山東新風光電子科技發展有限公司生產的JD-BP37-450F高壓變頻器性能優越，運行可靠，有效地降低了生產成本，在生產材料成本日益增長的今天，通過有效的節能改造，具有明顯的經濟效益。

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