大功率羅茨風機及高壓變頻器在百萬噸級焦化項目中的研究應用

張志強 馮世云

摘 要 大功率羅茨風機配合高壓變頻器應用在百萬噸級大型焦化生產中，解決煤氣輸送能耗高、設備檢修維護工作量大的問題，并有效穩定工藝參數調節效果。

關鍵詞 羅茨風機；高壓變頻器；焦化生產應用

煤氣鼓風機在整個焦化煤氣系統中是關鍵的設備，因其在焦化生產中的重要性，人們習慣稱它為焦化廠的心臟，所以，鼓風機運行效果的穩定與否，運行成本的高低，直接關系到焦化企業的安全生產和節能降耗。對于新建的焦化企業，鼓風機的選擇更是焦化行業非常慎重的一件事情。

我國100萬噸級焦化生產企業中煤氣鼓風機全部采用離心風機，而且大多采用液力耦合調速，調壓，或者是選用離心風機加高壓變頻器調節，尚無容積式風機加高壓變頻器調節的先例。在小型焦化廠里才有選用羅茨風機加變頻調速的生產方式。

我公司在100萬噸搗固焦爐建設過程中，慎重考慮煤氣鼓風機及調速裝置的選型，結合國內外同類焦化企業的情況，首次在百萬噸級焦爐上使用了羅茨鼓風機配高壓變頻器調速。

1 選型對比

煤氣風機除為煤氣的后續處理提供動力以外，還肩負著調節煤氣系統吸力，穩定焦爐上升管壓力的任務。此外，焦爐煤氣凈化工藝特點決定焦爐煤氣含水和煤焦油，煤氣鼓風機必須具備放液的功能。因此煤氣鼓風系統在選型時應考慮：①穩定，可靠，長周期運行，下液處理方便；②配電機小，噪聲小，能耗低，節能效果顯著；③轉速調節方便，靈敏性高，便于計算機控制；④投資省。

在調速系統選型時應考慮：①調速裝置節能效果好，功率因數高。②調速裝置安裝方便，占地面積小。③設備的使用具備安全性及容災性，即設備出現故障后不能影響生產的正常運行。④調速裝置精度高，調節輸出穩定。⑤調速裝置維護費用低，維護方便。

焦化廠用于煤氣加壓輸送的鼓風機有離心風機和羅茨風機兩種。作為常用化工輸送設備其結構特點大家比較熟悉。行對離心風機而言羅茨鼓風機屬于容積式風機，具有結構簡單、制造容易、體積小，且在轉速一定時，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。羅茨風機在小型焦化廠有應用先例。

鼓風機驅動調節裝置對焦化生產工藝指標調節有較大影響。百萬噸及以上的大型焦化廠目前都是離心風機加液力耦合或者離心風機加高壓變頻器，并結合風機的大小回流來調節集氣管壓力及機前吸力。液力耦合器工作原理：液力耦合器是一種以液體（多數為油）為工作介質、利用液體動能傳遞能量的一種葉片式傳動機械。在焦化廠煤氣風機上一般應用的為調速型液力耦合器。液力耦合器調速原理表明，傳動速度的改變，實質是機械功率調節的結果。因此液力耦合器輸出轉速的降低，實際是輸出功率減小。在調速過程中，液力耦合器的原傳動轉速沒有發生變化，以上說明液力偶合器是一種耗能型的機械調速裝置，調速越深（轉速越低）損耗越大。高壓變頻器運行原理：變頻器是一種使電動機變速運行進而達到節能效果的設備，習慣上把額定電壓在3kV到10kV之間的電動機稱為高壓電機，因此一般把針對3kV至10kV高電壓環境下運行的電動機而開發的變頻器稱為高壓變頻器。隨著現代電力電子技術和微電子技術的迅猛發展，高壓大功率變頻調速裝置不斷地成熟起來，原來一直難于解決的高壓問題，近年來通過器件串聯或單元串聯得到了很好的解決。與低壓變頻器相比，高壓變頻器適用于大功率風電、水泵的變頻調速，可以收到顯著的節能效果[1]。

2 選型依據

通過對兩種風機的性能、特性的了解與對比及與其配合驅動裝置的性能對比，選擇羅茨風機加高壓變頻器使用的理由是：

（1）從投資上看，我公司根據生產需要選擇了三臺羅茨風機并配兩臺變頻器，共投資276.8萬元，如果利用離心風機投資為615萬元；在土建投資上羅茨風機比利用離心風機費用節省100萬，設備采購和土建兩項投資可節約資金近400萬元。

（2）從運行成本上看，選用羅茨風機功率為400kW，運行功率在800kW以內，如果同規模的焦化廠選用離心風機功率為1250kW，比羅茨風機大450kW每小時，僅此一項每年可節約電費236萬元。

（3）從使用壽命及維護方面看，羅茨風機運行穩定，維護量小，檢修方便，操作簡單，葉輪和軸為整體結構且葉輪無磨損，風機性能持久不變，可以長期連續運轉。風機容積利用率大，容積效率高，且結構緊湊，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，從而延長了風機的壽命！ 風機油封選用進口氟橡膠材料，耐高溫，耐磨，使用壽命長。

3 應用技術水平及經濟社會效益

3.1 經濟效益

在投資上，公司根據生產需要選擇了三臺羅茨風機（型號ML104WD，風量560NM3/min，升壓29.4KPa；附電機YB630-10級 400kW）配變頻器（HIVETR-Y10/040）兩臺，正常生產時一開一備，共投資276.8萬元，如果利用離心風機投資為615 萬元，土建上利用羅茨風機風機房由二層變成一層，要比利用離心風機土建費用節省100萬，從投資上可節約近400萬元資金。

運行成本上比較，選用羅茨風機功率為400kW，兩開一備，運行功率在800kW以內，如果同規模的焦化廠選用離心風機功率為1250kW，比羅茨風機大450kW每小時，僅此一項每年可節約電費236萬元。考慮使用羅茨風機配套的變頻調速裝置后，節能效果更為可觀。

羅茨風機運行穩定，維護量小，檢修方便，操作簡單，葉輪和軸為整體結構且葉輪無磨損，風機性能持久不變，可以長期連續運轉。風機容積利用率大，容積效率高，且結構緊湊，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，從而延長了風機的壽命。風機油封選用進口氟橡膠材料，耐高溫，耐磨，使用壽命長。

3.2 社會效益

大功率羅茨風機配用高壓變頻器調節后，首先焦爐爐膛壓力、焦爐集氣管壓力趨于穩定，減少了焦爐跑煙冒火的現象，減少了顆粒物排放和煙塵排放，減輕了環境污染，使企業排放標準達到行業標準。在節能、環保方面有良好的社會效果。延長了焦爐的使用壽命，降低了職工的勞動強度，其次，使機后壓力穩定，提高了化學副產品產率。

參考文獻

[1] 方建華，姜在斌.羅茨鼓風機噪聲采集分析及其隔聲罩設計[J].風機技術，2008，（1）：36-40.