【摘要】本实用新型公开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、连接在永磁同步电机上的罗茨风机、以及用于驱动控制永磁同步电机的变频器，变频器输入端与工频电源相连，变频器输出端与永磁同步电机输出轴相连；其中，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，永磁同步电机与罗茨风机配套使用。本实用新型的有益效果：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。
本实用新型涉及一种脱硫用罗茨风机调速装置。
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。
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，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。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。现有技术在氧化风机利旧改造时，增加了变频器，能够实现节电30％左右，虽然节电效果明显，但需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。同时，现有氧化风机所配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。
技术实现要素：
针对上述问题中存在的不足之处，本实用新型提供一种脱硫用罗茨风机调速装置，无需增加变频室即可实现较好的节能效果。
为实现上述目的，本实用新型提供一种脱硫用罗茨风机调速装置，包括连接在永磁同步变频电机和罗茨风机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、固定在所述罗茨风机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；
所述罗茨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，所述永磁同步变频电机与所述罗茨风机配套使用。
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。
本实用新型的有益效果为：
1、罗茨风机能够实现0～25％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、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。
附图说明
图1为本实用新型一种脱硫用罗茨风机调速装置的示意图。
图中：
1、永磁同步变频电机；2、永磁耦合调速器；3、罗茨风机。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型实施例所述的一种脱硫用罗茨风机调速装置，其特征在于，包括连接在永磁同步变频电机1和罗茨风机3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、固定在罗茨风机3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；
罗茨风机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；
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，永磁同步变频电机1与罗茨风机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。
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。
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，从而完成罗茨风机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，从而完成罗茨风机3转速的调节。
采用上述脱硫用罗茨风机调速装置的调速方法，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，计算出罗茨风机3的理论转速；
步骤2，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罗茨风机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，从而改变罗茨风机的输出转速。
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，从而完成罗茨风机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，罗茨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，罗茨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，从而完成罗茨风机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，罗茨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，罗茨风机的输出转速变大。
采用本发明的脱硫用罗茨风机调速装置后，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，本实用新型脱硫用的罗茨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。
锦工烟气脱硫罗茨风机是我公司不断研发改良的先进鼓风机设备，其突出的优点是烟气脱硝罗茨风机气体脉动小、使用寿命较长、设备成本价较低、结构先进、结构简单、操作维修方便。由于脱硫脱硝罗茨风机规格型号多样、机种齐全，这样可以用于不同的工况环境，不同的风量压力要求，可以广泛地用高炉冶炼、化肥、气力输送、烟气脱硫脱硝除尘等的操作生产中。
烟气脱硫罗茨风机
产品名称：烟气脱硫罗茨风机、烟气脱硝罗茨风机、脱硫脱硝罗茨风机
品牌：锦工
行业：高炉冶炼、化肥、气力输送、烟气脱硫脱硝除尘
用途：气体脉动小、使用寿命较长、设备成本价较低、结构先进、结构简单、操作维修方便
用途：排气、干燥、气力输送、真空脱水、环境调节设备
烟气脱硝罗茨风机
烟气脱硫罗茨风机广泛用于高炉冶炼、化肥、气力输送、烟气脱硫脱硝除尘等领域，可用于排气、干燥、气力输送、真空脱水、环境调节设备，气体脉动小、使用寿命较长、设备成本价较低、结构先进、结构简单、操作维修方便。锦工烟气脱硝罗茨风机技术先进，加工精度高、性价比高，锦工重工切身站在用户角度出发，对先进的设备做优惠调整，使价格更加合理，符合用户消费心理。
脱硫脱硝罗茨风机
烟气脱硫罗茨风机主要由机壳、墙板、叶轮、进出口消音器、齿轮、轴承、密封件、三角带、联轴器、压力表、泄压阀、弹性接头等结构组成，对于噪音要求较高的场合可根据噪音要求选择加装进出口消音器或者隔音房。锦工烟气脱硝罗茨风机具有以下特点
风机采用三叶转子结构，风机整体振动小，噪音低。
风机可少油或无油运转，输出空气不会受到有污染，输出气体更加清洁。
风机采用特殊轴承制造，结构简单，坚固耐用，使用寿命，操作简单易维护。
罗茨风机属容积式风机，容积效率高，供气量稳定，运转稳定，输送效率高。
烟气脱硫罗茨风机
烟气脱硫罗茨风机系属容积回转鼓风机。这种压缩机靠转子轴端的同步齿轮使两转子保持啮合。转子上每一凹入的曲面部分与气缸内壁组成工作容积，在转子回转过程中从吸气口带走气体，当移到排气口附近与排气口相连通的瞬时，因有较高压力的气体回流，这时工作容积中的压力突然升高，然后将气体输送到排气通道。两转子互不接触，它们之间靠严密控制的间隙实现密封，故排出的气体不受润滑油污染，运转平稳可靠，可用于高炉冶炼、化肥、气力输送、烟气脱硫脱硝除尘等行业排气、干燥、气力输送、真空脱水、环境调节设备等用途。
烟气脱硝罗茨风机
烟气脱硫罗茨风机作为一种常见的容积式风机，其排气压力的高度并不取决于风机本身，而是由烟气脱硫罗茨风机排出后装置的情况绝对的。烟气脱硝罗茨风机具有强制输气特点，其铭牌上排出压力使风机的额定排气压力。脱硫脱硝罗茨风机可以在低于额定排气压力的任意压力下工作，只要在强度和排气温度允许情况，也可以超过而定排气压力工作。
水泥生产，为均化库及旋窑立窑输送空气。
喷雾器，用于涂料等喷雾器共给不含油质的高压排气。
印刷机送纸，使用排气可进行分离，对齐及分送等作业。
脱硫氧化，将空气输送至脱硫塔加快亚硫酸氨的氧化成为硫酸铵。
专利名称：脱硫塔送风罗茨风机自动控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及化工用罗茨风机控制装置，特别适用于脱硫半水煤气在罗茨风机 出口压力的自动调节控制方式。
技术背景脱硫塔前置罗茨风机的任务是将来自造气工序的半水煤气气体适当加压，达到所 需的相应压力后输送到后道工序脱硫塔进行脱硫。为了保证进入脱硫塔的工作压力达到工 艺生产的要求，在控制中必须经常对罗茨风机进出口管的引出副线风量阀门进行人工手动 调节风量。而这种调节受前方造气的气质、产气量的稳定以及后工序压缩岗位的用气量的 影响非常大，而对引出副线频繁实时的调节，这样的操作量大且粗糙，无法定量精确把握控 制，而且要随时盯着指标数值，稍有调节偏差就会引起生产的波动。脱硫塔前置罗茨风机是由机座、异步电机、联轴器、箱壳、进风口、出风口、一对曲 面风转子组成，由异步电机通过联轴器带动箱壳内的一对风转子转轴转动，一对风转子曲 面压迫空风流动产生高压风流。脱硫塔需求高压送风，因而必须采用罗茨风机，而罗茨风机 异步电机只能是恒转速、恒力矩，要调节风量风压只能使用出风口引出副线风量阀门进行 旁路调节。现有内馈斩波电机的调速技术是在电机转子上引线与内馈斩波控制柜串联连接， 再由斩波控制柜与定子串接。工作原理为内馈斩波调速电机是在高压电机(6000V)内部 特殊设置了内馈绕组，目的是接收从转子移出的电转差功率。内馈绕组处于发电状态，抵消 了定子绕组的等量输入功率，从而实现了电机高效率的节能运行。电机调速时，转子的部分 功率通过电传导馈入内馈绕组，如果忽略损耗，内馈绕组所获得的功率与转子被移出的功 率相等，由于转子的部分功率被移出，故转化的机械功率减小，因此电机转速下降；反之则 相反。它是应用低压(400V)控制高压技术，电力电子元器件全部采用低压元器件，对电力 电子元器件要求不高。应用在较大容量的高压电动机调速上，生成本增加不多，调速范围一 般在50 100。在特殊情况下要求调速范围可达30 100%，当然成本相应增加。该种电机目前尚未在脱硫塔成套结构中应用。
发明内容本实用新型的目的在于克服上述缺陷，提供一种脱硫塔送风罗茨风机自动控制装置。本实用新型的方案是在罗茨风机出风口上安装有风压传感器，罗茨风机的电机 为带有内馈斩波控制柜的内馈斩波电机，增设的中央处理器DCS分别与风压传感器、内馈 斩波控制柜实现线路连接。本实用新型的优点在于可调速的内馈斩波电机与风机出口压力传感器分别与中 央处理器DCS配套联用，实现了罗茨风机自动调速，脱硫塔工况得以稳定，同时该种电机调 速性能与节能效果好。
附图为本实用新型结构示意图。
具体实施方式
本实用新型的结构包括罗茨风机(6)出风口与脱硫塔(5)管道连通，罗茨风机(6) 由机座、电机、联轴器、箱壳、风转子、进风口、出风口组成，其特征在于在罗茨风机(6)出 风口上安装有风压传感器(4)，罗茨风机(6)的电机为带有内馈斩波控制柜(2)的内馈斩波 电机(1)，增设的中央处理器DCS (3)分别与风压传感器(4)、内馈斩波控制柜(2)实现线路 连接。由于罗茨鼓风机的工作性能与普通鼓风机的工作性能的不同，所以专门为罗茨鼓 风机定制一台恒转距的内馈斩波高压电机，内馈斩波高压电机由配套的低压控制柜(2)对 其进行控制，内馈斩波控制柜(2)本体且套控制操作系统与一台人机界面控制器，通过控 制即可对内馈斩波电机(1)进行操作。但为了操作人员实时的监控和操作以及压力自调功 能的实现，特别从内馈斩波控制柜⑵中引出一套控制系统至中央处理器DCS(3)系统中， 通过中央处理器DCS (3)系统对其进行监控和操作，中央处理器DCS (3)界面中也制作相应 的界面显示，可实时反应出电机的运行情况。本内馈调速装置还可在出现故障时，能自动切成全速运行，能保证电机连续运行 (不起调速作用)，不致设备运行中断，可靠性较高。内馈斩波控制系统，用于斩波电机(1)的控制操作；压力变送器，用于煤气管道的进、出口压力的检测及信号的传送；中央处理器DCS (3)系统Eurotherm 2550该系统包含用于压力信号的接收；用于电动机转速信号的接收；用于内馈调速装置运行状态的监控；用于调节数据信号给定量输出；用于数据比较。脱硫罗茨机进口煤气压力约为1300pa，罗茨机出口压力要求在45 49Kp之间。 罗茨机进口管处安装一组压力变送器，将实时压力信号传至DES系统中在人机界面中显示 出其数值；罗茨机出口管处安装一组压力变送器，将实时压力信号也传至DES系统中在人 机界面中显示出其数值。进口压力的稳定由前工序负责。本岗位只需对罗茨机出口压力进 行监控，当压力在工艺要求数据内时，操作人员只对其进行监控而不需操作；当压力临界工 艺要求数据上限或下限值时，操作人员只需在DES界面上对数据给定数值进行调节，这种 在中央处理器DCS (3)界面上操作既简单又快捷。中央处理器DCS (3)系统收到调节指令后 发出相应调速信号给内馈斩波控制系统，而内馈斩波系统即可对斩波电机(1)进行调速， 通过对电机转速的调节，即罗茨机转速的快慢，使其工作压力升高或降低，从而达到罗茨机 出口压力的控制。这是手动调节方式。当煤气系统工作比较稳定时(指进口压力，进气量 稳定时)可采用自调节方式，自调方式只需在中央处理器DCS(3)操作界面上的手动/自动 单击切换即可。自调方式即在中央处理器DCS(3)系统中对罗茨机出口压力的上限和下限数据进行锁定，罗茨机出口压力检测的数据信号由风压传感器(4)直接传至此中央处理器 DCS (3)系统中，由中央处理器DCS (3)系统数据库对其采集与锁定数据进行比较，并判断是 否需对内馈斩波电机(1)进行调速，以实现罗茨机出口压力稳定工艺指标内。
权利要求脱硫塔送风罗茨风机自动控制装置，包括罗茨风机(6)出风口与脱硫塔(5)管道连通，罗茨风机(6)由机座、电机、联轴器、箱壳、风转子、进风口、出风口组成，其特征在于在罗茨风机(6)出风口上安装有风压传感器(4)，罗茨风机(6)的电机为带有内馈斩波控制柜(2)的内馈斩波电机(1)，增设的中央处理器DCS(3)分别与风压传感器(4)、内馈斩波控制柜(2)实现线路连接。
专利摘要脱硫塔送风罗茨风机自动控制装置，涉及化工用罗茨风机控制装置，包括罗茨风机出风口与脱硫塔管道连通，罗茨风机由机座、电机、联轴器、箱壳、风转子、进风口、出风口组成，其特征在于在罗茨风机出风口上安装有风压传感器，罗茨风机的电机为带有内馈斩波控制柜的内馈斩波电机，增设的中央处理器中央处理器DCS分别与风压传感器、内馈斩波控制柜实现线路连接。优点在于可调速的内馈斩波电机与风机出口压力传感器分别与中央处理器中央处理器DCS配套联用，实现了罗茨风机自动调速，脱硫塔工况得以稳定，同时该种电机调速性能与节能效果好。
文档编号F04C28/00GKSQ
公开日2010年11月24日 申请日期2010年3月19日 优先权日2010年3月19日
发明者陈文 , 魏兴均 申请人:智胜化工股份有限公司
山东锦工有限公司
地址：山东省章丘市经济开发区
电话：0531-83825699
传真：0531-83211205
24小时销售服务电话：15066131928
