一种脱硫用罗茨风机调速装置的制作方法

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。