大功率罗茨风机及高压变频器在百万吨级焦化项目中的研究应用

张志强 冯世云

摘 要 大功率罗茨风机配合高压变频器应用在百万吨级大型焦化生产中，解决煤气输送能耗高、设备检修维护工作量大的问题，并有效稳定工艺参数调节效果。

关键词 罗茨风机；高压变频器；焦化生产应用

煤气鼓风机在整个焦化煤气系统中是关键的设备，因其在焦化生产中的重要性，人们习惯称它为焦化厂的心脏，所以，鼓风机运行效果的稳定与否，运行成本的高低，直接关系到焦化企业的安全生产和节能降耗。对于新建的焦化企业，鼓风机的选择更是焦化行业非常慎重的一件事情。

我国100万吨级焦化生产企业中煤气鼓风机全部采用离心风机，而且大多采用液力耦合调速，调压，或者是选用离心风机加高压变频器调节，尚无容积式风机加高压变频器调节的先例。在小型焦化厂里才有选用罗茨风机加变频调速的生产方式。

我公司在100万吨捣固焦炉建设过程中，慎重考虑煤气鼓风机及调速装置的选型，结合国内外同类焦化企业的情况，首次在百万吨级焦炉上使用了罗茨鼓风机配高压变频器调速。

1 选型对比

煤气风机除为煤气的后续处理提供动力以外，还肩负着调节煤气系统吸力，稳定焦炉上升管压力的任务。此外，焦炉煤气净化工艺特点决定焦炉煤气含水和煤焦油，煤气鼓风机必须具备放液的功能。因此煤气鼓风系统在选型时应考虑：①稳定，可靠，长周期运行，下液处理方便；②配电机小，噪声小，能耗低，节能效果显著；③转速调节方便，灵敏性高，便于计算机控制；④投资省。

在调速系统选型时应考虑：①调速装置节能效果好，功率因数高。②调速装置安装方便，占地面积小。③设备的使用具备安全性及容灾性，即设备出现故障后不能影响生产的正常运行。④调速装置精度高，调节输出稳定。⑤调速装置维护费用低，维护方便。

焦化厂用于煤气加压输送的鼓风机有离心风机和罗茨风机两种。作为常用化工输送设备其结构特点大家比较熟悉。行对离心风机而言罗茨鼓风机属于容积式风机，具有结构简单、制造容易、体积小，且在转速一定时，如压头稍有变化其输气量可保持不变的特性，可以获得较高的压头。罗茨风机在小型焦化厂有应用先例。

鼓风机驱动调节装置对焦化生产工艺指标调节有较大影响。百万吨及以上的大型焦化厂目前都是离心风机加液力耦合或者离心风机加高压变频器，并结合风机的大小回流来调节集气管压力及机前吸力。液力耦合器工作原理：液力耦合器是一种以液体（多数为油）为工作介质、利用液体动能传递能量的一种叶片式传动机械。在焦化厂煤气风机上一般应用的为调速型液力耦合器。液力耦合器调速原理表明，传动速度的改变，实质是机械功率调节的结果。因此液力耦合器输出转速的降低，实际是输出功率减小。在调速过程中，液力耦合器的原传动转速没有发生变化，以上说明液力偶合器是一种耗能型的机械调速装置，调速越深（转速越低）损耗越大。高压变频器运行原理：变频器是一种使电动机变速运行进而达到节能效果的设备，习惯上把额定电压在3kV到10kV之间的电动机称为高压电机，因此一般把针对3kV至10kV高电压环境下运行的电动机而开发的变频器称为高压变频器。随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，高压大功率变频调速装置不断地成熟起来，原来一直难于解决的高压问题，近年来通过器件串联或单元串联得到了很好的解决。与低压变频器相比，高压变频器适用于大功率风电、水泵的变频调速，可以收到显著的节能效果[1]。

2 选型依据

通过对两种风机的性能、特性的了解与对比及与其配合驱动装置的性能对比，选择罗茨风机加高压变频器使用的理由是：

（1）从投资上看，我公司根据生产需要选择了三台罗茨风机并配两台变频器，共投资276.8万元，如果利用离心风机投资为615万元；在土建投资上罗茨风机比利用离心风机费用节省100万，设备采购和土建两项投资可节约资金近400万元。

（2）从运行成本上看，选用罗茨风机功率为400kW，运行功率在800kW以内，如果同规模的焦化厂选用离心风机功率为1250kW，比罗茨风机大450kW每小时，仅此一项每年可节约电费236万元。

（3）从使用寿命及维护方面看，罗茨风机运行稳定，维护量小，检修方便，操作简单，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。风机容积利用率大，容积效率高，且结构紧凑，安装方式灵活多变。轴承的选用较为合理，各轴承的使用寿命均匀，从而延长了风机的寿命！ 风机油封选用进口氟橡胶材料，耐高温，耐磨，使用寿命长。

3 应用技术水平及经济社会效益

3.1 经济效益

在投资上，公司根据生产需要选择了三台罗茨风机（型号ML104WD，风量560NM3/min，升压29.4KPa；附电机YB630-10级 400kW）配變频器（HIVETR-Y10/040）两台，正常生产时一开一备，共投资276.8万元，如果利用离心风机投资为615 万元，土建上利用罗茨风机风机房由二层变成一层，要比利用离心风机土建费用节省100万，从投资上可节约近400万元资金。

运行成本上比较，选用罗茨风机功率为400kW，两开一备，运行功率在800kW以内，如果同规模的焦化厂选用离心风机功率为1250kW，比罗茨风机大450kW每小时，仅此一项每年可节约电费236万元。考虑使用罗茨风机配套的变频调速装置后，节能效果更为可观。

罗茨风机运行稳定，维护量小，检修方便，操作简单，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。风机容积利用率大，容积效率高，且结构紧凑，安装方式灵活多变。轴承的选用较为合理，各轴承的使用寿命均匀，从而延长了风机的寿命。风机油封选用进口氟橡胶材料，耐高温，耐磨，使用寿命长。

3.2 社会效益

大功率罗茨风机配用高压变频器调节后，首先焦炉炉膛压力、焦炉集气管压力趋于稳定，减少了焦炉跑烟冒火的现象，减少了颗粒物排放和烟尘排放，减轻了环境污染，使企业排放标准达到行业标准。在节能、环保方面有良好的社会效果。延长了焦炉的使用寿命，降低了职工的劳动强度，其次，使机后压力稳定，提高了化学副产品产率。

参考文献

[1] 方建华，姜在斌.罗茨鼓风机噪声采集分析及其隔声罩设计[J].风机技术，2008，（1）：36-40.