一、概述

上世紀(jì)70年代曾經(jīng)有過(guò)全民大辦化肥，那時(shí)，在全國(guó)很多縣都興辦了化肥廠，主要生產(chǎn)氨水、磷銨。隨著國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院能夠完成小化肥成套生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)，生產(chǎn)尿素的原料主要是液氨和二氧化碳?xì)怏w，在這些化肥廠中有部分化肥廠用國(guó)產(chǎn)成套設(shè)備生產(chǎn)尿素。

二、尿素生產(chǎn)工藝

將二氧化碳?xì)怏w經(jīng)壓縮機(jī)加壓，使壓力達(dá)到16kg并進(jìn)入尿素合成塔。從合成氨車間氨庫(kù)來(lái)的液氨進(jìn)入氨儲(chǔ)罐，經(jīng)過(guò)氨升壓泵加壓進(jìn)入高壓液氨泵，加壓至20kg左右，經(jīng)過(guò)預(yù)熱后進(jìn)入甲胺噴射器作為推動(dòng)液，將來(lái)自甲胺分離器的甲胺溶液增壓后混合一起進(jìn)入尿素合成塔，在觸媒的作用下合成尿素。尿素合成塔內(nèi)溫度為186～190℃，壓力為200kg左右，NH₃/CO₂的摩爾比和H₂O/CO₂的摩爾比控制在一定的范圍內(nèi)。合成后的氣液混合物進(jìn)入一段分解，進(jìn)行氣液分離，將分離氣體后的尿液送入二段分解，進(jìn)一步將混合物中的氣體除去。凈化后的尿液依次進(jìn)入閃蒸器、一段蒸發(fā)、二段蒸發(fā)濃縮，最后得到尿素熔融物，用泵輸送到尿素造粒塔噴灑器，在空氣中沉降冷卻固化成粒狀尿素，通過(guò)尿素塔底刮料機(jī)用運(yùn)輸皮帶送往儲(chǔ)存包裝車間打包后出廠。

某化肥廠由于生產(chǎn)工藝的需要，尿素生產(chǎn)中使用的2臺(tái)一甲泵、一臺(tái)氨泵和三臺(tái)氨水泵，為使進(jìn)入合成塔的氨和二氧化碳的流量不致波動(dòng)過(guò)大，需要進(jìn)行調(diào)速控制。一甲泵（110kW）、氨泵（132kW)）電動(dòng)機(jī)的功率較大，原系統(tǒng)采用液力偶合器調(diào)速；氨水泵（11kW）功率較小，原系統(tǒng)采用電磁調(diào)速。

三、液力耦合器調(diào)速和電磁調(diào)速

1、液力偶合器調(diào)速

液力偶合器是通過(guò)控制工作腔內(nèi)工作油液的動(dòng)量矩變化，來(lái)傳遞電動(dòng)機(jī)能量，電動(dòng)機(jī)通過(guò)液力偶合器的輸入軸拖動(dòng)其主動(dòng)工作輪，對(duì)工作油進(jìn)行加速，被加速的工作油再帶動(dòng)液力偶合器的從動(dòng)工作渦輪，把能量傳遞到輸出軸和負(fù)載。液力偶合器有調(diào)速型和限矩型之分，前者用于電氣傳動(dòng)的調(diào)速，后者用于電機(jī)的起動(dòng)。調(diào)速型液力偶合器效率最大值為95%。液力偶合器的效率計(jì)算的公式為：

式中：n_T—為液力偶合器輸出軸的速度（r/min）

n_B—為電機(jī)側(cè)液力偶合器輸入軸的速度(r/min)

其效率為輸入軸和輸出軸的速度之比，調(diào)速越低，效率越低。

2、電磁調(diào)速

電磁調(diào)速系統(tǒng)由鼠籠異步電機(jī)、轉(zhuǎn)差離合器、測(cè)速電機(jī)和控制裝置組成，通過(guò)改變轉(zhuǎn)差離合器的激磁電流來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。轉(zhuǎn)差離合器的本身的損耗是由主動(dòng)部分的風(fēng)阻、磨擦損耗及從動(dòng)部分的機(jī)械磨擦損所產(chǎn)生的。如果考慮這些損耗與轉(zhuǎn)差離合器的激磁功率相平衡，且忽略不計(jì)的話，其效率可用下式計(jì)算：

式中：n1――電動(dòng)機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)速

n2――轉(zhuǎn)差離合器的輸出軸轉(zhuǎn)速

其效率正比于輸出轉(zhuǎn)速，輸出最大轉(zhuǎn)速時(shí)其效率理論值為85%。

四、一甲泵、氨泵和氨水泵的變頻調(diào)速節(jié)能

一甲泵、氨泵和氨水泵名義上是泵，實(shí)為壓縮機(jī)。壓縮機(jī)為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，選用SB70通用變頻器。使用變頻調(diào)速代替液力偶合器調(diào)速的方法是，將液力偶合器拆除，用聯(lián)軸器連接電動(dòng)機(jī)和負(fù)載軸。變頻器可用手動(dòng)調(diào)速方式控制，一般情況下一甲泵變頻器的輸出頻率為35Hz～39Hz；氨泵變頻器的輸出為40Hz～44Hz，能夠滿足生產(chǎn)工藝要求。

負(fù)荷率為0.85時(shí)液力偶合器調(diào)速損耗的電能為：

一甲泵：  

氨泵：

變頻器的效率為94%，因此使用變頻器后一甲泵和氨泵的節(jié)能分別為：

一甲泵：

氨泵：

每年按300天，每天按24小時(shí)，且0.5元/kWh計(jì)算每年節(jié)電費(fèi)為：

萬(wàn)元

對(duì)于電磁調(diào)速，因電機(jī)功率較小，用鼠籠電動(dòng)機(jī)直接代換電磁調(diào)速電機(jī)。代換后驚喜地發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)條件相同的情況下，用電磁調(diào)速時(shí)三臺(tái)電動(dòng)機(jī)要同時(shí)運(yùn)行，用變頻調(diào)速后，只需運(yùn)行二臺(tái)電動(dòng)機(jī)即可滿足生產(chǎn)需要。這是因?yàn)殡姶耪{(diào)速的效率較低，且調(diào)速越低，效率越低，而變頻調(diào)速的效率較高，且基本上與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。由于電機(jī)功率小，節(jié)能量有限，計(jì)算略。

五、結(jié)語(yǔ)

變頻調(diào)速改造后，年節(jié)電費(fèi)17.48萬(wàn)元，不到一年半可收回全部投資，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。另外，液力偶合器穩(wěn)定性較差，特別是調(diào)整后要較長(zhǎng)的時(shí)間才能穩(wěn)定，不利于生產(chǎn)長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。變頻調(diào)速調(diào)節(jié)方便，調(diào)節(jié)精度高且穩(wěn)定，使裝置長(zhǎng)期能夠可靠運(yùn)行而避免的停工損失等經(jīng)濟(jì)效益是無(wú)法估量的。