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一、引言

　　濟南山水集團平陰粉磨站具有一套年產(chǎn)100萬噸水泥生產(chǎn)線，工程設計初期收塵器的收塵風機是定速運行，其風量調(diào)節(jié)依靠檔板開度來控制。考慮產(chǎn)量變化及生產(chǎn)品種的變化（水泥成品的顆粒細度不同），需要不同的風量來滿足工藝要求。若用檔板調(diào)節(jié)，不但控制精度較差，并且依靠檔板截流來減少風量，電機的出力變化較小，造成大量電能被白白浪費。為了改善工藝、降低能耗，山水水泥的設計人員決定對收塵風機進行變頻調(diào)速改造，生產(chǎn)中風量的調(diào)整通過變頻器來改變收塵風機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)。

    用戶通過大量考察論證，最后選用北京利德華福電氣技術有限公司的一臺HARSVERT-A06/055高壓變頻器驅(qū)動收塵風機。
二、現(xiàn)場工藝簡介

    1、水泥生產(chǎn)工藝

    水泥的生產(chǎn)步驟，可分為以下八個步驟：

    原料的提取（采礦） 原料的破碎 原料的儲存和預均化 原料的粉磨（球磨機） 生料的均化和儲存 煅燒（生料通過旋風筒預熱后再進入回轉(zhuǎn)窯烘烤物料，煅燒成熟料） 水泥的粉磨（根據(jù)水泥的品質(zhì)，混合其他的化學原料粉磨）
水泥的儲存與運輸 其中物料的粉磨工藝流程是：

    電動機通過減速機帶動磨盤轉(zhuǎn)動，物料從下料口落到磨盤中央，在離心力的作用下向磨盤邊緣移動并受到磨輥的碾壓，粉碎后的物料離開磨盤，被高速向上的氣流帶至與立磨一體的分離器，粗粉經(jīng)分離器后返回到磨盤上，重新粉磨；細粉則隨氣流出磨，在系統(tǒng)的收塵裝置中收集下來。

    收塵風機的轉(zhuǎn)速（收塵器所需風量）主要由管磨機內(nèi)工藝情況（產(chǎn)量及粉的細度）決定。

    2、水泥粉磨系統(tǒng)主要設備：（表一）

設備名稱	規(guī)格	主要性能	電機功率（kW）
輥壓機	RP120-80	輥直徑1200mm, 有效寬度899mm	2×500 kW
管磨機	∮4.2×11.5	能力120t/h	2800 kW
高效選粉機	XWS40	處理能力150 t/h	220 kW
袋式收塵器	LPM2X70	處理風量157000m3/h
排風機	R6-2X40No15.57	風量160000 m3/h， 風壓7300Pa	450 kW

    3.水泥生產(chǎn)工藝圖

圖一

三、收塵風機系統(tǒng)控制方案

    1、主回路方案

    工作原理：變頻器為一拖一配置，即一臺變頻器拖動一臺電機。變頻器高壓進線端直接接于6kV電壓等級的主動力電源，輸出側(cè)直接連接電機。QF1為用戶現(xiàn)場高壓斷路器，為了實現(xiàn)對變頻器故障保護，變頻器與QF1的合、分閘回路實現(xiàn)連鎖，只有變頻器控制系統(tǒng)正常才允許QF1合閘，而變頻器重故障則跳開QF1。

2、控制回路方案

　　按照用戶要求,變頻器可以根據(jù)用戶反饋的風壓信號來調(diào)節(jié)風機的風壓,也可以與用戶的風門進行開、合聯(lián)動。

　　變頻器控制柜有“本機控制/遠程控制”選擇開關，可以方便地選擇本地操作或遠程操作，變頻器支持MODBUS、PROFIBUS、TCP/IP等協(xié)議及硬接線連接來實現(xiàn)遠程操作，本套系統(tǒng)與用戶中控室DCS采用硬接線連接。即DCS給變頻器發(fā)啟動、停止指令及一路頻率給定信號，變頻器反饋給DCS“備妥”、“運行”、“報警”、“故障”四路開關量信號及“電機轉(zhuǎn)速”、“電機電流”兩路模擬量信號。

    變頻器概略圖如下：

圖二

    3、變頻器技術參數(shù)

序 號	規(guī) 范	單 位	參 數(shù)	備 注
1	使用標準		Q/CP BLH003-2004
2	型式及型號		HARSVERT-A06/055
3	制造商及產(chǎn)地		北京利德華福電氣技術有限公司
4	技術方案		多級模塊串聯(lián)，交直交、高高方式
5	對電動機要求		普通鼠籠式異步電機
6	額定輸入電壓/允許變化范圍	kV	6kV±15%
7	系統(tǒng)輸入電壓	kV	6kV
8	額定輸入頻率/允許變化范圍		50Hz±10%
9	對電網(wǎng)電壓波動的敏感性		+15%～-35%
10	變頻器效率		＞0.98
11	諧波		輸入電流<4%,輸出電流<2%
12	可靠性指標（平均無故障工作時間）	H	20000小時
13	輸入側(cè)功率因數(shù)		＞0.95（＞20%負載）
14	控制方式		多級正弦PWM控制
15	控制電源		外供220V±10%AC，3kVA， 220V±10%DC，3kVA
16	UPS型式、參數(shù)及容量		掉電可維持30分鐘
17	變換器型式及元件		42脈沖，二極管三相全橋
18	逆變器型式及元件		IGBT 逆變橋 串連
19	電隔離部分是否采用光纖電纜		采用安捷倫HFBR－EUS100光纖
20	噪聲等級		≤75dB
21	冷卻方式		強迫風冷
22	過載能力		120% 1min，150%立即保護（<10μs）
23	標準控制連接		與DCS硬連接
24	模擬量信號（輸入）規(guī)格及數(shù)量		4～20mA或0～10V，4路
25	模擬量信號（輸出）規(guī)格及數(shù)量		4～20mA或0～10V，2路
26	開關量信號（輸入）規(guī)格及數(shù)量		繼電器干式接點，6點
27	開關量信號（輸出）規(guī)格及數(shù)量		繼電器干式接點，5點
28	防護等級		IP20
29	操作鍵盤		標準操作面板
30	界面語言		簡體中文
31	變頻裝置外形尺寸		3956×1200×2574mm
32	變頻裝置重量		5000Kg

四、節(jié)能效果分析

    1、變頻器參數(shù)

型號	HARSVERT-A06/055	輸入電壓	6kV
額定電流	55A	額定功率	450kW

    2、電機參數(shù)

額定功率	450kW	額定電壓	6kV
額定轉(zhuǎn)速	985rpm	額定電流	55A

    3、能計算

    通過流體力學的基本定律可知：風機、泵類設備均屬平方轉(zhuǎn)矩負載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。

　　根據(jù)風機工作特性：原來系統(tǒng)采用檔板調(diào)節(jié)時，風機工作點將由A沿曲線向B點移動；目前系統(tǒng)采用電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時，風機轉(zhuǎn)速由n0 調(diào)整為n’時，風機工作點將由B點降至C點。因此采用高壓變頻器調(diào)速，其節(jié)電量如下圖所示。


　　根據(jù)工藝要求，收塵風機的電機轉(zhuǎn)速降為額定轉(zhuǎn)速的80％時，調(diào)速系統(tǒng)（變頻器＋電機）從電網(wǎng)側(cè)吸收功率約降為額定轉(zhuǎn)速時的51％，即0.83×100%=51%。因此若工藝要求收塵系統(tǒng)風量下降即收塵風機轉(zhuǎn)速下降時，節(jié)能效果將十分明顯。

　　現(xiàn)在，平陰粉磨站的生產(chǎn)任務繁重，生產(chǎn)線基本在滿負荷甚至超負荷運行，水泥生產(chǎn)量基本在120－130t/h，在最大負荷下，變頻器運行頻率約為37.5Hz，輸入電流（從變頻器網(wǎng)側(cè)吸收）約為28A。對比相同工況下的另外一條生產(chǎn)線，在產(chǎn)量基本相同情況下，沒有變頻改造的收塵風機運行電流約為44A，從比較情況來看，經(jīng)變頻改造的收塵風機節(jié)能效果非常明顯。

五、變頻改造對系統(tǒng)產(chǎn)生的其他效果

　　通過對濟南山水集團平陰粉磨站的變頻節(jié)能分析測算表明，設備進行變頻改造后，具有顯著的經(jīng)濟效益，并且在其它方面也產(chǎn)生了一些顯著的影響：

　　（1）采用變頻調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)實現(xiàn)軟啟動，電機啟動電流只是額定電流，啟動時間相應延長，對電網(wǎng)和變壓器無大的沖擊，減輕了起動機械轉(zhuǎn)矩對電機機械損傷，有效的延長了電機的使用壽命；

　　（2）變頻改造前，風量的調(diào)節(jié)要靠調(diào)整檔板的開度來完成，一次風量的改變通常要反復調(diào)節(jié)多次才能完成。變頻改造后，電機轉(zhuǎn)速的改變只要在DCS設定即可，大大降低了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，風量調(diào)節(jié)更平穩(wěn)、精確；

　　（3）收塵風機改變頻后，由于變頻器采用單元串聯(lián)移相技術，因此在理論上可以消除41次以下諧波。由于實際制造工藝的限制，網(wǎng)側(cè)電壓諧波總含量可以控制在2％以內(nèi)，電流諧波總含量小于4％；

　　（4）變頻輸出采用PWM技術控制，輸出電壓波形基本接近正弦波，諧波總含量小于1％，上述指標均滿足IEEE-519國際電能質(zhì)量諧波標準要求；

　　（5）該變頻器為電壓源型結(jié)構(gòu)，功率因數(shù)可高達0.95；

　　（6）廠房設備噪聲污染大大降低。

六、小結(jié)

　　濟南山水集團平陰粉磨站100t/h生產(chǎn)線自2005年5月份改造投產(chǎn)以來，收塵風機變頻器一直運行十分穩(wěn)定，不但節(jié)約了大量的電能，取得了良好的經(jīng)濟效益，而且降低了運行、檢修人員的工作強度，因此在山水集團新建的粉磨站如昌樂、濱州等地的粉磨站收塵風機先后都采用了我公司制造的變頻器。隨著國家相關政策的具體落實，相信在今后的應用中，高壓變頻器將越來越多的在水泥行業(yè)中得到廣泛的應用。