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   【摘 要】：本文介紹了峨勝水泥九里制造二廠一車間生料磨循環(huán)風(fēng)機(jī)、窯頭和窯尾排風(fēng)機(jī)、煤磨排風(fēng)機(jī)等4臺高壓高耗能設(shè)備的變頻改造工程。這是在九里制造一廠3條5000t/d生產(chǎn)線完成高壓變頻改造后的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

   【關(guān)鍵詞】：生料磨循環(huán)風(fēng)機(jī),窯頭排風(fēng)機(jī),窯尾排風(fēng)機(jī),煤磨排風(fēng)機(jī)高壓變頻器,節(jié)能

   一、項目概況

    峨勝水泥始建于1985年，1998年改制成有限責(zé)任公司（四川峨眉山水泥有限公司），2007年9月變更為股份有限公司（四川峨勝水泥股份有限公司）。現(xiàn)擁有資產(chǎn)40億元，員工2800余人。新型干法水泥生產(chǎn)線7條，水泥總產(chǎn)達(dá)1120萬噸，已用我公司多臺變頻器。2010年再上節(jié)能新項目，即九里制造二廠一車間生料磨循環(huán)風(fēng)機(jī)、窯頭和窯尾排風(fēng)機(jī)、煤磨排風(fēng)機(jī)等4臺高壓高耗能設(shè)備的變頻改造工程。這是在九里制造一廠3條5000t/d生產(chǎn)線完成高壓變頻改造后的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

   項目實(shí)施由該廠技術(shù)中心統(tǒng)籌，設(shè)備管理部和九里制造二廠實(shí)施，在提前做好電氣室施工、電纜放線等前期工作后，10月23日變頻器抵廠即迅速組織柜體安裝、接線，僅4天就順利完成了生料磨循環(huán)風(fēng)機(jī)、窯頭和窯尾排風(fēng)機(jī)、煤磨排風(fēng)機(jī)4臺變頻器的安裝和調(diào)試等全部工作，并于10月26日全部正式投運(yùn)。據(jù)初步監(jiān)測，該線噸熟料電耗下降了3.5千瓦時、成本降低2.2元，年可節(jié)省電費(fèi)達(dá)300多萬元。

   二、生料磨循環(huán)風(fēng)機(jī)、窯頭和窯尾排風(fēng)機(jī)、煤磨排風(fēng)機(jī)改變頻拖動的必要性

   該生產(chǎn)線四臺風(fēng)機(jī)由蘭州電機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的轉(zhuǎn)子繞線異步電動機(jī)拖動，原運(yùn)行方式為電機(jī)全速運(yùn)行帶動液力耦合器，通過調(diào)整液力耦合器和擋風(fēng)板的開度來調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小。由于電網(wǎng)容量有限，電機(jī)不允許直接工頻帶載啟動，只能先帶動液力耦合器，再慢慢加大液力耦合器開度來啟動風(fēng)機(jī)，再通過調(diào)節(jié)風(fēng)門開度調(diào)整風(fēng)量大小。這樣的運(yùn)行方式存在如下弊端：

   1.調(diào)速范圍有限，無法軟啟

   液力耦合器調(diào)速屬低效調(diào)速方式，調(diào)速范圍有限，高速丟轉(zhuǎn)約5%-10%，低速轉(zhuǎn)差損耗大，因效率與轉(zhuǎn)速成正比，低速時效率極低，精度低、線性度差、響應(yīng)慢、啟動電流大、裝置大，必須加裝在設(shè)備和電機(jī)之間，不適合改造；無法軟啟動，耦合器故障時，無法切換運(yùn)行，維護(hù)復(fù)雜、費(fèi)用大，不能滿足提高裝置整體自動化水平的需要。

  2．風(fēng)門調(diào)節(jié)反應(yīng)滯后，調(diào)節(jié)速度慢，調(diào)節(jié)精度不高

   依靠風(fēng)門調(diào)節(jié)執(zhí)行器來調(diào)節(jié)風(fēng)門開度，受機(jī)械部分限制調(diào)節(jié)速度有限，調(diào)節(jié)精度亦受到影響，往往對現(xiàn)場的風(fēng)量控制不是很到位，并且，隨使用年限增加，擋板開度指示出現(xiàn)偏差，造成調(diào)節(jié)的誤差增加而滿足不了現(xiàn)場工藝的要求。

   3．風(fēng)門調(diào)節(jié)浪費(fèi)電能，不科學(xué)，不經(jīng)濟(jì)

   水泥廠初期投建時，出于后續(xù)可能擴(kuò)建及運(yùn)行安全和日久磨損的角度考慮，電機(jī)及風(fēng)機(jī)的余量選用較大，電機(jī)額定電流為90A，而電機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流平均僅為75A左右，采用風(fēng)門調(diào)節(jié)，人為改變了風(fēng)道的阻力曲線，大量的能源白白浪費(fèi)在了風(fēng)門上。

   4．電機(jī)全速運(yùn)行受到考驗(yàn)，維護(hù)周期短

  因電機(jī)全速運(yùn)行，電機(jī)軸承和風(fēng)機(jī)等機(jī)械部分磨損較快，且軸承溫升較高，轉(zhuǎn)子滑環(huán)上的碳刷磨損相當(dāng)嚴(yán)重，更換周期短。

   三、調(diào)速方式的選擇

   目前，大功率高壓異步電動機(jī)的主要調(diào)速方式有以下幾種：串級調(diào)速、內(nèi)反饋串級調(diào)速、液力耦合器調(diào)速及變頻調(diào)速等。高壓變頻調(diào)速較其他調(diào)速方式有以下無法比擬的優(yōu)點(diǎn)：

  1.變頻器采用液晶顯示數(shù)字界面，調(diào)整觸摸式面板，可隨時顯示電壓、電流、頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)速，可非常直觀地顯示電機(jī)在任何時間的實(shí)時狀態(tài)。

   2.精確的頻率分辨率和高的調(diào)速精度，完全可以滿足各種生產(chǎn)工藝工況的需要。

   3.高壓變頻器具有國際通用的外部接口，可以同可編程控制器（PLC）和工控機(jī)等各種儀表連接，并可以與原設(shè)備控制回路相連接，構(gòu)成部分閉環(huán)系統(tǒng)，如與原DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和聯(lián)鎖控制。

   4.具有電力電子保護(hù)和工業(yè)電氣保護(hù)功能，保證變頻器和電機(jī)在正常運(yùn)行和故障時安全可靠。

  5.電機(jī)可實(shí)現(xiàn)軟啟動、軟制動；啟動電流小，小于電機(jī)的額定電流；電機(jī)啟動的時間可連續(xù)可調(diào)，減少了對電網(wǎng)的影響。

   6.具有就地和異地操作功能，另可通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

   7.減少配件損耗，延長設(shè)備使用壽命，提高勞動生產(chǎn)效率。

  四、改造項目具體實(shí)施方案和過程

   根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，旁路柜采用了一拖一手動方案。此結(jié)構(gòu)是手動旁路的典型方案,原理是由3個高壓隔離開關(guān)QS1、QS2和QS3組成（如圖，其中QF為原高壓開關(guān)柜內(nèi)的斷路器）。要求QS2和QS3不能同時閉合，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。變頻運(yùn)行時，QS1和QS2閉合，QS3斷開；工頻運(yùn)行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開。
  
                        

  優(yōu)點(diǎn):在檢修高壓變頻器時，有明顯斷電點(diǎn)，能夠保證人身安全，同時也可手動使負(fù)載投入工頻電網(wǎng)運(yùn)行等。

  缺點(diǎn)：高壓變頻器故障時，不能自動由變頻轉(zhuǎn)為工頻。

   由于立磨循環(huán)風(fēng)機(jī)電機(jī)功率較大（4000KW），不能直接工頻啟動電機(jī)，故該臺電機(jī)原來先用水阻裝置啟動電機(jī)，啟動結(jié)束后再自動短接轉(zhuǎn)子滑環(huán)，電機(jī)全速運(yùn)行后再調(diào)節(jié)液力耦合器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量。其他三臺風(fēng)機(jī)功率較小，先直接工頻啟動電機(jī)，然后再調(diào)節(jié)液力耦合器調(diào)整風(fēng)機(jī)風(fēng)量。由于用戶考慮到如變頻器損壞要工頻啟機(jī)問題，現(xiàn)場保留了原有的液力耦合器和水電阻裝置，高壓變頻器與原有的水電阻二次回路結(jié)合，取高壓變頻器的變頻狀態(tài)信號送至DCS，DCS給星接柜，發(fā)合閘命令，直接短接電機(jī)轉(zhuǎn)子滑環(huán)，切除水電阻裝置，由高壓變頻器對電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動；取高壓變頻器工頻旁路信號送至DCS，DCS分?jǐn)嘈墙庸瘢謴?fù)高壓電機(jī)的串水電阻啟動功能。

  現(xiàn)場設(shè)備銘牌參數(shù)如下：
 
             
  五、改造效果

  1.節(jié)能效果相當(dāng)明顯，經(jīng)濟(jì)效益顯著

   峨勝水泥該5000t/d生產(chǎn)線變頻改造后，取得了顯著的節(jié)能效果，改造前風(fēng)機(jī)風(fēng)門的開啟經(jīng)常在70%左右，電機(jī)全速運(yùn)行；變頻改造后，風(fēng)機(jī)變速運(yùn)行，風(fēng)門全開。因現(xiàn)場工況變化不是很大，變頻調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)常運(yùn)行在42Hz左右，與調(diào)節(jié)檔板時的消耗功率大大減少，節(jié)電效果與經(jīng)濟(jì)效益顯著，變頻改造前后，電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)如下表所示：
 
             

   上述表格中，改造前電機(jī)平均功率計算方法為：

38×1.732×6×0.8=526KW
75×1.732×6×0.8=1039KW
88×1.732×6×0.8=1219KW
280×1.732×6×0.8=3880KW

   改造后電機(jī)平均功率計算方法為：

26×1.732×6×0.95=428KW
46×1.732×6×0.95=757KW
56×1.732×6×0.95=921KW
216×1.732×6×0.95=3554KW

  注：變頻運(yùn)行時，變頻輸入功率因數(shù)為0.95；工頻運(yùn)行時，功率因數(shù)為電機(jī)功率因數(shù)0.80。

  該設(shè)備每年檢修一次，檢修時間為30天，其余時間均運(yùn)行，我們按一年運(yùn)行300天，實(shí)際電費(fèi)按一度電0.5元計算

1、（526-428）×300×24×0.5=35.3萬元
2、（1039-757）×300×24×0.5=101.5萬元
3、（1219-921）×300×24×0.5=107.3萬元
4、（3880-3554）×300×24×0.5=117.4萬元

  則一年節(jié)省電費(fèi)為：35.3+101.5+107.3+117.4=361.5萬元

   2．改善工藝

  現(xiàn)將改造前及改造后現(xiàn)場工況列表如下：
 
              

   參考上述表格，可以看出：

  該水泥生產(chǎn)線風(fēng)機(jī)變頻改造后，取得的間接效果也是十分明顯的，變頻器低頻運(yùn)行時，電機(jī)及風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度降低，電機(jī)及風(fēng)機(jī)的軸溫降低，機(jī)械噪音降低，整體維護(hù)周期延長；高壓變頻器的頻率分辨率精確到0.01赫茲，調(diào)節(jié)及時，調(diào)節(jié)精度高，運(yùn)行人員在DCS側(cè)通過監(jiān)控界面很方便的調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行頻率。

  六、結(jié)論

   目前很多水泥廠的風(fēng)機(jī)大馬拉小車現(xiàn)象嚴(yán)重。風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)方式基本通過擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)，耗能大，經(jīng)濟(jì)效益差，設(shè)備損壞嚴(yán)重，急需采用先進(jìn)的高壓變頻調(diào)速進(jìn)行技術(shù)改造，以降低水泥廠的電耗，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)踐證明，水泥行業(yè)風(fēng)機(jī)采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，是必要、可行的，且經(jīng)濟(jì)效益顯著。

  HARSVERT系列高壓變頻器可靠性高，輸入、輸出波形質(zhì)量好，采用矢量控制技術(shù)，適合于水泥廠風(fēng)機(jī)的變頻改造，成功解決了水泥生產(chǎn)中的塌料引起的負(fù)載波動問題，大大提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，節(jié)約大量能源，為水泥廠帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，具有很高的推廣價值。