文/技術(shù)工程部售后工程師 李衛(wèi)松

【摘要】：本文介紹了峨勝水泥九里制造二廠一車(chē)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(tái)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(xiàn)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(xiàng)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）?，F(xiàn)擁有資產(chǎn)40億元，員工2800余人。新型干法水泥生產(chǎn)線(xiàn)7條，水泥總產(chǎn)達(dá)1120萬(wàn)噸，已用我公司多臺(tái)變頻器。2010年再上節(jié)能新項(xiàng)目，即九里制造二廠一車(chē)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(tái)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(xiàn)完成高壓變頻改造后的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

項(xiàng)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(xiàn)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(xiàn)，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(tái)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(cè)，該線(xiàn)噸熟料電耗下降了3.5千瓦時(shí)、成本降低2.2元，年可節(jié)省電費(fèi)達(dá)300多萬(wàn)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(dòng)的必要性

該生產(chǎn)線(xiàn)四臺(tái)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(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，原運(yùn)行方式為電機(jī)全速運(yùn)行帶動(dòng)液力耦合器，通過(guò)調(diào)整液力耦合器和擋風(fēng)板的開(kāi)度來(lái)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(dòng)，只能先帶動(dòng)液力耦合器，再慢慢加大液力耦合器開(kāi)度來(lái)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，再通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)開(kāi)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(wú)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(shí)效率極低，精度低、線(xiàn)性度差、響應(yīng)慢、啟動(dòng)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(wú)法軟啟動(dòng)，耦合器故障時(shí)，無(wú)法切換運(yùn)行，維護(hù)復(fù)雜、費(fèi)用大，不能滿(mǎn)足提高裝置整體自動(dòng)化水平的需要。

2．風(fēng)門(mén)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(mén)調(diào)節(jié)執(zhí)行器來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)開(kāi)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)量控制不是很到位，并且，隨使用年限增加，擋板開(kāi)度指示出現(xiàn)偏差，造成調(diào)節(jié)的誤差增加而滿(mǎn)足不了現(xiàn)場(chǎng)工藝的要求。

3．風(fēng)門(mén)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(shí)，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(mén)調(diào)節(jié)，人為改變了風(fēng)道的阻力曲線(xiàn)，大量的能源白白浪費(fèi)在了風(fēng)門(mén)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(dòng)機(jī)的主要調(diào)速方式有以下幾種：串級(jí)調(diào)速、內(nèi)反饋串級(jí)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(wú)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(shí)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(shí)間的實(shí)時(shí)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(mǎn)足各種生產(chǎn)工藝工況的需要。

3.高壓變頻器具有國(guó)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(shí)安全可靠。

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

6.具有就地和異地操作功能，另可通過(guò)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(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。

四、改造項(xiàng)目具體實(shí)施方案和過(guò)程

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

優(yōu)點(diǎn):在檢修高壓變頻器時(shí)，有明顯斷電點(diǎn)，能夠保證人身安全，同時(shí)也可手動(dòng)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(shí)，不能自動(dòng)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(dòng)電機(jī)，故該臺(tái)電機(jī)原來(lái)先用水阻裝置啟動(dòng)電機(jī)，啟動(dòng)結(jié)束后再自動(dòng)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(tái)風(fēng)機(jī)功率較小，先直接工頻啟動(dòng)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(hù)考慮到如變頻器損壞要工頻啟機(jī)問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)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(hào)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(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)；取高壓變頻器工頻旁路信號(hào)送至DCS，DCS分?jǐn)嘈墙庸?，恢?fù)高壓電機(jī)的串水電阻啟動(dòng)功能。

現(xiàn)場(chǎng)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(xiàn)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(mén)的開(kāi)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(mén)全開(kāi)。因現(xiàn)場(chǎng)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(shí)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(jì)算方法為：

38x1.732x6x0.8=526KW

75x1.732x6x0.8=1039KW

88x1.732x6x0.8=1219KW

280x1.732x6x0.8=3880KW

改造后電機(jī)平均功率計(jì)算方法為：

26x1.732x6x0.95=428KW

46x1.732x6x0.95=757KW

56x1.732x6x0.95=921KW

216x1.732x6x0.95=3554KW

注：變頻運(yùn)行時(shí)，變頻輸入功率因數(shù)為0.95；工頻運(yùn)行時(shí)，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(shí)間為30天，其余時(shí)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(jì)算

1、（526-428）x300x24x0.5=35.3萬(wàn)元

2、（1039-757）x300x24x0.5=101.5萬(wàn)元

3、（1219-921）x300x24x0.5=107.3萬(wàn)元

4、（3880-3554）x300x24x0.5=117.4萬(wàn)元

則一年節(jié)省電費(fèi)為：35.3+101.5+107.3+117.4=361.5萬(wàn)元

2．改善工藝

現(xiàn)將改造前及改造后現(xiàn)場(chǎng)工況列表如下：

參考上述表格，可以看出：

該水泥生產(chǎn)線(xiàn)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(shí)，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(zhǎng)；高壓變頻器的頻率分辨率精確到0.01赫茲，調(diào)節(jié)及時(shí)，調(diào)節(jié)精度高，運(yùn)行人員在DCS側(cè)通過(guò)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(chē)現(xiàn)象嚴(yán)重。風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)方式基本通過(guò)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(dòng)問(wèn)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(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有很高的推廣價(jià)值。