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

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

   一、項目概況

    峨勝水泥始建于1985年，1998年改制成有限責任公司（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1120萬(wàn)噸，已用我公司多臺變頻器。2010年再上節能新項目，即九里制造二廠(chǎng)一車(chē)間生料磨循環(huán)風(fēng)機、窯頭和窯尾排風(fēng)機、煤磨排風(fēng)機等4臺高壓高耗能設備的變頻改造工程。這是在九里制造一廠(chǎng)3條5000t/d生產(chǎn)線(xiàn)完成高壓變頻改造后的進(jìn)一步推廣應用。

   項目實(shí)施由該廠(chǎng)技術(shù)中心統籌，設備管理部和九里制造二廠(chǎng)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(chǎng)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、窯頭和窯尾排風(fēng)機、煤磨排風(fēng)機4臺變頻器的安裝和調試等全部工作，并于10月26日全部正式投運。據初步監測，該線(xiàn)噸熟料電耗下降了3.5千瓦時(shí)、成本降低2.2元，年可節省電費達300多萬(wàn)元。

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

   該生產(chǎn)線(xiàn)四臺風(fēng)機由蘭州電機有限責任公司生產(chǎn)的轉子繞線(xiàn)異步電動(dòng)機拖動(dòng)，原運行方式為電機全速運行帶動(dòng)液力耦合器，通過(guò)調整液力耦合器和擋風(fēng)板的開(kāi)度來(lái)調節風(fēng)量的大小。由于電網(wǎng)容量有限，電機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，再通過(guò)調節風(fēng)門(mén)開(kāi)度調整風(fēng)量大小。這樣的運行方式存在如下弊端：

   1.調速范圍有限，無(wú)法軟啟

   液力耦合器調速屬低效調速方式，調速范圍有限，高速丟轉約5%-10%，低速轉差損耗大，因效率與轉速成正比，低速時(shí)效率極低，精度低、線(xiàn)性度差、響應慢、啟動(dòng)電流大、裝置大，必須加裝在設備和電機之間，不適合改造；無(wú)法軟啟動(dòng)，耦合器故障時(shí)，無(wú)法切換運行，維護復雜、費用大，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)調節反應滯后，調節速度慢，調節精度不高

   依靠風(fēng)門(mén)調節執行器來(lái)調節風(fēng)門(mén)開(kāi)度，受機械部分限制調節速度有限，調節精度亦受到影響，往往對現場(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)度指示出現偏差，造成調節的誤差增加而滿(mǎn)足不了現場(chǎng)工藝的要求。

   3．風(fēng)門(mén)調節浪費電能，不科學(xué)，不經(jīng)濟

   水泥廠(chǎng)初期投建時(shí)，出于后續可能擴建及運行安全和日久磨損的角度考慮，電機及風(fēng)機的余量選用較大，電機額定電流為90A，而電機實(shí)際運行電流平均僅為75A左右，采用風(fēng)門(mén)調節，人為改變了風(fēng)道的阻力曲線(xiàn)，大量的能源白白浪費在了風(fēng)門(mén)上。

   4．電機全速運行受到考驗，維護周期短

  因電機全速運行，電機軸承和風(fēng)機等機械部分磨損較快，且軸承溫升較高，轉子滑環(huán)上的碳刷磨損相當嚴重，更換周期短。

   三、調速方式的選擇

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

  1.變頻器采用液晶顯示數字界面，調整觸摸式面板，可隨時(shí)顯示電壓、電流、頻率、電機轉速，可非常直觀(guān)地顯示電機在任何時(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.高壓變頻器具有國際通用的外部接口，可以同可編程控制器（PLC）和工控機等各種儀表連接，并可以與原設備控制回路相連接，構成部分閉環(huán)系統，如與原DCS系統實(shí)現數據交換和聯(lián)鎖控制。

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

  5.電機可實(shí)現軟啟動(dòng)、軟制動(dòng)；啟動(dòng)電流小，小于電機的額定電流；電機啟動(dòng)的時(shí)間可連續可調，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(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現遠程監控功能。

   7.減少配件損耗，延長(cháng)設備使用壽命，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。

  四、改造項目具體實(shí)施方案和過(guò)程

   根據現場(chǎng)的實(shí)際情況，旁路柜采用了一拖一手動(dòng)方案。此結構是手動(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)柜內的斷路器）。要求QS2和QS3不能同時(shí)閉合，在機械上實(shí)現互鎖。變頻運行時(shí)，QS1和QS2閉合，QS3斷開(kāi)；工頻運行時(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)使負載投入工頻電網(wǎng)運行等。

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

   由于立磨循環(huán)風(fēng)機電機功率較大（4000KW），不能直接工頻啟動(dòng)電機，故該臺電機原來(lái)先用水阻裝置啟動(dòng)電機，啟動(dòng)結束后再自動(dòng)短接轉子滑環(huán)，電機全速運行后再調節液力耦合器調節風(fēng)機風(fēng)量。其他三臺風(fēng)機功率較小，先直接工頻啟動(dòng)電機，然后再調節液力耦合器調整風(fēng)機風(fēng)量。由于用戶(hù)考慮到如變頻器損壞要工頻啟機問(wèn)題，現場(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，直接短接電機轉子滑環(huán)，切除水電阻裝置，由高壓變頻器對電機實(shí)現軟啟動(dòng)；取高壓變頻器工頻旁路信號送至DCS，DCS分斷星接柜，恢復高壓電機的串水電阻啟動(dòng)功能。

  現場(chǎng)設備銘牌參數如下：
 
             
  五、改造效果

  1.節能效果相當明顯，經(jīng)濟效益顯著(zhù)

   峨勝水泥該5000t/d生產(chǎn)線(xiàn)變頻改造后，取得了顯著(zhù)的節能效果，改造前風(fēng)機風(fēng)門(mén)的開(kāi)啟經(jīng)常在70%左右，電機全速運行；變頻改造后，風(fēng)機變速運行，風(fēng)門(mén)全開(kāi)。因現場(chǎng)工況變化不是很大，變頻調速系統經(jīng)常運行在42Hz左右，與調節檔板時(shí)的消耗功率大大減少，節電效果與經(jīng)濟效益顯著(zhù)，變頻改造前后，電機的運行數據如下表所示：
 
             

   上述表格中，改造前電機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：變頻運行時(shí)，變頻輸入功率因數為0.95；工頻運行時(shí)，功率因數為電機功率因數0.80。

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

1、（526-428）×300×24×0.5=35.3萬(wàn)元
2、（1039-757）×300×24×0.5=101.5萬(wàn)元
3、（1219-921）×300×24×0.5=107.3萬(wàn)元
4、（3880-3554）×300×24×0.5=117.4萬(wàn)元

  則一年節省電費為：35.3+101.5+107.3+117.4=361.5萬(wàn)元

   2．改善工藝

  現將改造前及改造后現場(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，變頻器低頻運行時(shí)，電機及風(fēng)機旋轉速度降低，電機及風(fēng)機的軸溫降低，機械噪音降低，整體維護周期延長(cháng)；高壓變頻器的頻率分辨率精確到0.01赫茲，調節及時(shí)，調節精度高，運行人員在DCS側通過(guò)監控界面很方便的調節電機的運行頻率。

  六、結論

   目前很多水泥廠(chǎng)的風(fēng)機大馬拉小車(chē)現象嚴重。風(fēng)機的風(fēng)量調節方式基本通過(guò)擋板進(jìn)行調節，耗能大，經(jīng)濟效益差，設備損壞嚴重，急需采用先進(jìn)的高壓變頻調速進(jìn)行技術(shù)改造，以降低水泥廠(chǎng)的電耗，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。實(shí)踐證明，水泥行業(yè)風(fēng)機采用高壓變頻調速技術(shù)，是必要、可行的，且經(jīng)濟效益顯著(zhù)。

  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(chǎng)風(fēng)機的變頻改造，成功解決了水泥生產(chǎn)中的塌料引起的負載波動(dòng)問(wèn)題，大大提高設備運行的可靠性，節約大量能源，為水泥廠(chǎng)帶來(lái)較大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，具有很高的推廣價(jià)值。