摘 要：本文介紹了深圳市匯川技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)的HD92高壓變頻器在云南某建材水泥有限責任公司風(fēng)機中的應用情況。結果表明，實(shí)現了水泥生產(chǎn)線(xiàn)風(fēng)機的高效運行，達到了節能降耗的目的。

  關(guān)鍵詞：高壓變頻器 水泥 風(fēng)機 節能

  1引言

  現場(chǎng)的水泥集團是云南某建材集團投資25億興建的非煤支柱產(chǎn)業(yè)，首期建設四條日產(chǎn)5000噸熟料生產(chǎn)線(xiàn)、六座年產(chǎn)100萬(wàn)噸粉磨站。豐富的煤炭、電力等資源優(yōu)勢，緊傍川、滇、貴三地交叉口等便利的交通優(yōu)勢，博士、碩士、高級工程師為骨干的人才優(yōu)勢，規范的企業(yè)管理，短短幾年時(shí)間就已經(jīng)成長(cháng)為地方水泥龍頭企業(yè)。

  該集團水泥二期一條日產(chǎn)5000噸新型干法熟料生產(chǎn)線(xiàn)（帶余熱發(fā)電及其配套設施），該項目充分吸取一期工程中的經(jīng)驗，采用了大型輥式立磨、第三代預熱器、純低溫余熱發(fā)電、變頻技術(shù)、高效除塵器等先進(jìn)的節能減排技術(shù)和裝備，是代表中國水泥最高水平的節能減排應用示范線(xiàn)，先進(jìn)的工藝裝備為公司今后優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗提供了有力保障，也為公司可持續發(fā)展奠定了堅實(shí)基礎。

  2用戶(hù)現場(chǎng)設備介紹

  該水泥二期5000噸/天生產(chǎn)線(xiàn)循環(huán)風(fēng)機與高溫風(fēng)機所有的風(fēng)機電機，均采用匯川技術(shù)生產(chǎn)的HD92系列高壓變頻器進(jìn)行控制。

  現將生產(chǎn)線(xiàn)中各主要風(fēng)機簡(jiǎn)要敘述如下：

   高溫風(fēng)機：窯尾和熔爐內的燃燒后的高溫氣體，經(jīng)過(guò)高溫風(fēng)機的牽引進(jìn)入五級預熱器。生料和煤粉從最上面投料，經(jīng)過(guò)第一級到第五級的預熱，第五級時(shí)的煤粉和生料溫度已經(jīng)很高，進(jìn)入熔爐時(shí)開(kāi)始劇烈燃燒。煅燒后的熔體進(jìn)入回轉窯，一氧化碳和其它氣體再回到預熱器。加熱完生料和煤的高溫氣體，經(jīng)過(guò)高溫風(fēng)機牽引，進(jìn)入余熱發(fā)電設備。余熱發(fā)電后的氣體溫度仍然比較高，被加濕器加濕降溫后，一部分進(jìn)入原料立磨，另一部分進(jìn)入布袋收塵器，回收再利用。

   循環(huán)風(fēng)機：生料磨也是立磨，磨制經(jīng)過(guò)前級破碎的石灰石和其它輔助配料，磨制成合乎要求的生料粉，經(jīng)過(guò)選粉機選粉，合格的生料粉隨循環(huán)風(fēng)帶走，不合格的生料被重新打回生料磨重新磨制。循環(huán)風(fēng)機把含有合格生料的氣體抽走，氣體進(jìn)入4級旋風(fēng)筒，大量的生料沉入旋風(fēng)筒下部的料斗，經(jīng)過(guò)皮帶運輸機輸送到生料庫。其他的含少量生料的氣體絕大部分被循環(huán)風(fēng)機送入布袋收塵器。布袋收塵器回收來(lái)的生料也要送到生料器。未進(jìn)入布袋收塵器的氣體被循環(huán)風(fēng)機重新打回生料磨，重新循環(huán)。循環(huán)風(fēng)機的作用就是把含料氣體帶走，生料過(guò)濾后，再重新循環(huán)回生料磨。

   水泥生產(chǎn)線(xiàn)由于產(chǎn)量有時(shí)大小有變化，需要各風(fēng)機的風(fēng)量也要隨著(zhù)產(chǎn)量的不同，隨時(shí)變化，需要對風(fēng)機風(fēng)量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，達到控制工藝和節能降耗的目的，因此需要對各風(fēng)機進(jìn)行調速控制。變頻器作為電動(dòng)機的調速設備，有著(zhù)其他調速設備和方法無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。調速范圍寬，無(wú)級調速，啟動(dòng)沖擊小，輸入功率因數高，提高了電纜和變壓器的帶載能力和利用率，同時(shí)降低了生產(chǎn)成本。相對于風(fēng)門(mén)和液耦調節方式，設備運行效率更高，也符合國家節能減排政策的要求。
  
                  
                                        圖1 現場(chǎng)照片

生料磨循環(huán)風(fēng)機電機參數如下：
  
                 
 
  高溫風(fēng)機電機參數如下：
   
              

    3 匯川技術(shù)HD92系列高壓變頻器技術(shù)特點(diǎn)

  匯川HD92系列高壓變頻器以高速浮點(diǎn)DSP為控制核心，采用矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標遠小于IEE519-1992的諧波國家標準，輸入功率因數高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題，可以使用普通的異步電機。2011年底，匯川高壓變頻器被評為中國高壓變頻器行業(yè)明星產(chǎn)品。具體來(lái)說(shuō)，匯川高壓變頻器除具有一般普通變頻器的性能外，還具有以下突出特點(diǎn)： 

(1)采用高速DSP+RAM+FPGA作為核心處理器，運算速度更快，控制更精準。

(2)飛車(chē)啟動(dòng)功能。能夠識別電機的速度并在電機不停轉的情況下直接啟動(dòng)。

(3)完整的工頻/變頻自動(dòng)互切技術(shù)。匯川技術(shù)提供的自動(dòng)旁路切換柜，不僅可實(shí)現變頻故障情況下自動(dòng)由變頻轉換至工頻運行狀態(tài)，還可實(shí)現在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉換至變頻運行的功能，整個(gè)轉換過(guò)程不會(huì )對用戶(hù)設備的運行造成任何影響。

(4)旋轉中再啟動(dòng)功能。運行過(guò)程中高壓瞬時(shí)掉電3s內恢復，高壓變頻器不停機，高壓恢復后變頻自動(dòng)運行到掉電前的頻率。

(5) 具備突發(fā)相間短路保護功能。如果由于設備原因及其他原因造成輸出短路，此時(shí)如果變頻器不具備相間短路保護功能，將會(huì )導致重大事故。匯川變頻器在發(fā)生類(lèi)似問(wèn)題時(shí)能夠立即封鎖變頻器輸出，保護設備不受損害，避免事故的發(fā)生。

(6) 節能數據實(shí)時(shí)顯示功能。HD92系列高壓變頻器的人機界面采用匯川技術(shù)自己的HMI產(chǎn)品實(shí)現，具備多個(gè)參數實(shí)時(shí)顯示功能，特別是可以顯示HD92高壓變頻器的節電數據。

  4 匯川高壓變頻器在水泥行業(yè)應用中的主要問(wèn)題與應對措施

  4.1高溫風(fēng)機的管道“塌料”問(wèn)題導致電機過(guò)流甚至跳停問(wèn)題

  匯川技術(shù)作為目前國內水泥行業(yè)高壓變頻器的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)制造商，其研制的高壓變頻調速系統特別針對高溫風(fēng)機的運行情況進(jìn)行了研究分析，并提出相應的解決方案。技術(shù)研發(fā)人員經(jīng)過(guò)深入應用現場(chǎng)，了解掌握高溫風(fēng)機的不定期的尖峰負荷運行情況，總結應用經(jīng)驗，推出了針對水泥生產(chǎn)線(xiàn)窯尾高溫風(fēng)機的專(zhuān)用技術(shù)，從硬件設計、控制軟件設計等多方面，對高壓變頻器進(jìn)行全方位的設計改進(jìn)，有效地避免了一般高壓變頻器在運行中由于“塌料”所導致的反復跳機，為水泥企業(yè)保證生產(chǎn)安全性、經(jīng)濟性作出了可靠保證。匯川高壓變頻器目前已在多條旋窯生產(chǎn)線(xiàn)的高溫風(fēng)機得到實(shí)際應用，解決了高溫風(fēng)機變頻器由于“塌料”導致的跳閘停運、生產(chǎn)中斷的問(wèn)題，大大降低了由于高溫風(fēng)機停運對生產(chǎn)造成的影響，取得節能、增效的巨大效益，得到用戶(hù)普遍認可。

  4.2 電機在旋轉情況下啟動(dòng)的問(wèn)題

  由于風(fēng)門(mén)擋板在未關(guān)嚴或其他原因，受風(fēng)機的拖動(dòng)，電機處于旋轉狀態(tài)，啟動(dòng)在旋轉中的電機時(shí)，匯川高壓變頻器可自動(dòng)搜索跟蹤電動(dòng)機轉速并按照設定加減速時(shí)間啟動(dòng)電機（即飛車(chē)啟動(dòng)），保證風(fēng)機安全運行。

   對旋轉中再啟動(dòng)功能的需求，系統提供完備的參數設定功能，保證系統動(dòng)作有效，保護得當，真正適應現場(chǎng)運行工藝要求。

   4.3多種控制保證措施，保證產(chǎn)品可靠運行

   水泥行業(yè)連續生產(chǎn)的性質(zhì)決定了用于水泥廠(chǎng)的高壓變頻器需要有高可靠性，保證安全生產(chǎn)。水泥廠(chǎng)一般地處偏遠，供電質(zhì)量相對不高，對設備的電網(wǎng)適應性問(wèn)題突出。相對進(jìn)口品牌高壓變頻器，匯川技術(shù)高壓變頻器拓撲結構采用功率單元串聯(lián)技術(shù)，產(chǎn)品對電網(wǎng)電壓的適應范圍寬（－65％～115％Un），單元故障自動(dòng)旁路、星點(diǎn)漂移技術(shù)、工頻旁路、瞬時(shí)停電再啟動(dòng)功能、相間短路等多項完善的保護功能技術(shù)，提高了抗電網(wǎng)波動(dòng)和負載擾動(dòng)能力，大大提高產(chǎn)品在水泥應用現場(chǎng)的可靠性。

   5變頻改造控制方案

  5.1方案介紹

  該廠(chǎng)水泥高溫風(fēng)機及循環(huán)風(fēng)機分別采用匯川技術(shù)生產(chǎn)的高壓變頻器進(jìn)行一拖一控制。變頻調速系統接入水泥廠(chǎng)現有的DCS系統，DCS根據生產(chǎn)的負荷情況，實(shí)現對風(fēng)機風(fēng)量的實(shí)時(shí)控制。通過(guò)DCS對5臺高壓變頻器運行狀態(tài)進(jìn)行集中監控。變頻調速系統操作方面，有遠程控制和本地控制兩種方式，這兩種控制方式可提高系統的可靠性。

  5.2變頻控制旁路柜

  1800K高溫風(fēng)機、3150kW循環(huán)風(fēng)機旁路柜采用一拖一自動(dòng)工/變頻切換方案。旁路柜在變頻器進(jìn)、出線(xiàn)端增加了2個(gè)隔離刀閘，以便在變頻器退出而電機運行于旁路時(shí)，能安全地進(jìn)行變頻器的故障處理或維護工作。通過(guò)切換，可以在變頻器故障狀態(tài)下，切換到工頻狀態(tài)運行，其主回路如下圖所示：
 
                   
                                     圖 2 電氣圖

  K1、K2為2個(gè)高壓隔離刀閘，K1、K2處于變頻運行回路上，KM1、KM2為變頻上電瞬間實(shí)現限流電阻切換時(shí)所用，K10為用戶(hù)工、變頻轉換改造時(shí)加的一個(gè)轉換開(kāi)關(guān)。KM2與KM3采用互鎖，確保不向變頻器輸出端反送電。當變頻運行時(shí)，K10打到變頻位置，K1、K2，KM3斷開(kāi)；變頻上電后，通過(guò)內部程序KM1會(huì )自動(dòng)吸合將限流電阻引入主回路以消除大電流沖擊，上電3S后，KM2吸合（或手動(dòng)控制合閘）。當工頻運行時(shí)，K1、K2斷開(kāi)，KM3閉合，K10打到工頻位置，實(shí)現原來(lái)的串電阻啟動(dòng)方式。

  這是高壓變頻器工變頻手動(dòng)切換的典型應用。

  6變頻改造后設備節能情況

  為了對比變頻改造節能情況，基本相同產(chǎn)量下，工頻、變頻相應的運行數據進(jìn)行了統計，現將部分數據分析整理如下。

  6.1 設備概況水泥生產(chǎn)線(xiàn)風(fēng)機及選用高壓變頻器設備表
     
                     
                         
           相同產(chǎn)量情況下運行數據對比 

      
                           
               
                               圖3 應用照片

 

  7結束語(yǔ)

   目前，水泥行業(yè)的競爭非常激烈，但關(guān)鍵還是制造成本的競爭。電動(dòng)機電耗占成本近30％，因此做好電動(dòng)機的降耗增效工作就顯得尤為重要。從該廠(chǎng)水泥5000t/d生產(chǎn)線(xiàn)風(fēng)機變頻改造使用效果看，高壓變頻器系統運行穩定，維護量小，節能效果顯著(zhù)，為用戶(hù)的正常生產(chǎn)和節能降耗做出了貢獻。高壓變頻調速器節能技術(shù)目前已經(jīng)比較成熟，是水泥廠(chǎng)節能改造的理想手段，具有很高的推廣價(jià)值。

  深圳市匯川技術(shù)股份有限公司專(zhuān)注于工業(yè)自動(dòng)化控制產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售，定位服務(wù)于中高端設備制造商，以擁有自主知識產(chǎn)權的工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)為基礎，以快速為客戶(hù)提供個(gè)性化的解決方案為主要經(jīng)營(yíng)模式，實(shí)現企業(yè)價(jià)值與客戶(hù)價(jià)值共同成長(cháng)。匯川在全國擁有66個(gè)辦事處，236家授權代理商，90家全國聯(lián)保中心。欲進(jìn)一步了解匯川，請訪(fǎng)問(wèn) www.inovance.cn。