科陸CL2700高壓變頻器在水泥廠風機上的應用
1、 引 言
水泥生產(chǎn)企業(yè)是國民經(jīng)濟生產(chǎn)中的能源消耗大戶，水泥行業(yè)已被列為國家節(jié)約資源的重點領域之一。在國務院提出加快建設節(jié)約型社會的政策環(huán)境下，提高水泥行業(yè)的節(jié)約型制造和應用水平，建立節(jié)約型水泥工業(yè)體系意義重大。在當前國內(nèi)外能源供需矛盾突出的情況下，水泥生產(chǎn)企業(yè)必須通過各種途徑降低能耗，以獲得最佳的經(jīng)濟效益和最高的勞動生產(chǎn)率。在水泥的生產(chǎn)中，電動機負載電耗就將近占成本的30％，而拖動風機用的高壓電動機在電機中占有很大的比重，對于一條水泥生產(chǎn)線其中有25%－30%的電能是用于拖動各種類型風機的，因此做好風機電動機的降耗增效工作就顯得極為重要。
目前很多水泥廠的風機大馬拉小車現(xiàn)象嚴重，同時由于工況、產(chǎn)量的變化，系統(tǒng)所需求的風量也隨之變化，大部分風機采用傳統(tǒng)做法：通過調(diào)節(jié)進、出風口風門的開度來實現(xiàn)調(diào)整風量，而該方法是以增加風阻、犧牲風機的效率來實現(xiàn)的，電能損耗嚴重。如果利用變頻調(diào)速技術改變風機的運行速度來調(diào)節(jié)風量的大小，既滿足了生產(chǎn)的要求，又達到了節(jié)約電能的目的，同時還減少了因調(diào)節(jié)擋板而造成的擋板和管道的磨損及經(jīng)常停機檢修所造成的經(jīng)濟損失。隨著電力電子技術及電計算機控制技術的發(fā)展，變頻技術日趨成熟，國際上對于風機的風量、風壓調(diào)節(jié)已普遍摒棄靠調(diào)整風門開度的手段，改而采用變轉速的電氣傳動調(diào)節(jié)，變頻調(diào)速已成為風機、泵類節(jié)能降耗的最佳和首選的電氣傳動方案。
在水泥廠風機采用變頻調(diào)速技術，能節(jié)約大量能源，提高生產(chǎn)效率，為水泥廠帶來較大的經(jīng)濟效益和社會效益。根據(jù)大量水泥生產(chǎn)線風機高壓變頻調(diào)速節(jié)能改造的具體經(jīng)驗，采用變頻調(diào)速后，風機的電耗降低15%～45%，電費若以0.50元/kWh計算，通常在一到三年就可收回變頻器設備和其它安裝等附加費用的總投資。
2、高壓變頻器在水泥生產(chǎn)線風機節(jié)能改造的應用及效益
變頻調(diào)速技術現(xiàn)已被應用于各行各業(yè)，深圳市變頻器有限公司的CL2700系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)從2006年起開始應用于水泥行業(yè)的電機節(jié)能改造，至今已成功應用于江西、廣西、云南、湖南湖北等地的新型干法水泥生產(chǎn)線的6個工藝位置的高壓風機，即：生料磨循環(huán)風機、煤磨循環(huán)風機、水泥磨循環(huán)風機、窯頭排風機、窯尾高溫風機、窯尾排風機，并取得了許多成功的改造經(jīng)驗，取得了顯著的經(jīng)濟效益。
下表是選擇不同類型風機應用高壓變頻改造后在系統(tǒng)滿載和相同環(huán)境、工藝條件要求下進行節(jié)能測試效果的實例數(shù)據(jù)：
特別需要指出的是，在新型干法水泥生產(chǎn)工藝中要求控制窯尾預熱器壓力的窯尾高溫循環(huán)風機，需要通過DCS的控制來對高溫循環(huán)風機的風量進行調(diào)節(jié)，原先設計一般采用液力耦合器、繞線電機轉子串阻調(diào)速等調(diào)速控制，而目前基本發(fā)展趨勢是在90年代迅速發(fā)展起來并在近幾年成熟的高壓交流變頻調(diào)速技術的技術和性能遠遠勝過以前采用的調(diào)速方式，在經(jīng)過大量成功的現(xiàn)場應用并顯示其巨大的節(jié)能效益后，高壓變頻器器成為國家水泥節(jié)能設計規(guī)范標準要求的設備?！ ?/FONT>
我國在2007年10月25日頒布、2008年 5月1日起執(zhí)行的強制性標準《GB50443-2007水泥廠節(jié)能設計規(guī)范》中的第4.3.5條規(guī)定：“窯尾高溫風機應采用變頻調(diào)速裝置”。水泥生產(chǎn)線的大容量風機采用變頻調(diào)速控制后，除實現(xiàn)節(jié)能降耗經(jīng)濟效益外，其他方面的效益也是明顯的：
(1) 改善了工藝，調(diào)速精度得到保證，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定并可提高產(chǎn)量。投入變頻器后可以平滑穩(wěn)定地調(diào)整風量風壓，提高了效率，特別是使生產(chǎn)線設備利用率得到保證，保證了順產(chǎn)，進一步提高了產(chǎn)量。
(2) 設備運行與維護費用下降：采用變頻調(diào)節(jié)后，避免原來轉子滑環(huán)燒損維護、更換的工作，以及液力耦合器油路、漏油的維護以及由于若打壞齒輪的維修工作，以及由此導致的停產(chǎn)損失；高壓變頻器的運行實踐證明其可靠性得到保證。
(3) 延長電機等設備的使用壽命。采用變頻調(diào)速后，可以實現(xiàn)軟起動和軟制動，幾乎不產(chǎn)生沖擊，避免水阻軟啟動3～4倍的沖擊電流、液力耦合器啟動時的4～7倍的沖擊電流，可大大延長電機定子、轉子軸及軸承等電氣與機械壽命。
(4) 目前單元級聯(lián)式的高壓變頻器，其輸入電流諧波含量小于國家標準要求的限制要求，功率因數(shù)可保證在0.95以上，與采用液力耦合器、轉子串阻等調(diào)速方式相比，輸入功率因數(shù)大大提高，再無需投資功率補償設備，并可降低有關的設備投資與維護費用。
3、高壓變頻器在水泥生產(chǎn)線風機應用的主要問題與應對措施
水泥廠因生產(chǎn)線風機從工藝上對風量、壓力的調(diào)節(jié)要求，對高壓變頻器有一定針對性的技術要求；特別是設備的應用現(xiàn)場環(huán)境惡劣，水泥生產(chǎn)現(xiàn)場一般粉塵較大，調(diào)速機械大多安裝在室外或庫下，環(huán)境較其它行業(yè)相比較為惡劣，而高壓變頻器作為電力電子器件與較精密的電子控制系統(tǒng)組成的設備來說，對環(huán)境有較高的要求，因此在水泥生產(chǎn)線風機上應用的高壓變頻器設備在設計、安裝、運行、維護過程中具有一定的特殊性，比較突出的問題如下：
(1) 高溫風機的管道“塌料”問題導致電機過流甚至跳停問題
國家水泥節(jié)能設計規(guī)范標準要求“窯尾高溫風機應采用變頻調(diào)速裝置”，而窯尾高溫風機是保證水泥生產(chǎn)線窯內(nèi)負壓的重要設備，即使在以往工頻運行采用液力耦合器調(diào)速的高溫風機，也常見由于管道“塌料”導致高溫風機電機過負荷跳閘，導致生產(chǎn)中斷。而對于由于變頻器裝置的電力電子器件的過負荷能力的限制，以上由于塌料造成的高溫風機過負荷導致的變頻器保護停機現(xiàn)象，如無專業(yè)技術是不可避免的，將給水泥生產(chǎn)線造成更大的損害。
高溫風機由于“塌料”導致的過負荷是由于在旋窯水泥生產(chǎn)線生產(chǎn)過程中的預熱器管壁上的粉塵粘附到一定厚度時就會坍塌脫落，造成管道內(nèi)粉塵濃度增大，阻力增加，負壓升高，使排風機負荷增加或如果垂直煙道或預熱器內(nèi)在清潔皮或有物料塌陷時，同樣也會造成氣流波動，使排風管內(nèi)氣流紊亂，造成高溫風機過負荷停機，該現(xiàn)象的頻繁出現(xiàn)對高溫風機電動機造成損壞。在實際使用過程中的“塌料”現(xiàn)象，會不定期的導致電機運行電流在極短的時間內(nèi)超出正常電流的數(shù)倍，如使用目前國內(nèi)外一般廠家的通用型高壓變頻器，可能導致變頻器運行過程中頻繁跳機，直接影響高溫風機與水泥生產(chǎn)線的正常運行。
目前國內(nèi)高壓變調(diào)速技術已經(jīng)解決了該問題，作為水泥行業(yè)高壓變頻器的制造商，深圳科陸變頻器公司的CL2700系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)特別針對高溫風機的運行工藝情況進行了大量的研究分析并研制出針對性的專業(yè)技術。該產(chǎn)品從2007年投入水泥生產(chǎn)線的變頻改造，技術研發(fā)人員經(jīng)過深入應用現(xiàn)場，了解掌握現(xiàn)場工藝情況，總結現(xiàn)場應用經(jīng)驗，推出了針對水泥生產(chǎn)線窯尾高溫風機的專用變頻器技術，從設備的硬件設計、控制軟件設計等多方面對高溫風機的不定期的尖峰負荷運行進行全方位針對性的設計改進。具有這種技術的高壓變頻器有效地避免了其他廠家的通用高壓變頻器在運行中由于“塌料”所導致的反復跳機，與工頻液耦運行相比也降低了跳機的可能性，從而使安裝了深圳科陸變頻器公司高溫風機專用變頻器的水泥生產(chǎn)線達到即節(jié)能又增效，降低電機和風機設備的故障率，為水泥企業(yè)保證生產(chǎn)安全性、經(jīng)濟性提供了技術與設備保證。根據(jù)目前在多條5000t/d旋窯生產(chǎn)線的高溫風機實際應用效果證明高壓變頻器基本上解決了高溫風機變頻器由于“塌料”導致的跳閘停運、生產(chǎn)中斷的問題，大大減少了由于高溫風機停運對生產(chǎn)造成的影響，降低了電機設備的故障率，取得了節(jié)能增效的巨大效益，得到了用戶的普遍好評。
(2) 風機高壓變頻改造對原配液耦、水阻的處理
目前國內(nèi)高壓變頻技術已經(jīng)成熟，選用運行可靠的成熟品牌的高壓變頻器進行風機變頻改造后，原來采用繞線式電機轉子串水阻調(diào)速的，可將轉子短接，使滑環(huán)不再通過電流，從而降低燒損；原來采用液力耦合器的，可以取消原液力耦合器，可按照液力耦合器的聯(lián)接尺寸設計制作一套連軸器代替液耦，連接軸的基座安裝尺寸、軸連接中心尺寸、軸徑尺寸、軸與電機及風機側的連接靠背輪均與原液耦一致，安裝時僅需將原液耦拆除，將連接軸代替液力耦合器，現(xiàn)場僅作少量調(diào)整即可達到安裝要求。
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