HARSVERT-A高壓變頻器在水泥回轉(zhuǎn)窯中的應(yīng)用

　　一、前言 

　　變頻調(diào)速技術(shù)現(xiàn)已被應(yīng)用于各行各業(yè)，我公司于2004年起開始將高壓變頻器應(yīng)用于水泥行業(yè)的電機節(jié)能改造，至今已成功用于水泥廠窯尾排風機、高溫風機、窯頭煤磨風機、窯頭過剩風機，生料磨循環(huán)風機的節(jié)能改造，取得了許多成功的改造經(jīng)驗，并取得了顯著的經(jīng)濟效益。

　　典型應(yīng)用案例：2007年6-7月，利德華福在山水集團中標18臺設(shè)備，其中應(yīng)用較多的是淄博山水水泥公司和平陰山水水泥公司的各兩條日產(chǎn)量5000T生產(chǎn)線的高溫風機、窯頭煤磨風機、窯頭過剩風機，生料磨循環(huán)風機等風機，進行變頻節(jié)能改造，都取得良好的節(jié)能效果，下面對改造情況作一簡單介紹。

　　二、原來用液力耦合器缺陷：

　　1.液力耦合器屬于一種機械調(diào)速設(shè)備。液力耦合器的原理決定了液力耦合器有5-8%的速度損失。同時功率損失變?yōu)闊崃浚挂簤河蜏剡^高。需要大量冷卻水冷卻液壓油。
　　2. 在實際運行中油溫高于95℃以上，使冷卻器的水易結(jié)垢堵塞，造成故障。
　　3. 由于液力耦合器是用液壓油傳遞功率，因此速度控制不穩(wěn)定、功率因數(shù)低、調(diào)速精度差。
　　4. 液力耦合器整機效率低，功率因數(shù)低，調(diào)速精度差，調(diào)速本身的損耗大、維護量大、二次成本過高，所以節(jié)能效果不明顯。

　　三、高壓變頻調(diào)速簡介：

　　異步電動機的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率f來改變同步轉(zhuǎn)速而實現(xiàn)調(diào)速的，在調(diào)速中從高速到低速都可以保持較小的轉(zhuǎn)差率，因而消耗轉(zhuǎn)差功率小，效率高，是異步電動機最為合理的調(diào)速方法。

　　由公式n＝60f/p（1-s）可以看出，若均勻地改變供電頻率f，即可平滑地改變電動機的同步轉(zhuǎn)速。異步電動機變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬、平滑性較高、機械特性較硬的優(yōu)點，目前，變頻調(diào)速已成為異步電動機最主要的調(diào)速方式，在很多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。

　　高壓變頻調(diào)速具有如下顯著的優(yōu)點：

　?。?）由負載檔板或閥門調(diào)節(jié)導致的大量節(jié)流損失，在變頻后不再存在；
　?。?）異步電動機功率因數(shù)由變頻前的0.85左右提高到變頻后的0.95以上；
　?。?）可實現(xiàn)零轉(zhuǎn)速啟動，無啟動沖擊電流，從而降低了啟動負載，減輕了沖擊扭振。
　　（4）高壓變頻器本身損耗極小，整機效率在97%以上。
對離心式風機而言，流體力學有以下原理：輸出風量Q與轉(zhuǎn)速n成正比；輸出壓力H與轉(zhuǎn)速n的平方成正比；輸出軸功率P與轉(zhuǎn)速n的立方成正比；即：
Q1/Q2＝n1/n2，H1/H2＝(n1/n2)2，P1/P2＝(n1/n2)3

　　當風機風量需要改變時，如調(diào)節(jié)風門的開度，則會使大量電能白白消耗在閥門及管路系統(tǒng)阻力上。如采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)風量，可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。變頻調(diào)速時，當風機低于額定轉(zhuǎn)速時，理論節(jié)電為：
E=〔1-( n′/n)3〕×P×T (kW·h)
式中： n是額定轉(zhuǎn)速，n′是實際轉(zhuǎn)速，P是額定轉(zhuǎn)速時電機功率，T是工作時間。

　　可見，通過變頻對風機進行改造，不但節(jié)能，而且大大提高了設(shè)備運行性能。以上公式為變頻節(jié)能提供了充分的理論依據(jù)。

　　四、變頻器和液力偶合器的比較：

　　1.HARSVERT-A高壓變頻器調(diào)速范圍為0~100%；液力偶合器的調(diào)速范圍一般為40~95%，即高速段造成約5%的速度損失，影響機組的出力。液力偶合器最低一般只能到額定速度的40%。

　　2.HARSVERT-A高壓變頻器在整個調(diào)速范圍內(nèi)都具有較高的效率（大于96%），而液力偶合器在調(diào)速越低時效率越低，本身帶來不小的損耗，調(diào)速的節(jié)能效果大打折扣。

　　3.HARSVERT-A高壓變頻器對電機及負載機械實現(xiàn)真正的軟啟動，徹底解決了啟動沖擊問題，如果工藝需要，電機可以在短時間內(nèi)多次重復啟動。液力偶合器不能解決電機啟動問題，電機仍然為直接啟動，需要啟動裝置，啟動沖擊也大，并且不能頻繁啟動。

　　4.用HARSVERT-A高壓變頻器對電機進行調(diào)速改造時，只需脫開原來的開關(guān)和電機的連接電纜，加入高壓變頻器即可，不動電機和機械的連接關(guān)系，不用改動任何基礎(chǔ)，也不存在場地限制問題。用液力偶合器做調(diào)速改造，必須將液力偶合器串入電機和機械的連接軸中，需要移動和重新澆注設(shè)備基礎(chǔ)，有些地方空間也未必允許。

　　5.HARSVERT-A高壓變頻器是高科技設(shè)備，可靠性高，基本免維護。液力偶合器是機械設(shè)備，本身包含油路、水路等多套系統(tǒng)，故障率高，維修工作量大，造成有效生產(chǎn)時間的縮短。

　　五、高溫風機變頻改造方案： 

　　以水泥廠耗電量較高的高溫風機為例，日產(chǎn)5000t的生產(chǎn)線，高溫風機電機配置為6kV/2500kW，原來用液力耦合器調(diào)速，改造后在高溫風機的電機與風機之間由高壓變頻器對電機本身進行調(diào)速，最后達到調(diào)整窯尾預熱器（高溫風機入口）的壓力為工況要求值。

　　根據(jù)水泥廠提供的負載參數(shù)及運行工況，利德華福為窯尾高溫風機配置高壓變頻器型號是：HARSVERT-A06/300（額定電壓6kV，額定電流300A）。

　　六、窯尾高溫風機系統(tǒng)簡介

　　淄博山水水泥廠和平陰山水水泥生產(chǎn)線為干法懸窯，其窯燒成系統(tǒng)流程簡圖如圖1所示：

圖1：窯燒成系統(tǒng)流程簡圖

　　日產(chǎn)5000噸旋窯是一個有4度斜角、直徑4.8米、長74米的耐熱鋼筒，內(nèi)鑲各種耐火磚。從預熱器來的生料從窯尾進入到窯中，借助窯的轉(zhuǎn)動來促進生料在旋窯內(nèi)高溫下混合、煅燒，物料依靠窯筒體的斜度及窯的轉(zhuǎn)動在窯內(nèi)向前運動。窯內(nèi)燃燒產(chǎn)生的余熱廢氣，在窯尾高溫風機的作用下，通過預熱器對進入窯尾前的生料進行預熱均化，降溫后的余熱廢氣再通過高溫風機抽出進入廢氣處理（除塵及排出）。

　　七、改造過程簡述

　　為減小安裝成本，動力電纜保留了原高壓柜至電機的電纜，將電纜原接線由高壓柜牽至高壓變頻器，再重新由高壓柜到高壓變頻器敷設(shè)一根動力電纜，由于高壓變頻器房緊鄰高壓室，此電纜長度較短。

　　由于此高壓變頻器功率較大，發(fā)熱量較大，為保證足夠的通風冷卻效果，在變壓器柜頂和功率柜頂分別獨立安裝了一整體風罩，與各自的出風口連成整體，把高壓變頻器散出的熱風排出室外，保證高壓變頻器整體冷卻通風要求。

　　八、變頻改造節(jié)能情況統(tǒng)計：

　　變頻改造前后，我們對相應(yīng)的運行數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計，現(xiàn)將部分數(shù)據(jù)分析整理如下。

　　1.淄博山水水泥1、2#窯風機改造前后對比表

　　淄博山水水泥有限公司改造設(shè)備，應(yīng)用了利德華福共計8臺高壓大功率變頻器，分別應(yīng)用以下場合： 

從上述數(shù)據(jù)可以明確看出改造后窯系統(tǒng)各風機相應(yīng)的節(jié)電功率。

　　根據(jù)我們在設(shè)備調(diào)試和開窯過程中記錄的數(shù)據(jù)，按每天24小時，月運行28天，年運行11個月，即7392小時計算，可推算出風機的節(jié)電量及節(jié)電效益。

　　以1#窯所有風機為例計算節(jié)能效果：

　　節(jié)電功率：（790－661）+（774－681）+（2221－1777）+（348－247）＝767（kW），年節(jié)電量： 767kW×7392小時＝566.96萬kW·h，年節(jié)電效益：566.96萬kW·h×0.5元/kW·h＝283.48萬元。

　　2.平陰山水水泥1、2#窯風機改造前后對比表

　　平陰山水水泥有限公司改造設(shè)備，應(yīng)用了利德華福共計5臺高壓大功率變頻器，分別應(yīng)用以下場合：

　　由于平陰山水水泥窯的密封較好，所以節(jié)能效果也比較好，其中尤以高溫風機效果最好，現(xiàn)簡單計算高溫風機節(jié)電量，根據(jù)我們在設(shè)備調(diào)試和開窯過程中記錄的數(shù)據(jù)，平陰山水1#窯在5500T/D的產(chǎn)量下，高溫風機6kV側(cè)電流約為156A，耗電功率約為1430kW，比改造前同產(chǎn)量耗電功率下降約490kW。2#窯在5500t的產(chǎn)量下，高溫風機6kV側(cè)電流約為148A，耗電功率約為1380kW，比改造前同產(chǎn)量耗電功率下降約510kW。

　　按每天24小時，月運行28天，年運行11個月，即7392小時計算，可推算出兩臺高溫風機的節(jié)電量及節(jié)電效益。

　　1#窯高溫風機：

　　節(jié)電功率： 1920－1430＝490（kW），年節(jié)電量：490 kW×7392小時＝362.2萬kW·h，年節(jié)電效益：362.2萬kW·h×0.64元/kW·h＝231.8萬元。

　　2#窯高溫風機：
　　節(jié)電功率： 1890－1380＝510（kW），年節(jié)電量：510 kW×7392小時＝377萬kW·h，年節(jié)電效益：377萬kW·h×0.64元/kW·h＝241.3萬元。

　　此數(shù)據(jù)為估算節(jié)電值，變頻改造的另一大收益是提高了窯系統(tǒng)的產(chǎn)量近19%，由此而產(chǎn)生的增產(chǎn)效益也是非常大的。

　　九、變頻改造總結(jié)

　　根據(jù)我公司在山水水泥廠各個風機的高壓變頻器的安裝及使用情況，總結(jié)高壓變頻器改造有以下優(yōu)點：

　　1.安裝簡單，即將原高壓開關(guān)柜與電動機之間插入安裝高壓變頻器，對原有接線改動不大。
　　2.操作使用方便，高壓變頻器操作只有簡單的開機、停機和頻率調(diào)整。
　　3.能進行無級調(diào)速，調(diào)速范圍廣，且調(diào)速精度高，適用性強。
　　4.保護功能完善，故障率低，排風機啟動平穩(wěn)，啟動電流小，可靠性高。
　　5.電動機不需長期高速運行，工作電流大幅度下降，節(jié)電效果顯著。
　　6.由于高壓變頻器取代了液耦調(diào)速，消除了機械及液壓高故障率的缺陷，設(shè)備維護費用降低。
　　7.電動機運行振動及噪聲明顯下降，軸承溫度也有很大的下降。
　　8.交流變頻調(diào)速器，以適用性強、可靠性高、操作使用方便等性能，受到用戶的歡迎。它應(yīng)用在調(diào)速、節(jié)電、軟啟動方面，對企業(yè)有很大的實用價值。我公司高壓變頻器在這兩個水泥廠對共13臺電機進行了成功的改造，其節(jié)能效果明顯，且同時提高了整個系統(tǒng)的工藝性能，得到用戶的好評，并在當?shù)厮嘈袠I(yè)中產(chǎn)生了很大的影響。

　　十、結(jié)束語

　　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，而電動機電耗就占成本近30%，而拖動風機用的高壓電動機在電機中占有很大的比重，因此做好電動機的降耗增效工作就顯得極為重要。高壓變頻器技術(shù)目前已經(jīng)比較成熟，故障率較小，是