科陸CL2700高壓變頻器在水泥廠風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用
1、 引 言
水泥生產(chǎn)企業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)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(diǎn)領(lǐng)域之一。在國務(wù)院提出加快建設(shè)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(yīng)用水平，建立節(jié)約型水泥工業(yè)體系意義重大。在當(dāng)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(jì)效益和最高的勞動生產(chǎn)率。在水泥的生產(chǎn)中，電動機(jī)負(fù)載電耗就將近占成本的30％，而拖動風(fēng)機(jī)用的高壓電動機(jī)在電機(jī)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(fēng)機(jī)的，因此做好風(fēng)機(jī)電動機(jī)的降耗增效工作就顯得極為重要。
目前很多水泥廠的風(fēng)機(jī)大馬拉小車現(xiàn)象嚴(yán)重，同時由于工況、產(chǎn)量的變化，系統(tǒng)所需求的風(fēng)量也隨之變化，大部分風(fēng)機(jī)采用傳統(tǒng)做法：通過調(diào)節(jié)進(jìn)、出風(fēng)口風(fēng)門的開度來實(shí)現(xiàn)調(diào)整風(fēng)量，而該方法是以增加風(fēng)阻、犧牲風(fēng)機(jī)的效率來實(shí)現(xiàn)的，電能損耗嚴(yán)重。如果利用變頻調(diào)速技術(shù)改變風(fēng)機(jī)的運(yùn)行速度來調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小，既滿足了生產(chǎn)的要求，又達(dá)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(jī)檢修所造成的經(jīng)濟(jì)損失。隨著電力電子技術(shù)及電計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，變頻技術(shù)日趨成熟，國際上對于風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓調(diào)節(jié)已普遍摒棄靠調(diào)整風(fēng)門開度的手段，改而采用變轉(zhuǎn)速的電氣傳動調(diào)節(jié)，變頻調(diào)速已成為風(fēng)機(jī)、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(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)，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(jì)效益和社會效益。根據(jù)大量水泥生產(chǎn)線風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)的電耗降低15%～45%，電費(fèi)若以0.50元/kWh計算，通常在一到三年就可收回變頻器設(shè)備和其它安裝等附加費(fèi)用的總投資。
2、高壓變頻器在水泥生產(chǎn)線風(fēng)機(jī)節(jié)能改造的應(yīng)用及效益
變頻調(diào)速技術(shù)現(xiàn)已被應(yīng)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(yīng)用于水泥行業(yè)的電機(jī)節(jié)能改造，至今已成功應(yīng)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(fēng)機(jī)，即：生料磨循環(huán)風(fēng)機(jī)、煤磨循環(huán)風(fēng)機(jī)、水泥磨循環(huán)風(fēng)機(jī)、窯頭排風(fēng)機(jī)、窯尾高溫風(fēng)機(jī)、窯尾排風(fēng)機(jī)，并取得了許多成功的改造經(jīng)驗，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
下表是選擇不同類型風(fēng)機(jī)應(yīng)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(jìn)行節(jié)能測試效果的實(shí)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(yù)熱器壓力的窯尾高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)，需要通過DCS的控制來對高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，原先設(shè)計一般采用液力耦合器、繞線電機(jī)轉(zhuǎn)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(shù)的技術(shù)和性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(yīng)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(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求的設(shè)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(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)《GB50443-2007水泥廠節(jié)能設(shè)計規(guī)范》中的第4.3.5條規(guī)定：“窯尾高溫風(fēng)機(jī)應(yīng)采用變頻調(diào)速裝置”。水泥生產(chǎn)線的大容量風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速控制后，除實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗經(jīng)濟(jì)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(fēng)量風(fēng)壓，提高了效率，特別是使生產(chǎn)線設(shè)備利用率得到保證，保證了順產(chǎn)，進(jìn)一步提高了產(chǎn)量。
(2) 設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用下降：采用變頻調(diào)節(jié)后，避免原來轉(zhuǎn)子滑環(huán)燒損維護(hù)、更換的工作，以及液力耦合器油路、漏油的維護(hù)以及由于若打壞齒輪的維修工作，以及由此導(dǎo)致的停產(chǎn)損失；高壓變頻器的運(yùn)行實(shí)踐證明其可靠性得到保證。
(3) 延長電機(jī)等設(shè)備的使用壽命。采用變頻調(diào)速后，可以實(shí)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(jī)定子、轉(zhuǎn)子軸及軸承等電氣與機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)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(bǔ)償設(shè)備，并可降低有關(guān)的設(shè)備投資與維護(hù)費(fèi)用。
3、高壓變頻器在水泥生產(chǎn)線風(fēng)機(jī)應(yīng)用的主要問題與應(yīng)對措施
水泥廠因生產(chǎn)線風(fēng)機(jī)從工藝上對風(fēng)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(shù)要求；特別是設(shè)備的應(yīng)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(jī)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(shè)備來說，對環(huán)境有較高的要求，因此在水泥生產(chǎn)線風(fēng)機(jī)上應(yīng)用的高壓變頻器設(shè)備在設(shè)計、安裝、運(yùn)行、維護(hù)過程中具有一定的特殊性，比較突出的問題如下：
(1) 高溫風(fēng)機(jī)的管道“塌料”問題導(dǎo)致電機(jī)過流甚至跳停問題
國家水泥節(jié)能設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求“窯尾高溫風(fēng)機(jī)應(yīng)采用變頻調(diào)速裝置”，而窯尾高溫風(fēng)機(jī)是保證水泥生產(chǎn)線窯內(nèi)負(fù)壓的重要設(shè)備，即使在以往工頻運(yùn)行采用液力耦合器調(diào)速的高溫風(fēng)機(jī)，也常見由于管道“塌料”導(dǎo)致高溫風(fēng)機(jī)電機(jī)過負(fù)荷跳閘，導(dǎo)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(fù)荷能力的限制，以上由于塌料造成的高溫風(fēng)機(jī)過負(fù)荷導(dǎo)致的變頻器保護(hù)停機(jī)現(xiàn)象，如無專業(yè)技術(shù)是不可避免的，將給水泥生產(chǎn)線造成更大的損害。
高溫風(fēng)機(jī)由于“塌料”導(dǎo)致的過負(fù)荷是由于在旋窯水泥生產(chǎn)線生產(chǎn)過程中的預(yù)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(fù)壓升高，使排風(fēng)機(jī)負(fù)荷增加或如果垂直煙道或預(yù)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(fēng)管內(nèi)氣流紊亂，造成高溫風(fēng)機(jī)過負(fù)荷停機(jī)，該現(xiàn)象的頻繁出現(xiàn)對高溫風(fēng)機(jī)電動機(jī)造成損壞。在實(shí)際使用過程中的“塌料”現(xiàn)象，會不定期的導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)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(dǎo)致變頻器運(yùn)行過程中頻繁跳機(jī)，直接影響高溫風(fēng)機(jī)與水泥生產(chǎn)線的正常運(yùn)行。
目前國內(nèi)高壓變調(diào)速技術(shù)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(fēng)機(jī)的運(yùn)行工藝情況進(jìn)行了大量的研究分析并研制出針對性的專業(yè)技術(shù)。該產(chǎn)品從2007年投入水泥生產(chǎn)線的變頻改造，技術(shù)研發(fā)人員經(jīng)過深入應(yīng)用現(xiàn)場，了解掌握現(xiàn)場工藝情況，總結(jié)現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗，推出了針對水泥生產(chǎn)線窯尾高溫風(fēng)機(jī)的專用變頻器技術(shù)，從設(shè)備的硬件設(shè)計、控制軟件設(shè)計等多方面對高溫風(fēng)機(jī)的不定期的尖峰負(fù)荷運(yùn)行進(jìn)行全方位針對性的設(shè)計改進(jìn)。具有這種技術(shù)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(yùn)行中由于“塌料”所導(dǎo)致的反復(fù)跳機(jī)，與工頻液耦運(yùn)行相比也降低了跳機(jī)的可能性，從而使安裝了深圳科陸變頻器公司高溫風(fēng)機(jī)專用變頻器的水泥生產(chǎn)線達(dá)到即節(jié)能又增效，降低電機(jī)和風(fēng)機(jī)設(shè)備的故障率，為水泥企業(yè)保證生產(chǎn)安全性、經(jīng)濟(jì)性提供了技術(shù)與設(shè)備保證。根據(jù)目前在多條5000t/d旋窯生產(chǎn)線的高溫風(fēng)機(jī)實(shí)際應(yīng)用效果證明高壓變頻器基本上解決了高溫風(fēng)機(jī)變頻器由于“塌料”導(dǎo)致的跳閘停運(yùn)、生產(chǎn)中斷的問題，大大減少了由于高溫風(fēng)機(jī)停運(yùn)對生產(chǎn)造成的影響，降低了電機(jī)設(shè)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(fēng)機(jī)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(shù)已經(jīng)成熟，選用運(yùn)行可靠的成熟品牌的高壓變頻器進(jìn)行風(fēng)機(jī)變頻改造后，原來采用繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串水阻調(diào)速的，可將轉(zhuǎn)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(shè)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(jī)及風(fēng)機(jī)側(cè)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(dá)到安裝要求。
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