劉捷

摘 要 文章主要介紹中壓變頻器在水泥生產(chǎn)線中取代液力耦合器的變頻改造方案，并對變頻器和液力耦合器進(jìn)行了比較，提出了采用中壓變頻器的改造方案和節(jié)能措施，通過改造前后對比，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞 變頻調(diào)速；液力耦合器；變頻改造；節(jié)能

中圖分類號：TQl72 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）14-0092-02

經(jīng)過國家新一輪的落后產(chǎn)能淘汰，我國的水泥生產(chǎn)行業(yè)淘汰競爭非常激烈，除了產(chǎn)量的競爭，關(guān)鍵還是水泥生產(chǎn)成本的競爭，水泥生產(chǎn)中電耗就占成本的30%～40%。水泥生產(chǎn)中使用大量的風(fēng)機(jī)，而中高壓電動機(jī)作為風(fēng)機(jī)的原動力非常普遍，因此做好這類電動機(jī)的節(jié)能就可以顯著節(jié)約水泥的生產(chǎn)成本。中壓變頻器技術(shù)目前已經(jīng)比較成熟，故障率較小，是水泥廠節(jié)能改造的理想設(shè)備，具有很高的應(yīng)用價值。在水泥生產(chǎn)工藝中，原有的風(fēng)量調(diào)節(jié)是通過液力耦合器連接風(fēng)機(jī)加以實(shí)現(xiàn)的，液力耦合器本身是以液體為工作介質(zhì)，利用液體的特性將動能傳遞給葉片式傳動機(jī)械軸輸出。而給液力耦合器原動能的中壓電動機(jī)啟動后一直處于滿載狀態(tài)運(yùn)行，形成巨大的耗能浪費(fèi)。但是在中壓變頻器技術(shù)成熟前，液力耦合器一直是水泥行業(yè)大功率風(fēng)機(jī)調(diào)速的主要方式，液力耦合器與風(fēng)機(jī)風(fēng)量控制圖如圖1所示。風(fēng)量的調(diào)節(jié)主要通過改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)，而風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速改變是通過液力耦合器的調(diào)速系統(tǒng)來完成的。調(diào)速系統(tǒng)由液力耦合器及其附屬設(shè)備組成。

變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)成熟，現(xiàn)已開始大量應(yīng)用于水泥行業(yè)，廣西某水泥企業(yè)于2004年起開始進(jìn)行節(jié)能改造，首先對風(fēng)機(jī)類負(fù)載引入變頻調(diào)速進(jìn)行節(jié)能改造，將中壓變頻器應(yīng)用于水泥生產(chǎn)當(dāng)中的各種大功率風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)，為相關(guān)企業(yè)節(jié)約了巨大電能，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益，積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1 變頻調(diào)速系統(tǒng)中壓變頻器原理特點(diǎn)

中壓電動機(jī)采用的是三相交流電源，由轉(zhuǎn)速公式n=60f/p（1-s）可知，調(diào)速方式中只有通過改變頻率f可以實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，并且這樣的變頻調(diào)速可以有較寬的調(diào)速范圍，這為風(fēng)機(jī)類負(fù)載的節(jié)能提供了巨大空間。所以，變頻調(diào)速已成為風(fēng)機(jī)類負(fù)載最主要的調(diào)速方式，在很多水泥制造領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。本項(xiàng)目依據(jù)實(shí)際情況，從投資金額、產(chǎn)品穩(wěn)定性、適用性等指標(biāo)，中壓變頻器選用西門子旗下的羅賓康完美無諧波系列中壓變頻器，羅賓康“完美無諧波”系列變頻器廣泛用于電廠、水泥廠等企業(yè)風(fēng)機(jī)、泵的變頻拖動。

中壓變頻器的輸出方式以羅賓康中壓變頻器為例，它是直接高壓輸出的方式。這種方式有以下特點(diǎn)十分明顯，首先輸出直接輸出6 kV電壓給到電動機(jī)，無需輸出變壓器，也無需功率因數(shù)補(bǔ)償裝置、諧波濾波器等，同時諧波分量小，電源變壓器損耗小。采用了多重化的脈寬調(diào)制技術(shù)，直接輸出正弦波形，避免了中高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中常見的諧波問題，集成度高，體積緊湊，占地面積小。

2 變頻器和液力耦合器的比較優(yōu)勢

在采用變頻器之前，該集團(tuán)水泥生產(chǎn)線中壓傳動系統(tǒng)多采用液力耦合器，與采用中壓變頻器相比較如下。

1）速度可調(diào)范圍明顯擴(kuò)大。中壓變頻器調(diào)速可以達(dá)到10：1～100：1的范圍，而液力耦合器最大只有4：1。

2）速度調(diào)節(jié)的精度高。中壓變頻器輸出頻率可以0.1 Hz進(jìn)行變化，而且穩(wěn)定性高，液力耦合器調(diào)速精度差，轉(zhuǎn)速波動大，進(jìn)口的液力耦合器調(diào)速，轉(zhuǎn)速經(jīng)常在5100～5400 r/min之間波動，給生產(chǎn)帶來了不利影響，難以保證穩(wěn)定生產(chǎn)。

3）效率顯著提高。變頻調(diào)速無轉(zhuǎn)差損耗，效率可以高達(dá)0.95以上，而液力耦合器屬轉(zhuǎn)差損耗型調(diào)速，其負(fù)載的轉(zhuǎn)速越低，其效率越低，是低效調(diào)速設(shè)備。

4）無額定轉(zhuǎn)速損失。因?yàn)橐毫︸詈掀鞑皇莿傂赃B接，存在著固定轉(zhuǎn)速損失，即在額定轉(zhuǎn)速時輸出的轉(zhuǎn)速總是不能達(dá)到電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速，大約有3%左右的損失。而中壓變頻器沒有轉(zhuǎn)速損失問題，風(fēng)機(jī)與電動機(jī)同軸剛性連接，電動機(jī)轉(zhuǎn)速就是風(fēng)機(jī)負(fù)載的轉(zhuǎn)速。

5）具有軟啟動性能，啟動平穩(wěn)，運(yùn)行可靠。中壓變頻器具有真正意義上的軟起動功能，是一種理想的軟啟動設(shè)備。通過變頻器內(nèi)部功能設(shè)置參數(shù)，可以限制使起動電流，設(shè)置最佳啟動方式，避免出現(xiàn)對電網(wǎng)沖擊和啟動扭矩不足。變頻器是一種集成系統(tǒng)，先進(jìn)可靠，維護(hù)方便，故障率低。液力耦合器的原動機(jī)屬于需要特別的啟動設(shè)備，容易對電網(wǎng)造成沖擊，并且維護(hù)、使用復(fù)雜，投入成本高，而液力耦合器本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有漏油和打壞齒輪等經(jīng)常性故障，可靠性差，故障率高。

3 典型的變頻改造方案及效果

1）改造方案。

我們以典型的干法懸窯水泥生產(chǎn)線流程作為介紹，其窯燒成系統(tǒng)流程簡圖如圖2所示。

這個系統(tǒng)的旋窯是一個日產(chǎn)5000噸的耐熱鋼筒。它里面已經(jīng)內(nèi)鑲好各種耐火磚。生料經(jīng)過預(yù)熱后從窯尾進(jìn)入到窯中進(jìn)行混合、煅燒，這個過程窯是要不停的轉(zhuǎn)動的。在窯尾有一個高溫風(fēng)機(jī)要將降溫后的余熱廢氣抽出。由于耐熱鋼筒容量大，要求風(fēng)量也很大，所以一般高溫風(fēng)機(jī)的電動機(jī)配置為6 kV的電壓，功率達(dá)到2500 kW，原來用液力耦合器調(diào)速，改造后由中壓變頻器實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)，最后達(dá)到控制要求值。

變頻調(diào)速系統(tǒng)配置如圖3所示。三相高壓6 kV的交流電源經(jīng)過開關(guān)柜直接給到中壓變頻器，變頻器經(jīng)企業(yè)的DCS控制系統(tǒng)通過4～20 mA的電流給定控制信號進(jìn)行控制，直接帶中壓電動機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻控制功能，而風(fēng)機(jī)因?yàn)殡妱訖C(jī)轉(zhuǎn)速的變化實(shí)現(xiàn)了風(fēng)量的變化調(diào)節(jié)，同時附帶的例如緊急停車、風(fēng)機(jī)跳閘停車等保護(hù)信號直接給到變頻器，由變頻器實(shí)現(xiàn)保護(hù)動作。

2）改造效果分析。

經(jīng)過采用中壓變頻器改造后，我們將改造前后的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)將部分?jǐn)?shù)據(jù)分析整理如下。

企業(yè)的水泥線進(jìn)行了變頻節(jié)能改造，共應(yīng)用了8臺中壓大功率變頻器，分別應(yīng)用在如表1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(fēng)機(jī)相應(yīng)的節(jié)電功率。endprint

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(yùn)行28天，年運(yùn)行11個月，即7392小時計(jì)算，可推算出風(fēng)機(jī)的節(jié)電量及節(jié)電效益。

4 結(jié)論

根據(jù)該公司水泥生產(chǎn)線變頻節(jié)能改造后的使用情況，明顯看到中壓變頻器調(diào)速替換液力耦合器調(diào)速的好處：首先是安裝簡單，操作使用方便，在原高壓開關(guān)柜與電動機(jī)之間接入中壓變頻器，操作上只需要中壓變頻器操作做簡單的開機(jī)、停機(jī)和頻率調(diào)整；其次能進(jìn)行無級調(diào)速，調(diào)速范圍廣，且調(diào)速精度高，電動機(jī)運(yùn)行振動及噪聲明顯下降，軸承溫度也有很大的下降。中壓變頻器在水泥生產(chǎn)線中實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行安全、穩(wěn)定、可靠，節(jié)能效果顯著，為該企業(yè)的正常生產(chǎn)和節(jié)能降耗作出了巨大貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]李香燕，李廣義.中壓變頻器在液氨泵調(diào)速中的應(yīng)用[J].電工技術(shù)，2013，11（3）.

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[10]張燦，徐進(jìn)，黃文歡.高壓變頻器與液力耦合器調(diào)速的比較[J].煤礦現(xiàn)代化，2009（6）：65-66.

[11]趙家禮.三相異步電動機(jī)檢測技術(shù)問答[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007：156-161.

[12]王兆義.變頻器應(yīng)用第二版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012：221-225.endprint

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(yùn)行28天，年運(yùn)行11個月，即7392小時計(jì)算，可推算出風(fēng)機(jī)的節(jié)電量及節(jié)電效益。

4 結(jié)論

根據(jù)該公司水泥生產(chǎn)線變頻節(jié)能改造后的使用情況，明顯看到中壓變頻器調(diào)速替換液力耦合器調(diào)速的好處：首先是安裝簡單，操作使用方便，在原高壓開關(guān)柜與電動機(jī)之間接入中壓變頻器，操作上只需要中壓變頻器操作做簡單的開機(jī)、停機(jī)和頻率調(diào)整；其次能進(jìn)行無級調(diào)速，調(diào)速范圍廣，且調(diào)速精度高，電動機(jī)運(yùn)行振動及噪聲明顯下降，軸承溫度也有很大的下降。中壓變頻器在水泥生產(chǎn)線中實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行安全、穩(wěn)定、可靠，節(jié)能效果顯著，為該企業(yè)的正常生產(chǎn)和節(jié)能降耗作出了巨大貢獻(xiàn)。

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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(yùn)行28天，年運(yùn)行11個月，即7392小時計(jì)算，可推算出風(fēng)機(jī)的節(jié)電量及節(jié)電效益。

4 結(jié)論

根據(jù)該公司水泥生產(chǎn)線變頻節(jié)能改造后的使用情況，明顯看到中壓變頻器調(diào)速替換液力耦合器調(diào)速的好處：首先是安裝簡單，操作使用方便，在原高壓開關(guān)柜與電動機(jī)之間接入中壓變頻器，操作上只需要中壓變頻器操作做簡單的開機(jī)、停機(jī)和頻率調(diào)整；其次能進(jìn)行無級調(diào)速，調(diào)速范圍廣，且調(diào)速精度高，電動機(jī)運(yùn)行振動及噪聲明顯下降，軸承溫度也有很大的下降。中壓變頻器在水泥生產(chǎn)線中實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行安全、穩(wěn)定、可靠，節(jié)能效果顯著，為該企業(yè)的正常生產(chǎn)和節(jié)能降耗作出了巨大貢獻(xiàn)。

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