程培旺

（河北金牛化工股份有限公司，河北 滄州 061108）

水泥生產行業(yè)是耗能大戶，我國水泥行業(yè)與國際水泥生產先進能耗指標相比，還存在一定差距，節(jié)能空間較大。水泥生產能耗成本占總成本大約60%，做好節(jié)能工作，企業(yè)就抓住了降低生產成本的關鍵，也抓住了增加利潤、提高競爭力的關鍵。在水泥行業(yè)推廣應用節(jié)能技術，具有十分重大的意義。

河北金?；す煞萦邢薰舅喾止臼且噪娛鼮樵牧?，年產30萬t水泥的環(huán)保企業(yè)，公司現有一條年產20萬t熟料生產線，水泥生產線上的窯尾高溫風機，存在“大馬拉小車”的現象，同時由于工況、產量的變化，所需的風量也要隨之調整，以前通過調節(jié)進、出口風門的開度來調整風量，而該方法是以增加風阻、犧牲風機的效率來實現的，高溫風機設備的磨損厲害，電能損耗嚴重。經過多方調研考察，最終選用性價比較高的北京利德華福電子科技發(fā)展有限公司生產HARSVERT-A系列高壓變頻器對生產線上窯尾高溫風機進行變頻改造。

1 水泥生產設備簡介

生產工藝主要包括生料制備、熟料煅燒、熟料入庫與散裝發(fā)運、水泥配料及粉磨、水泥存貯等幾部分。在上述過程中原料粉磨與廢氣處理、煤粉制備、熟料燒成、水泥配料及粉磨工藝中有大功率的風機，可進行中高壓變頻改造。現結合實際工藝介紹一下變頻改造中主要風機-廢氣處理風機，其主要作用是使在整個生產過程中產生的廢氣經過除塵后排入大氣，窯尾高溫風機是熟料生產線上最重要的負載，高溫風機變頻改造是國家在水泥行業(yè)強制執(zhí)行的標準。

2 變頻改造方案

2.1 窯尾高溫風機的改造方案

原系統是采用繞線電機串電阻降壓啟動，然后全壓運行的方式進行控制的，如圖1所示。變頻改造后的系統主電路如圖2所示，從變頻器的輸入隔離開關QS1、輸出隔離開關QS2各取一對動斷觸點串入電阻柜內接觸器KM的合閘回路，保證變頻啟動時切除電阻啟動。

圖1 原系統主電路

圖2 變頻改造主電路

2.2 變頻改造后實現的功能

實現工變頻相互手動切換；將變頻控制納入用戶的DCS系統，實現遠方／就地控制；用戶的以往的保護在變頻時退出，工頻時保留；變頻器除了對電動機軟啟動外，具有過流、過壓、過載等保護。

2.3 高壓變頻器的特點

變頻器采用北京利德華福電子科技發(fā)展有限公司生產HARSVERT-A系列高壓變頻器。該系列變頻器采用H橋單元級聯式結構，輸入端采用隔離變壓器多級移相疊加的整流方式改善網側的電流波形，減少輸入端的電流諧波成分，提高功率因數，一般可達到0.95以上。輸出側采用先進的載波移相技術，減少輸出端的電壓諧波，實測輸入、輸出端的諧波都在4%以內，在國家標準要求的范圍內。并采用了星點漂移、飛車啟動、三次諧波補償技術、針對高溫風機的“塌料”功能等，使整套設備技術先進，單元備份經濟，更換方便，維護成本低，設備運行穩(wěn)定，滿足了用戶的需求。

3 高壓變頻器應用的主要問題與解決措施

水泥分公司生產線風機從工藝上對風量、風壓的調節(jié)要求，對高壓變頻器有一定針對性要求，特別是現場環(huán)境惡劣，一般粉塵較大，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組成的設備，對環(huán)境要求較高，因此在設計、安裝、運行、維護方面要有一定的針對性，主要表現在以下幾個方面。

3.1 高溫風機的管道“塌料”導致電動機過電流甚至跳停

由于在旋窯生產線生產過程中的窯尾管道的粉塵黏附到一定厚度時就會坍塌滑落，造成管道內粉塵濃度加大，阻力增加，負壓升高，造成高溫風機過負荷停機，該現象的頻繁出現對高溫風機電動機造成損壞，尤其是對碳刷和滑環(huán)的破壞。在實際使用過程中的塌料現象，會不定期的導致電動機運行電流在極短的時間內超出正常電流的數倍，如使用目前通用型變頻器，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線的正常運行。

北京利德華福電子科技發(fā)展有限公司的科研人員在總結高溫風機大量實踐經驗的技術上，推出了針對水泥生產線的窯尾高溫風機的專用變頻技術，從設備的硬件、控制軟件設計等多方面對高溫風機的不定期尖峰負荷運行進行全方位有針對性的改進設計。通過加大變頻器功率單元中IGBT功率器件的電流余量，以增加變頻器承受沖擊電流的能力。在過載保護時，提高保護電流的限值（2.5Ie～3.0Ie），延長保護設定時間（10s）以上，從而實現“塌料”期間不跳機，保證窯爐正常生產。“塌料”期間適當降低轉速，以降低電動機的輸出軸功率，從而降低輸出電流。

這樣有效避免了通用變頻器在運行中由于“塌料”所導致的反復跳機，從而使該條水泥生產線達到既節(jié)能又增效，降低了電動機和風機設備的故障率，為水泥企業(yè)保證安全生產、經濟運行提供了技術與設備保障。

3.2 變頻改造后對原系統的主電路的處理

原來采用繞線式電動機轉子串電阻調速的，可將轉子短接，使滑環(huán)不再流過電流，從而降低燒損。

3.3 電網電壓的波動等電源質量對高壓變頻器的影響

水泥分公司由母公司金?；す煞萦邢薰竟╇姡╇娰|量相對較高，對設備的電網適應性問題并不突出。高壓變頻器對電網的適應范圍寬（-85%Ue～＋115%Ue），采用單元故障線電壓均衡技術、工頻旁路、瞬時停電再啟動，包括相間短路保護等完善的保護措施，在提高啟動力矩和轉速精度的同時，提高了抗電網波動和負載擾動能力，大大提高了運行的可靠性。

3.4 散熱問題與環(huán)境條件

作為電力電子設備，變頻器自身損耗大約在3%～4%左右，由于高溫風機功率較大，因此必須做好變頻器室的散熱問題。由于水泥分公司環(huán)境比較惡劣，現場粉塵較大，可采用空調散熱與風道散熱相結合的方式，加強防塵設計和日常維護，定期進行濾網清潔，從而保證設備的正常運行。

4 應用情況

該系統自2008年11月份開始進行變頻器系統改造，在高溫風機上進行設備更新，到2009年3月10日投產，經過幾個月的試運行，收到了良好的效果。原來設備采用繞線電機轉子串水電阻調速啟動，額定轉速全速運行，靠調整出口擋風板的開度調節(jié)風量。這種調速方式存在明顯的缺點，如風門調節(jié)反應滯后，調節(jié)速度慢，調節(jié)精度不高；耗能嚴重，啟動過程復雜，電阻損耗大，維護工作量大。采用變頻器改造后，與其他調速方式相比具有巨大的優(yōu)勢。

（1）電動機可實現軟啟動，啟動電流非常小，減輕了對電網及機械部分的沖擊，有利于保護電網及電機。

（2）基本解決了高溫風機由于“塌料”導致的跳閘停運、生產中斷的問題，減少了對生產的影響，降低了電動機設備的故障率，取得了節(jié)能增效的巨大效益，得到了用戶的好評。

（3）改善了工藝，調速精度高，變頻器可以平滑、穩(wěn)定的調整風量，提高了效率，保證了產品質量的穩(wěn)定、可靠。

（4）采用變頻調速后，原來的轉子電阻滑環(huán)燒損、碳刷更換頻率降低，維護量減少很多，避免了設備的維護造成的停產損失，不僅使設備的運行與維護成本下降，也使運行的可靠性得到提高。

（5）變頻器實現了低頻、低壓的軟啟動，降低了啟動電流，避免了工頻下3～4倍的大電流，可延長電動機定子、轉子軸及軸承等電氣及機械壽命。

（6）可延長風機風葉、軸承等機械壽命。

改造前后窯尾高溫風機設備參數如下所示。

改造前，窯尾高溫風機設備中采用西安電機有限公司生產的型號為YRKK4502-6的電機，其參數：功率為355kW，額定電壓為6kV，額定電流為44.2A，功率因數為0.875，絕緣等級為F。

改造后，新高溫風機的運行參數：運行頻率為40Hz，輸入電流為26A，輸出電流為44.2A，輸入電壓為5950V，輸出電壓為5593V。

原工頻運行電流是37A，則每小時工頻用電量為P1＝287.99kW·h

每小時變頻用電量為P2＝262.09kW·h

每小時節(jié)約電量為ΔP＝P1-P2＝287.99-262.09＝25.9kW·h

節(jié)電率為η＝ΔP／P1＝25.9／287.99×100%＝9.1%

根據以上節(jié)能數據可以看出，節(jié)電率一般在10%左右，電費若以0.5元／（kW·h）計算，不到2年即可收回投資。除了節(jié)能降耗外，其他方面的效益也是非常明顯的。

5 結論

從改造后高溫風機的運行參數看，此次變頻器改造是非常成功的。水泥分公司有很多的大功率設備，其電能的損耗也是非常嚴重的，可借鑒在風機上改造的成功經驗，進行其他設備的變頻升級改造，其應用也是非常有前景的。

[1]唐英偉.中高壓變頻器在水泥行業(yè)中的運用[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2012.

[2]鄒敬軍.HIVERT高壓變頻器在水泥生產窯尾高漫風柜中的應用[J].城市建設理論研究，2012（28）.