程培旺

（河北金牛化工股份有限公司，河北 滄州 061108）

水泥生產(chǎn)行業(yè)是耗能大戶，我國水泥行業(yè)與國際水泥生產(chǎn)先進(jìn)能耗指標(biāo)相比，還存在一定差距，節(jié)能空間較大。水泥生產(chǎn)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(chǎn)成本的關(guān)鍵，也抓住了增加利潤、提高競爭力的關(guān)鍵。在水泥行業(yè)推廣應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，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(chǎn)30萬t水泥的環(huán)保企業(yè)，公司現(xiàn)有一條年產(chǎn)20萬t熟料生產(chǎn)線，水泥生產(chǎn)線上的窯尾高溫風(fēng)機(jī)，存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象，同時(shí)由于工況、產(chǎn)量的變化，所需的風(fēng)量也要隨之調(diào)整，以前通過調(diào)節(jié)進(jìn)、出口風(fēng)門的開度來調(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，高溫風(fēng)機(jī)設(shè)備的磨損厲害，電能損耗嚴(yán)重。經(jīng)過多方調(diào)研考察，最終選用性價(jià)比較高的北京利德華福電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)HARSVERT-A系列高壓變頻器對(duì)生產(chǎn)線上窯尾高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造。

1 水泥生產(chǎn)設(shè)備簡介

生產(chǎn)工藝主要包括生料制備、熟料煅燒、熟料入庫與散裝發(fā)運(yùn)、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(fēng)機(jī)，可進(jìn)行中高壓變頻改造?，F(xiàn)結(jié)合實(shí)際工藝介紹一下變頻改造中主要風(fēng)機(jī)-廢氣處理風(fēng)機(jī)，其主要作用是使在整個(gè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣經(jīng)過除塵后排入大氣，窯尾高溫風(fēng)機(jī)是熟料生產(chǎn)線上最重要的負(fù)載，高溫風(fēng)機(jī)變頻改造是國家在水泥行業(yè)強(qiáng)制執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)。

2 變頻改造方案

2.1 窯尾高溫風(fēng)機(jī)的改造方案

原系統(tǒng)是采用繞線電機(jī)串電阻降壓啟動(dòng)，然后全壓運(yùn)行的方式進(jìn)行控制的，如圖1所示。變頻改造后的系統(tǒng)主電路如圖2所示，從變頻器的輸入隔離開關(guān)QS1、輸出隔離開關(guān)QS2各取一對(duì)動(dòng)斷觸點(diǎn)串入電阻柜內(nèi)接觸器KM的合閘回路，保證變頻啟動(dòng)時(shí)切除電阻啟動(dòng)。

圖1 原系統(tǒng)主電路

圖2 變頻改造主電路

2.2 變頻改造后實(shí)現(xiàn)的功能

實(shí)現(xiàn)工變頻相互手動(dòng)切換；將變頻控制納入用戶的DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方／就地控制；用戶的以往的保護(hù)在變頻時(shí)退出，工頻時(shí)保留；變頻器除了對(duì)電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)外，具有過流、過壓、過載等保護(hù)。

2.3 高壓變頻器的特點(diǎn)

變頻器采用北京利德華福電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)HARSVERT-A系列高壓變頻器。該系列變頻器采用H橋單元級(jí)聯(lián)式結(jié)構(gòu)，輸入端采用隔離變壓器多級(jí)移相疊加的整流方式改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，減少輸入端的電流諧波成分，提高功率因數(shù)，一般可達(dá)到0.95以上。輸出側(cè)采用先進(jìn)的載波移相技術(shù)，減少輸出端的電壓諧波，實(shí)測輸入、輸出端的諧波都在4%以內(nèi)，在國家標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi)。并采用了星點(diǎn)漂移、飛車啟動(dòng)、三次諧波補(bǔ)償技術(shù)、針對(duì)高溫風(fēng)機(jī)的“塌料”功能等，使整套設(shè)備技術(shù)先進(jìn)，單元備份經(jīng)濟(jì)，更換方便，維護(hù)成本低，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，滿足了用戶的需求。

3 高壓變頻器應(yīng)用的主要問題與解決措施

水泥分公司生產(chǎn)線風(fēng)機(jī)從工藝上對(duì)風(fēng)量、風(fēng)壓的調(diào)節(jié)要求，對(duì)高壓變頻器有一定針對(duì)性要求，特別是現(xiàn)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(tǒng)組成的設(shè)備，對(duì)環(huán)境要求較高，因此在設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行、維護(hù)方面要有一定的針對(duì)性，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 高溫風(fēng)機(jī)的管道“塌料”導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過電流甚至跳停

由于在旋窯生產(chǎn)線生產(chǎn)過程中的窯尾管道的粉塵黏附到一定厚度時(shí)就會(huì)坍塌滑落，造成管道內(nèi)粉塵濃度加大，阻力增加，負(fù)壓升高，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(duì)高溫風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)造成損壞，尤其是對(duì)碳刷和滑環(huán)的破壞。在實(shí)際使用過程中的塌料現(xiàn)象，會(huì)不定期的導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流在極短的時(shí)間內(nèi)超出正常電流的數(shù)倍，如使用目前通用型變頻器，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。

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(jié)高溫風(fēng)機(jī)大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)上，推出了針對(duì)水泥生產(chǎn)線的窯尾高溫風(fēng)機(jī)的專用變頻技術(shù)，從設(shè)備的硬件、控制軟件設(shè)計(jì)等多方面對(duì)高溫風(fēng)機(jī)的不定期尖峰負(fù)荷運(yùn)行進(jìn)行全方位有針對(duì)性的改進(jìn)設(shè)計(jì)。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(hù)時(shí)，提高保護(hù)電流的限值（2.5Ie～3.0Ie），延長保護(hù)設(shè)定時(shí)間（10s）以上，從而實(shí)現(xiàn)“塌料”期間不跳機(jī)，保證窯爐正常生產(chǎn)?！八稀逼陂g適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速，以降低電動(dòng)機(jī)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(yùn)行中由于“塌料”所導(dǎo)致的反復(fù)跳機(jī)，從而使該條水泥生產(chǎn)線達(dá)到既節(jié)能又增效，降低了電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)設(shè)備的故障率，為水泥企業(yè)保證安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了技術(shù)與設(shè)備保障。

3.2 變頻改造后對(duì)原系統(tǒng)的主電路的處理

原來采用繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的，可將轉(zhuǎn)子短接，使滑環(huán)不再流過電流，從而降低燒損。

3.3 電網(wǎng)電壓的波動(dòng)等電源質(zhì)量對(duì)高壓變頻器的影響

水泥分公司由母公司金?；す煞萦邢薰竟╇?，供電質(zhì)量相對(duì)較高，對(duì)設(shè)備的電網(wǎng)適應(yīng)性問題并不突出。高壓變頻器對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)范圍寬（-85%Ue～＋115%Ue），采用單元故障線電壓均衡技術(shù)、工頻旁路、瞬時(shí)停電再啟動(dòng)，包括相間短路保護(hù)等完善的保護(hù)措施，在提高啟動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)速精度的同時(shí)，提高了抗電網(wǎng)波動(dòng)和負(fù)載擾動(dòng)能力，大大提高了運(yùn)行的可靠性。

3.4 散熱問題與環(huán)境條件

作為電力電子設(shè)備，變頻器自身損耗大約在3%～4%左右，由于高溫風(fēng)機(jī)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(xiàn)場粉塵較大，可采用空調(diào)散熱與風(fēng)道散熱相結(jié)合的方式，加強(qiáng)防塵設(shè)計(jì)和日常維護(hù)，定期進(jìn)行濾網(wǎng)清潔，從而保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

4 應(yīng)用情況

該系統(tǒng)自2008年11月份開始進(jìn)行變頻器系統(tǒng)改造，在高溫風(fēng)機(jī)上進(jìn)行設(shè)備更新，到2009年3月10日投產(chǎn)，經(jīng)過幾個(gè)月的試運(yùn)行，收到了良好的效果。原來設(shè)備采用繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子串水電阻調(diào)速啟動(dòng)，額定轉(zhuǎn)速全速運(yùn)行，靠調(diào)整出口擋風(fēng)板的開度調(diào)節(jié)風(fēng)量。這種調(diào)速方式存在明顯的缺點(diǎn)，如風(fēng)門調(diào)節(jié)反應(yīng)滯后，調(diào)節(jié)速度慢，調(diào)節(jié)精度不高；耗能嚴(yán)重，啟動(dòng)過程復(fù)雜，電阻損耗大，維護(hù)工作量大。采用變頻器改造后，與其他調(diào)速方式相比具有巨大的優(yōu)勢。

（1）電動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流非常小，減輕了對(duì)電網(wǎng)及機(jī)械部分的沖擊，有利于保護(hù)電網(wǎng)及電機(jī)。

（2）基本解決了高溫風(fēng)機(jī)由于“塌料”導(dǎo)致的跳閘停運(yùn)、生產(chǎn)中斷的問題，減少了對(duì)生產(chǎn)的影響，降低了電動(dòng)機(jī)設(shè)備的故障率，取得了節(jié)能增效的巨大效益，得到了用戶的好評(píng)。

（3）改善了工藝，調(diào)速精度高，變頻器可以平滑、穩(wěn)定的調(diào)整風(fēng)量，提高了效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定、可靠。

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

（5）變頻器實(shí)現(xiàn)了低頻、低壓的軟啟動(dòng)，降低了啟動(dòng)電流，避免了工頻下3～4倍的大電流，可延長電動(dòng)機(jī)定子、轉(zhuǎn)子軸及軸承等電氣及機(jī)械壽命。

（6）可延長風(fēng)機(jī)風(fēng)葉、軸承等機(jī)械壽命。

改造前后窯尾高溫風(fēng)機(jī)設(shè)備參數(shù)如下所示。

改造前，窯尾高溫風(fēng)機(jī)設(shè)備中采用西安電機(jī)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為YRKK4502-6的電機(jī)，其參數(shù)：功率為355kW，額定電壓為6kV，額定電流為44.2A，功率因數(shù)為0.875，絕緣等級(jí)為F。

改造后，新高溫風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)：運(yùn)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(yùn)行電流是37A，則每小時(shí)工頻用電量為P1＝287.99kW·h

每小時(shí)變頻用電量為P2＝262.09kW·h

每小時(shí)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(jù)以上節(jié)能數(shù)據(jù)可以看出，節(jié)電率一般在10%左右，電費(fèi)若以0.5元／（kW·h）計(jì)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(jié)論

從改造后高溫風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)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(shè)備，其電能的損耗也是非常嚴(yán)重的，可借鑒在風(fēng)機(jī)上改造的成功經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行其他設(shè)備的變頻升級(jí)改造，其應(yīng)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(yùn)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(chǎn)窯尾高漫風(fēng)柜中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究，2012（28）.