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   【摘 要】：本文介紹了峨勝水泥九里制造二廠一車間生料磨循環風機、窯頭和窯尾排風機、煤磨排風機等4臺高壓高耗能設備的變頻改造工程。這是在九里制造一廠3條5000t/d生產線完成高壓變頻改造后的進一步推廣應用。

   【關鍵詞】：生料磨循環風機,窯頭排風機,窯尾排風機,煤磨排風機高壓變頻器,節能

   一、項目概況

    峨勝水泥始建于1985年，1998年改制成有限責任公司（四川峨眉山水泥有限公司），2007年9月變更為股份有限公司（四川峨勝水泥股份有限公司）。現擁有資產40億元，員工2800余人。新型干法水泥生產線7條，水泥總產達1120萬噸，已用我公司多臺變頻器。2010年再上節能新項目，即九里制造二廠一車間生料磨循環風機、窯頭和窯尾排風機、煤磨排風機等4臺高壓高耗能設備的變頻改造工程。這是在九里制造一廠3條5000t/d生產線完成高壓變頻改造后的進一步推廣應用。

   項目實施由該廠技術中心統籌，設備管理部和九里制造二廠實施，在提前做好電氣室施工、電纜放線等前期工作后，10月23日變頻器抵廠即迅速組織柜體安裝、接線，僅4天就順利完成了生料磨循環風機、窯頭和窯尾排風機、煤磨排風機4臺變頻器的安裝和調試等全部工作，并于10月26日全部正式投運。據初步監測，該線噸熟料電耗下降了3.5千瓦時、成本降低2.2元，年可節省電費達300多萬元。

   二、生料磨循環風機、窯頭和窯尾排風機、煤磨排風機改變頻拖動的必要性

   該生產線四臺風機由蘭州電機有限責任公司生產的轉子繞線異步電動機拖動，原運行方式為電機全速運行帶動液力耦合器，通過調整液力耦合器和擋風板的開度來調節風量的大小。由于電網容量有限，電機不允許直接工頻帶載啟動，只能先帶動液力耦合器，再慢慢加大液力耦合器開度來啟動風機，再通過調節風門開度調整風量大小。這樣的運行方式存在如下弊端：

   1.調速范圍有限，無法軟啟

   液力耦合器調速屬低效調速方式，調速范圍有限，高速丟轉約5%-10%，低速轉差損耗大，因效率與轉速成正比，低速時效率極低，精度低、線性度差、響應慢、啟動電流大、裝置大，必須加裝在設備和電機之間，不適合改造；無法軟啟動，耦合器故障時，無法切換運行，維護復雜、費用大，不能滿足提高裝置整體自動化水平的需要。

  2．風門調節反應滯后，調節速度慢，調節精度不高

   依靠風門調節執行器來調節風門開度，受機械部分限制調節速度有限，調節精度亦受到影響，往往對現場的風量控制不是很到位，并且，隨使用年限增加，擋板開度指示出現偏差，造成調節的誤差增加而滿足不了現場工藝的要求。

   3．風門調節浪費電能，不科學，不經濟

   水泥廠初期投建時，出于后續可能擴建及運行安全和日久磨損的角度考慮，電機及風機的余量選用較大，電機額定電流為90A，而電機實際運行電流平均僅為75A左右，采用風門調節，人為改變了風道的阻力曲線，大量的能源白白浪費在了風門上。

   4．電機全速運行受到考驗，維護周期短

  因電機全速運行，電機軸承和風機等機械部分磨損較快，且軸承溫升較高，轉子滑環上的碳刷磨損相當嚴重，更換周期短。

   三、調速方式的選擇

   目前，大功率高壓異步電動機的主要調速方式有以下幾種：串級調速、內反饋串級調速、液力耦合器調速及變頻調速等。高壓變頻調速較其他調速方式有以下無法比擬的優點：

  1.變頻器采用液晶顯示數字界面，調整觸摸式面板，可隨時顯示電壓、電流、頻率、電機轉速，可非常直觀地顯示電機在任何時間的實時狀態。

   2.精確的頻率分辨率和高的調速精度，完全可以滿足各種生產工藝工況的需要。

   3.高壓變頻器具有國際通用的外部接口，可以同可編程控制器（PLC）和工控機等各種儀表連接，并可以與原設備控制回路相連接，構成部分閉環系統，如與原DCS系統實現數據交換和聯鎖控制。

   4.具有電力電子保護和工業電氣保護功能，保證變頻器和電機在正常運行和故障時安全可靠。

  5.電機可實現軟啟動、軟制動；啟動電流小，小于電機的額定電流；電機啟動的時間可連續可調，減少了對電網的影響。

   6.具有就地和異地操作功能，另可通過互聯網實現遠程監控功能。

   7.減少配件損耗，延長設備使用壽命，提高勞動生產效率。

  四、改造項目具體實施方案和過程

   根據現場的實際情況，旁路柜采用了一拖一手動方案。此結構是手動旁路的典型方案,原理是由3個高壓隔離開關QS1、QS2和QS3組成（如圖，其中QF為原高壓開關柜內的斷路器）。要求QS2和QS3不能同時閉合，在機械上實現互鎖。變頻運行時，QS1和QS2閉合，QS3斷開；工頻運行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開。
  
                        

  優點:在檢修高壓變頻器時，有明顯斷電點，能夠保證人身安全，同時也可手動使負載投入工頻電網運行等。

  缺點：高壓變頻器故障時，不能自動由變頻轉為工頻。

   由于立磨循環風機電機功率較大（4000KW），不能直接工頻啟動電機，故該臺電機原來先用水阻裝置啟動電機，啟動結束后再自動短接轉子滑環，電機全速運行后再調節液力耦合器調節風機風量。其他三臺風機功率較小，先直接工頻啟動電機，然后再調節液力耦合器調整風機風量。由于用戶考慮到如變頻器損壞要工頻啟機問題，現場保留了原有的液力耦合器和水電阻裝置，高壓變頻器與原有的水電阻二次回路結合，取高壓變頻器的變頻狀態信號送至DCS，DCS給星接柜，發合閘命令，直接短接電機轉子滑環，切除水電阻裝置，由高壓變頻器對電機實現軟啟動；取高壓變頻器工頻旁路信號送至DCS，DCS分斷星接柜，恢復高壓電機的串水電阻啟動功能。

  現場設備銘牌參數如下：
 
             
  五、改造效果

  1.節能效果相當明顯，經濟效益顯著

   峨勝水泥該5000t/d生產線變頻改造后，取得了顯著的節能效果，改造前風機風門的開啟經常在70%左右，電機全速運行；變頻改造后，風機變速運行，風門全開。因現場工況變化不是很大，變頻調速系統經常運行在42Hz左右，與調節檔板時的消耗功率大大減少，節電效果與經濟效益顯著，變頻改造前后，電機的運行數據如下表所示：
 
             

   上述表格中，改造前電機平均功率計算方法為：

38×1.732×6×0.8=526KW
75×1.732×6×0.8=1039KW
88×1.732×6×0.8=1219KW
280×1.732×6×0.8=3880KW

   改造后電機平均功率計算方法為：

26×1.732×6×0.95=428KW
46×1.732×6×0.95=757KW
56×1.732×6×0.95=921KW
216×1.732×6×0.95=3554KW

  注：變頻運行時，變頻輸入功率因數為0.95；工頻運行時，功率因數為電機功率因數0.80。

  該設備每年檢修一次，檢修時間為30天，其余時間均運行，我們按一年運行300天，實際電費按一度電0.5元計算

1、（526-428）×300×24×0.5=35.3萬元
2、（1039-757）×300×24×0.5=101.5萬元
3、（1219-921）×300×24×0.5=107.3萬元
4、（3880-3554）×300×24×0.5=117.4萬元

  則一年節省電費為：35.3+101.5+107.3+117.4=361.5萬元

   2．改善工藝

  現將改造前及改造后現場工況列表如下：
 
              

   參考上述表格，可以看出：

  該水泥生產線風機變頻改造后，取得的間接效果也是十分明顯的，變頻器低頻運行時，電機及風機旋轉速度降低，電機及風機的軸溫降低，機械噪音降低，整體維護周期延長；高壓變頻器的頻率分辨率精確到0.01赫茲，調節及時，調節精度高，運行人員在DCS側通過監控界面很方便的調節電機的運行頻率。

  六、結論

   目前很多水泥廠的風機大馬拉小車現象嚴重。風機的風量調節方式基本通過擋板進行調節，耗能大，經濟效益差，設備損壞嚴重，急需采用先進的高壓變頻調速進行技術改造，以降低水泥廠的電耗，提高企業的經濟效益。實踐證明，水泥行業風機采用高壓變頻調速技術，是必要、可行的，且經濟效益顯著。

  HARSVERT系列高壓變頻器可靠性高，輸入、輸出波形質量好，采用矢量控制技術，適合于水泥廠風機的變頻改造，成功解決了水泥生產中的塌料引起的負載波動問題，大大提高設備運行的可靠性，節約大量能源，為水泥廠帶來較大的經濟效益和社會效益，具有很高的推廣價值。