山水廠高溫風機變頻器運行現(xiàn)場
一、前言
高壓交流變頻調(diào)速技術是90年代迅速發(fā)展起來的一種新型電力傳動調(diào)速技術，主要用于交流電機的變頻調(diào)速，其技術和性能遠遠勝過以前采用的調(diào)速方式（如串級調(diào)速、液力耦合器調(diào)速、轉子水阻調(diào)速等）。高壓變頻以其顯著的節(jié)能效益、高的調(diào)速精度、寬的調(diào)速范圍、完善的保護功能、方便的通信功能，得到了廣大用戶的認可和市場的確認，成為企業(yè)電機節(jié)電方式的首選方案。山東水泥廠有限公司現(xiàn)有兩條熟料生產(chǎn)線，高溫風機的穩(wěn)定運轉對熟料生產(chǎn)至關重要，對設備要求特別苛刻，因此在高壓變頻器的選用上非常謹慎，2007年2月15日我公司采用北京合康HIVERT-Y06/173高壓變頻器在我公司2#3#窯安裝調(diào)試，穩(wěn)定運行至今，打破了洋品牌在高壓變頻安裝上的壟斷局面，為國產(chǎn)高壓變頻器贏得了榮譽。
二、變頻前后耗電情況對比
我公司于2006年起開始將高壓變頻器應用窯頭引風機、高溫風機、生料磨循環(huán)風機的節(jié)能改造，目前高壓變頻運轉穩(wěn)定，平均節(jié)電率達到20%以上，取得了顯著的經(jīng)濟效益。以下為我公司安裝高壓變頻前后數(shù)據(jù)對比：
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序號
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設備名稱
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電機型號
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額定功率
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變頻功率
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安裝前統(tǒng)計
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安裝后統(tǒng)計
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節(jié)約
電量
(kWh)
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節(jié)電率
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額定電流
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運行電流
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單位電耗
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運行頻率
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運行電流
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單位電耗
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(kW)
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(kW)
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(kW)
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(A)
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(kWh)
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(Hz)
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(A)
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(kWh)
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1
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2#窯高溫風機
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YR1250-6
/1180
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1250
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1400
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141
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64.0
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702.7
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37.1
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53.0
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528.7
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174.0
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24.76%
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2
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3#窯高溫風機
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YRSK630-6
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1250
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1400
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145
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118.0
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1010.4
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40.6
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81.0
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808.1
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202.3
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20.02%
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合計
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2500
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2800
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1336.8
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376.3
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22.39%
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三、工況簡述
旋窯是一個有一定斜度的圓筒狀物，預熱機來的料從窯尾進入到窯中，借助窯的轉動來促進料在旋窯內(nèi)攪拌，使料互相混合、接觸進行反應，物料依靠窯筒體的斜度及窯的轉動在窯內(nèi)向前運動。窯內(nèi)燃燒產(chǎn)生的余熱廢氣，在窯尾高溫風機的作用下，通過預熱器對進入窯尾前的生料進行預熱均化，降溫后的余熱廢氣再通過高溫風機抽出進入廢氣處理（除塵及排出）。均化好的生料預熱后在回轉窯內(nèi)煅燒成熟料，回轉窯內(nèi)需要合適的氣壓及溫度，才能使煤粉有一定的懸浮時間進行充分燃燒，生料才能在窯內(nèi)達到很好的熱處理。窯內(nèi)因物料的堆積變化很大，所以瞬時氣壓變化頻繁。窯尾高溫風機一方面用來調(diào)整窯內(nèi)氣壓，另一方面回轉窯內(nèi)鍛燒后的高溫熟料出來有廢氣，廢氣帶灰，通過窯尾高溫風機引出由電收塵器將灰塵進行處理，再將廢氣排掉。
我廠目前有二條干法懸窯生產(chǎn)線，日產(chǎn)為1700t、2300t，并擁有一臺7.5MW中、低溫余熱發(fā)電機組，2條窯生產(chǎn)線，高溫風機電機配置為6kV1250kW，在高溫風機的電機與風機之間，配有液力耦合器對風機進行調(diào)速，整個工藝過程主要是通過DCS的控制來調(diào)節(jié)液力耦合器的速度從而調(diào)整風機的風量，達到控制窯內(nèi)負壓。在運行時仍靠風機擋板進行風量調(diào)節(jié)，當窯系統(tǒng)工況變化較大時，現(xiàn)場值班人員根據(jù)中控制室的指令對液力耦合器的勺桿進行手動調(diào)節(jié)，運行操作非常不便。2006年7～8月，公司分別對1700t窯生產(chǎn)線的窯頭引風機、2000t窯生料系統(tǒng)排風機進行了變頻調(diào)速改造，目前運行情況良好。而高溫風機變頻調(diào)節(jié)的耗電量還少于原液力耦合器調(diào)節(jié)的耗電量。
經(jīng)過對原系統(tǒng)進行分析，對原系統(tǒng)的風壓控制由原來的液力耦合器調(diào)節(jié)改為變頻器調(diào)節(jié)，即取消原液力耦合器，將電機與液力耦合器之間用一連接軸取代液力耦合器連通，而由變頻器對電機本身進行調(diào)速，調(diào)整窯尾預熱器（高溫風機入口）的壓力為工況要求值。變頻器設備接入用戶側高壓開關和擬改造電機之間，變頻器控制接入原有的DCS系統(tǒng)，由DCS系統(tǒng)來完成正常操作。
四、可靠性
經(jīng)過對原系統(tǒng)進行分析，對原系統(tǒng)的風壓控制由原來的液力耦合器調(diào)節(jié)改為變頻器調(diào)節(jié)，即取消原液力耦合器，將電機與液力耦合器之間用一連接軸取代液力耦合器連通，而由變頻器對電機本身進行調(diào)速，最后達到調(diào)整窯尾預熱器（高溫風機入口）的壓力為工況要求值。液力耦合器本身能耗達10%以上，而且需要油泵及冷卻水來輔助運行，故障率較高，特別是在夏季因耦合器產(chǎn)生熱量較大，需加入四組冷油器，用循環(huán)水強降溫，水消耗量大，資源浪費嚴重。
油站及冷油器
變頻器設備接入用戶側高壓開關和擬改造電機之間，變頻器控制接入原有的DCS系統(tǒng)，由DCS系統(tǒng)來完成正常操作。為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器同時加裝工頻旁路裝置，可在變頻回路故障時將電機切換至工頻狀態(tài)下運行，且切換方式為自動切換。變頻器故障時，電機自動切換到工頻運行，這時風機轉速會升高，風壓會發(fā)生很大變化，影響窯內(nèi)物料的煅燒質量，故此時應及時在DCS上對高溫風機的風門進行及時調(diào)節(jié)，降低風機輸出風量至工況要求值。變頻器及其工頻旁路開關由變頻器整體配套提供。電機、高壓斷路保留了用戶原有設備。負載參數(shù)及運行工況，高溫風機配合康HIVERT系列高壓變頻器，其主要參數(shù)為：變頻器型號HIVERT-Y06/173，隔離變壓器容量1800KVA，旁路開關柜容量400A。
五、改造過程簡述
由于原電機控制為液力耦合器調(diào)速，為了安裝變頻器，必須重新設計變頻器專用房。根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，我們選擇在高壓配電室旁另建一變頻器專用房，此地方距高壓室較近，動力電纜敷設方便。由于現(xiàn)場灰塵較大，而變頻器為強迫風冷，設備內(nèi)空氣流通量較大，為保障變頻器盡量少受外界灰塵的影響，在房間通風設計上，設計了大面積專用進風窗，房間不另設其它窗口，基本上是密閉設計。通風窗采用專用過濾棉濾網(wǎng)，這樣使進入變頻器室內(nèi)的空氣經(jīng)過通風窗濾灰，進入變頻器室內(nèi)的灰塵大大減小。
由于本變頻器功率較大，為保證足夠的通風冷卻效果，在變壓器柜頂和功率柜頂分別獨立安裝了一整體風罩，與各自的出風口連成整體，保證變頻器整體冷卻通風要求，即使在夏季高溫季節(jié)也不需開空調(diào)進行降溫。
3#窯變頻及風道 2#窯變頻及風道
為減小安裝成本，動力電纜保留了原高壓柜至電機的電纜，將電纜原接線由高壓柜牽至變頻器，再重新由高壓柜到變頻器敷設一根動力電纜，由于變頻器房緊鄰高壓室，此電纜長度較短。變頻改造后，由于需要取消原液力耦合器，我們按照液力耦合器的聯(lián)接尺寸設計制作了一套直接連接軸來代替液耦。連接軸的基座安裝尺寸、軸連接中心尺寸、軸徑尺寸、軸與電機及風機側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)整即可達到安裝要求，而不用對風機及電機作任何調(diào)整，安裝方便快捷。
液力耦合器拆除后的連軸器
安裝高壓變頻后，原繞線電機對滑環(huán)進行短接，廢除了原水電阻啟動器，每年對碳刷及水阻啟動器和電機的維護減少，綜合運行成本大幅度下降，且高壓變頻啟動時間任意可調(diào)，實現(xiàn)平滑啟動，對設備運行起了良好的保護。
六、變頻改造總結
根據(jù)我公司對水泥廠高溫風機的高壓變頻器的安裝及使用情況，總結變頻器改造有以下優(yōu)點。
(1)安裝簡單，即將原高壓開關柜與電動機之間插入安裝變頻器，對原有接線改動不大。
(2)操作使用方便，變頻器操作只有簡單的開機、停機和頻率調(diào)整。
(3)能進行無級調(diào)速，調(diào)速范圍廣，且調(diào)速精度高，適用性強。
(4)保護功能完善，故障率低，排風機啟動平穩(wěn)，啟動電流小，可靠性高。
(5)電動機不需長期高速運行，工作電流大幅度下降，節(jié)電效果顯著。
(6)由于變頻器取代了液耦調(diào)速，消除了機械及液壓高故障率的缺陷，設備維護費用降低。
(7)電動機運行振動及噪聲明顯下降，軸承溫度也有很大的下降。
交流變頻調(diào)速器，以適用性強、可靠性高、操作使用方便等性能，受到用戶的歡迎。它應用在調(diào)速、節(jié)電、軟啟動方面，對企業(yè)有很大的實用價值。合康公司高壓變頻器在我廠對兩條生產(chǎn)線的五臺電機進行了成功的改造，不僅節(jié)能效果明顯，提高了整個系統(tǒng)的工藝性能，同時也使兩條生產(chǎn)線大大提高了產(chǎn)量，得到車間的好評，并在我省水泥行業(yè)中產(chǎn)生了很大的影響。