一、引言
粉磨站具有一套年產(chǎn)100萬噸水泥生產(chǎn)線,工程設(shè)計(jì)初期收塵器的收塵風(fēng)機(jī)是定速運(yùn)行,其風(fēng)量調(diào)節(jié)依靠檔板開度來控制。考慮產(chǎn)量變化及生產(chǎn)品種的變化(水泥成品的顆粒細(xì)度不同),需要不同的風(fēng)量來滿足工藝要求。若用檔板調(diào)節(jié),不但控制精度較差,而且依靠檔板截流來減少風(fēng)量,電機(jī)的出力變化較小,造成大量電能被白白浪費(fèi)。為了改善工藝、降低能耗,水泥廠的設(shè)計(jì)人員決定對收塵風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速改造,風(fēng)量的調(diào)整決定通過變頻器來改變收塵風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)。用戶通過大量考察論證,最后選用湖南中科電氣有限公司的一臺高壓變頻器(型號為CSHF-550/06-A)驅(qū)動收塵風(fēng)機(jī)。
二、現(xiàn)場工藝簡介
1、水泥生產(chǎn)工藝
水泥的生產(chǎn)步驟,可分為以下八個步驟:
原料的提取(采礦) 原料的破碎 原料的儲存和預(yù)均化 原料的粉磨(球磨機(jī)) 生料的均化和儲存 煅燒(生料通過旋風(fēng)筒預(yù)熱后再進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯烘烤物料,煅燒成熟料) 水泥的粉磨(根據(jù)水泥的品質(zhì),混合其他的化學(xué)原料粉磨)。
水泥的儲存與運(yùn)輸 其中物料的粉磨工藝流程是:
電動機(jī)通過減速機(jī)帶動磨盤轉(zhuǎn)動,物料從下料口落到磨盤中央,在離心力的作用下向磨盤邊緣移動并受到磨輥的碾壓,粉碎后的物料離開磨盤,被高速向上的氣流帶至與立磨一體的分離器,粗粉經(jīng)分離器后返回到磨盤上,重新粉磨;細(xì)粉則隨氣流出磨,在系統(tǒng)的收塵裝置中收集下來。
收塵風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速(收塵器所需風(fēng)量)主要由管磨機(jī)內(nèi)工藝情況(產(chǎn)量及粉的細(xì)度)決定。
2、水泥粉磨系統(tǒng)主要設(shè)備:(表一)
3.水泥生產(chǎn)工藝圖
三、收塵風(fēng)機(jī)系統(tǒng)控制方案
1、主回路方案
工作原理:變頻器為一拖一配置,即一臺變頻器拖動一臺電機(jī)。變頻器高壓進(jìn)線端直接接于6kV電壓等級的主動力電源,輸出側(cè)直接連接電機(jī)。QF1為用戶現(xiàn)場高壓斷路器,為了實(shí)現(xiàn)對變頻器故障保護(hù),變頻器與QF1的合、分閘回路實(shí)現(xiàn)連鎖,只有變頻器控制系統(tǒng)正常才允許QF1合閘,而變頻器重故障則跳開QF1。
2、控制回路方案
按照用戶要求,變頻器可以根據(jù)用戶反饋的風(fēng)壓信號來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓,也可以與用戶的風(fēng)門進(jìn)行開、合聯(lián)動。
變頻器控制柜有“本機(jī)控制/遠(yuǎn)程控制”選擇開關(guān),可以方便地選擇本地操作或遠(yuǎn)程操作,變頻器支持MODBUS、PROFIBUS、TCP/IP等協(xié)議及硬接線連接來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作,本套系統(tǒng)與用戶中控室DCS采用硬接線連接。即DCS給變頻器發(fā)啟動、停止指令及一路頻率給定信號,變頻器反饋給DCS“備妥”、“運(yùn)行”、“報警”、“故障”四路開關(guān)量信號及“電機(jī)轉(zhuǎn)速”、“電機(jī)電流”兩路模擬量信號。
變頻器概略圖如下:
四、節(jié)能效果分析
1、變頻器參數(shù)
2、電機(jī)參數(shù)
3、節(jié)能計(jì)算
通過流體力學(xué)的基本定律可知:風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載,其轉(zhuǎn)速n與流量Q,壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系:Q∝n ,H∝n2,P∝n3;即,流量與轉(zhuǎn)速成正比,壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比,軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。
根據(jù)風(fēng)機(jī)工作特性:原來系統(tǒng)采用檔板調(diào)節(jié)時,風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)將由A沿曲線向B點(diǎn)移動;目前系統(tǒng)采用電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n0 調(diào)整為n’時,風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)將由B點(diǎn)降至C點(diǎn)。因此采用高壓變頻器調(diào)速,其節(jié)電量如下圖所示。
根據(jù)工藝要求,收塵風(fēng)機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速降為額定轉(zhuǎn)速的80%時,調(diào)速系統(tǒng)(變頻器+電機(jī))從電網(wǎng)側(cè)吸收功率約降為額定轉(zhuǎn)速時的51%,即0.83×100%=51%。因此若工藝要求收塵系統(tǒng)風(fēng)量下降即收塵風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降時,節(jié)能效果將十分明顯。
現(xiàn)在,粉磨站的生產(chǎn)任務(wù)繁重,生產(chǎn)線基本在滿負(fù)荷甚至超負(fù)荷運(yùn)行,水泥生產(chǎn)量基本在120-130t/h,在最大負(fù)荷下,變頻器運(yùn)行頻率約為37.5Hz,輸入電流(從變頻器網(wǎng)側(cè)吸收)約為28A。對比相同工況下的另外一條生產(chǎn)線,在產(chǎn)量基本相同情況下,沒有變頻改造的收塵風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流約為44A,從比較情況來看,經(jīng)變頻改造的收塵風(fēng)機(jī)節(jié)能效果非常明顯。
五、變頻改造對系統(tǒng)產(chǎn)生的其他效果
通過對粉磨站的變頻節(jié)能分析測算表明,設(shè)備進(jìn)行變頻改造后,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益,并且在其它方面也產(chǎn)生了一些顯著的影響:
(1)采用變頻調(diào)節(jié)后,系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟啟動,電機(jī)啟動電流只是額定電流,啟動時間相應(yīng)延長,對電網(wǎng)和變壓器無大的沖擊,減輕了起動機(jī)械轉(zhuǎn)矩對電機(jī)機(jī)械損傷,有效的延長了電機(jī)的使用壽命;
(2)變頻改造前,風(fēng)量的調(diào)節(jié)要靠調(diào)整檔板的開度來完成,一次風(fēng)量的改變通常要反復(fù)調(diào)節(jié)多次才能完成。變頻改造后,電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變只要在DCS設(shè)定即可,大大降低了勞動強(qiáng)度,提高了生產(chǎn)效率,風(fēng)量調(diào)節(jié)更平穩(wěn)、精確;
(3)收塵風(fēng)機(jī)改變頻后,由于變頻器采用單元串聯(lián)移相技術(shù),因此在理論上可以消除41次以下諧波。由于實(shí)際制造工藝的限制,網(wǎng)側(cè)電壓諧波總含量可以控制在2%以內(nèi),電流諧波總含量小于4%;
(4)變頻輸出采用PWM技術(shù)控制,輸出電壓波形基本接近正弦波,諧波總含量小于1%,上述指標(biāo)均滿足IEEE-519國際電能質(zhì)量諧波標(biāo)準(zhǔn)要求;
(5)該變頻器為電壓源型結(jié)構(gòu),功率因數(shù)可高達(dá)0.95;
(6)廠房設(shè)備噪聲污染大大降低。