摘要:水泥回轉(zhuǎn)窯窯中主傳動采用變頻調(diào)速,變頻器容量的選擇既要考慮起動過程中的特點,又要兼顧正常運行,使投資不可過大,而且節(jié)能顯著。
一、回轉(zhuǎn)窯變頻控制
在我國水泥行業(yè)中,回轉(zhuǎn)窯是主要的大型設(shè)備,其調(diào)速系統(tǒng)的好壞,將直接影響回轉(zhuǎn)窯的使用壽命、產(chǎn)品質(zhì)量?;剞D(zhuǎn)窯內(nèi)的物料流是通過改變回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速來控制的,物料流的燒成帶溫度又與回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速有一相應(yīng)的關(guān)系。當(dāng)喂料量增加時,回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速也增加;當(dāng)回轉(zhuǎn)窯燒成帶溫度有顯著上升時,回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速加快。實際上,盡量穩(wěn)定生料量,燃料量,適當(dāng)調(diào)整轉(zhuǎn)速,使系統(tǒng)穩(wěn)定。該設(shè)備多年來一直沿用直流電機及其直流調(diào)速系統(tǒng)。水泥廠環(huán)境惡劣,粉塵大,直流電機長期工作在高熱輻射的環(huán)境中,其碳刷、整流子損壞嚴(yán)重,這不僅需要大量的維修費用,而且對生產(chǎn)造成了極為嚴(yán)重的影響;回轉(zhuǎn)窯屬特殊負(fù)載,低速啟動力矩大,在窯體大修烘爐期間,直流電機長時間低速運行,需要較大的勵磁電流,致使低速運行系統(tǒng)不穩(wěn)。
對回轉(zhuǎn)窯這種大慣性負(fù)載生產(chǎn)設(shè)備,采用交流變頻器控制,一旦變頻器驅(qū)動電機克服了這種大慣性負(fù)載起動起來以后,其維持正常運轉(zhuǎn)所需要的驅(qū)動能量就會變得很小。解決起動和正常運行的合理分配將是回轉(zhuǎn)窯變頻控制的關(guān)鍵。
由于回轉(zhuǎn)窯的這種負(fù)載特點,在變頻器和電機的選擇上就較其他負(fù)載要復(fù)雜得多。功率選擇過大,起動和運行雖然都沒有問題,但一次性投資加大,能耗增加,出現(xiàn)了長期運行大馬拉小馬的現(xiàn)象;功率按實際運行情況選擇,雖然效率高,投資小,但在起動時會時常出現(xiàn)過載現(xiàn)象而無法正常起動。因此,變頻器功率的選擇非常重要。
回轉(zhuǎn)窯采用直流控制時不能在很低的速度下運行,直流電機轉(zhuǎn)速為80r/min,起動過程中設(shè)備振動很大;采用交流電機及變頻調(diào)速,電機是從零速開始起動,初始起動力矩小,漸漸平滑升速,減小了對設(shè)備的沖擊,從而降低了設(shè)備的故障率,為穩(wěn)定回轉(zhuǎn)窯的熱工參數(shù)創(chuàng)造了必要的條件。
二. 森蘭變頻器在水泥回轉(zhuǎn)窯窯中主傳動上的應(yīng)用
云南省華坪水泥廠有兩條回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)線,回轉(zhuǎn)窯窯中主傳動采用電磁調(diào)速。電磁調(diào)速的特性較軟,為保證正常起動,電動機的功率已經(jīng)加大,另外,回轉(zhuǎn)窯窯中主傳動電動機的工作環(huán)境溫度較高,其允許溫升下降,為保證電動機正常運行,在設(shè)計時也要適當(dāng)加大容量。在上述兩種因素下,兩條回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)線的回轉(zhuǎn)窯窯中主傳動電動機的功率均為55kW?;剞D(zhuǎn)窯長度50米,直徑2.42米的圓筒,重量有數(shù)百噸重,屬恒轉(zhuǎn)距大慣性負(fù)載,起動力矩要求很大。由于電磁調(diào)速轉(zhuǎn)矩特性不是很好,特別是低速轉(zhuǎn)矩較差,雖然設(shè)計時電動機已加大了容量,但是回轉(zhuǎn)窯不能調(diào)到低速80r/min時運行,而且在滿載時起動仍然困難。
1、系統(tǒng)拖動方案:
考慮到回轉(zhuǎn)窯的慣性很大,起動電流較大。變頻調(diào)速起動時,回轉(zhuǎn)窯開始緩緩旋轉(zhuǎn),窯內(nèi)的物料隨著回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)動帶到一側(cè),由于重力的作用,窯內(nèi)的物料與窯壁之間作相對運動,產(chǎn)生磨檫力。隨著回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速的增高,但還未達(dá)到工作轉(zhuǎn)速,窯內(nèi)的物料與窯壁之間的相對運動幅度更大,產(chǎn)生磨檫力也更大,這時電機電流顯著增加,到相當(dāng)于變頻器調(diào)到10~13Hz時,電流達(dá)到電機額定電流的2倍。回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速再增高,離心力增大,物料被帶到窯內(nèi)的最高點,因為重力的作用,物料從最高點往下“瀉落“,電機電流下降到額定電流以下??紤]到變頻器有150%的過載率,不必選用2倍電機電流的變頻器,而選用森蘭SB61G90kW變頻器即可,這既可保證正常啟動,又不致使投資增大。改造時既可用原來的電磁調(diào)速電動機,須將電磁調(diào)速的轉(zhuǎn)差離合器換為機械彈性聯(lián)軸器;也可換一臺功率容量與原來電動機相同且極數(shù)也相同異步鼠籠電動機,機械減速器等無需改變。
2、.配置方案:
(1.)回轉(zhuǎn)窯技術(shù)數(shù)據(jù)
回轉(zhuǎn)窯: 2.42m*50m
窯中主傳動電機:YTSP 315S-8 55kW
轉(zhuǎn)速: (50Hz)750r/min
最大轉(zhuǎn)矩: 2.5TN
過載能力: 160% TN 60s
(2.)配置方案
回轉(zhuǎn)窯低速啟動力矩大,屬大慣性負(fù)載生產(chǎn)設(shè)備,采用交流變頻器控制,一旦變頻器驅(qū)動電機克服了這種大慣性負(fù)載起動起來以后,其維持正常運轉(zhuǎn)所需要的驅(qū)動能量就會變得較小,一般在額定功率以下,解決起動和正常運行的合理分配將是回轉(zhuǎn)窯變頻控制的關(guān)鍵。
根據(jù)回轉(zhuǎn)窯的這種特性,選擇變頻器時,適當(dāng)增大變頻器的容量是必要的,僅從過載能力考慮,用75kW變頻器就可以了,但是回轉(zhuǎn)窯起動時要求的轉(zhuǎn)矩較大,還應(yīng)將變頻器的容量再增大一些,因此選用具有恒轉(zhuǎn)矩特性的 SB61G90KW變頻器。如需對變頻器進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)控制,可利用SB61G90KW變頻器的RS-485端口,用Modbus協(xié)議予以實現(xiàn)。
3、運行狀況:
回轉(zhuǎn)窯使用變頻調(diào)速后,運轉(zhuǎn)穩(wěn)定平穩(wěn),兩年來未發(fā)生過任何問題。電機運行在615r/min,變頻器的輸出頻率為32.5Hz,節(jié)能顯著。
三、節(jié)能計算
回轉(zhuǎn)窯窯中主傳動改為變頻器驅(qū)動后,啟動非常容易且平穩(wěn)。在回轉(zhuǎn)窯調(diào)到低速80r/min時也能安全的運行。電機主電機電磁軸輸出功率和損耗功率,可用下列公式計算,
即電動機軸輸出功率:
P[sub]1[/sub]=T[sub]1[/sub]n[sub]1[/sub] (1)
式中:T[sub]1[/sub]—電動機的輸出轉(zhuǎn)矩
n[sub]1[/sub] –-電動機的輸出軸轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)差離合器軸輸出功率
P[sub]2[/sub]=T[sub]2[/sub]n[sub]2[/sub] (2)
式中:T[sub]2[/sub]—轉(zhuǎn)差離合器的輸出轉(zhuǎn)矩
n[sub]2[/sub] –-轉(zhuǎn)差離合器的輸出軸轉(zhuǎn)速
電動機的輸出功率,即為轉(zhuǎn)差離合器的輸入功率。 對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,T= T[sub]1[/sub] = T[sub]2[/sub]=常數(shù),所以,轉(zhuǎn)差離合器的效率 :
其效率正比于輸出轉(zhuǎn)速,輸出最大轉(zhuǎn)速時其效率理論值為85% 。
轉(zhuǎn)差率可按下式計算:
則得:
可見在恒轉(zhuǎn)負(fù)載下,轉(zhuǎn)差離合器的效率正比于輸出轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時,輸出功率成比例下降,而輸入功率基本保持不變,此時損耗功率Ph與轉(zhuǎn)差損耗成正比增加,即:
原來的電磁調(diào)速電機額定轉(zhuǎn)速1440r/min,工作在1000r/min左右,200r/min以上,轉(zhuǎn)速太低電磁調(diào)速力矩不夠。由(5)式可算出電磁調(diào)速電機轉(zhuǎn)速在1000r/min時損耗的功率,由此算出節(jié)電率為44%,實際上回轉(zhuǎn)窯有時運轉(zhuǎn)在1000r/min以下,這時節(jié)能率要高于44%,再考慮到變頻器本身要消耗能量,經(jīng)水泥廠實際測算,節(jié)能在50%,于是不到半年可收回全部投資。