中壓變頻器在水泥生產線中的應用

劉捷

摘 要 文章主要介紹中壓變頻器在水泥生產線中取代液力耦合器的變頻改造方案，并對變頻器和液力耦合器進行了比較，提出了采用中壓變頻器的改造方案和節能措施，通過改造前后對比，取得了明顯的經濟效益。

關鍵詞 變頻調速；液力耦合器；變頻改造；節能

中圖分類號：TQl72 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）14-0092-02

經過國家新一輪的落后產能淘汰，我國的水泥生產行業淘汰競爭非常激烈，除了產量的競爭，關鍵還是水泥生產成本的競爭，水泥生產中電耗就占成本的30%～40%。水泥生產中使用大量的風機，而中高壓電動機作為風機的原動力非常普遍，因此做好這類電動機的節能就可以顯著節約水泥的生產成本。中壓變頻器技術目前已經比較成熟，故障率較小，是水泥廠節能改造的理想設備，具有很高的應用價值。在水泥生產工藝中，原有的風量調節是通過液力耦合器連接風機加以實現的，液力耦合器本身是以液體為工作介質，利用液體的特性將動能傳遞給葉片式傳動機械軸輸出。而給液力耦合器原動能的中壓電動機啟動后一直處于滿載狀態運行，形成巨大的耗能浪費。但是在中壓變頻器技術成熟前，液力耦合器一直是水泥行業大功率風機調速的主要方式，液力耦合器與風機風量控制圖如圖1所示。風量的調節主要通過改變風機的轉速來實現，而風機的轉速改變是通過液力耦合器的調速系統來完成的。調速系統由液力耦合器及其附屬設備組成。

變頻調速技術已經成熟，現已開始大量應用于水泥行業，廣西某水泥企業于2004年起開始進行節能改造，首先對風機類負載引入變頻調速進行節能改造，將中壓變頻器應用于水泥生產當中的各種大功率風機的風量調節，為相關企業節約了巨大電能，取得顯著的經濟效益，積累了寶貴經驗。

1 變頻調速系統中壓變頻器原理特點

中壓電動機采用的是三相交流電源，由轉速公式n=60f/p（1-s）可知，調速方式中只有通過改變頻率f可以實現平滑調速，并且這樣的變頻調速可以有較寬的調速范圍，這為風機類負載的節能提供了巨大空間。所以，變頻調速已成為風機類負載最主要的調速方式，在很多水泥制造領域都獲得了廣泛的應用。本項目依據實際情況，從投資金額、產品穩定性、適用性等指標，中壓變頻器選用西門子旗下的羅賓康完美無諧波系列中壓變頻器，羅賓康“完美無諧波”系列變頻器廣泛用于電廠、水泥廠等企業風機、泵的變頻拖動。

中壓變頻器的輸出方式以羅賓康中壓變頻器為例，它是直接高壓輸出的方式。這種方式有以下特點十分明顯，首先輸出直接輸出6 kV電壓給到電動機，無需輸出變壓器，也無需功率因數補償裝置、諧波濾波器等，同時諧波分量小，電源變壓器損耗小。采用了多重化的脈寬調制技術，直接輸出正弦波形，避免了中高壓變頻調速系統中常見的諧波問題，集成度高，體積緊湊，占地面積小。

2 變頻器和液力耦合器的比較優勢

在采用變頻器之前，該集團水泥生產線中壓傳動系統多采用液力耦合器，與采用中壓變頻器相比較如下。

1）速度可調范圍明顯擴大。中壓變頻器調速可以達到10：1～100：1的范圍，而液力耦合器最大只有4：1。

2）速度調節的精度高。中壓變頻器輸出頻率可以0.1 Hz進行變化，而且穩定性高，液力耦合器調速精度差，轉速波動大，進口的液力耦合器調速，轉速經常在5100～5400 r/min之間波動，給生產帶來了不利影響，難以保證穩定生產。

3）效率顯著提高。變頻調速無轉差損耗，效率可以高達0.95以上，而液力耦合器屬轉差損耗型調速，其負載的轉速越低，其效率越低，是低效調速設備。

4）無額定轉速損失。因為液力耦合器不是剛性連接，存在著固定轉速損失，即在額定轉速時輸出的轉速總是不能達到電動機額定轉速，大約有3%左右的損失。而中壓變頻器沒有轉速損失問題，風機與電動機同軸剛性連接，電動機轉速就是風機負載的轉速。

5）具有軟啟動性能，啟動平穩，運行可靠。中壓變頻器具有真正意義上的軟起動功能，是一種理想的軟啟動設備。通過變頻器內部功能設置參數，可以限制使起動電流，設置最佳啟動方式，避免出現對電網沖擊和啟動扭矩不足。變頻器是一種集成系統，先進可靠，維護方便，故障率低。液力耦合器的原動機屬于需要特別的啟動設備，容易對電網造成沖擊，并且維護、使用復雜，投入成本高，而液力耦合器本身結構復雜，有漏油和打壞齒輪等經常性故障，可靠性差，故障率高。

3 典型的變頻改造方案及效果

1）改造方案。

我們以典型的干法懸窯水泥生產線流程作為介紹，其窯燒成系統流程簡圖如圖2所示。

這個系統的旋窯是一個日產5000噸的耐熱鋼筒。它里面已經內鑲好各種耐火磚。生料經過預熱后從窯尾進入到窯中進行混合、煅燒，這個過程窯是要不停的轉動的。在窯尾有一個高溫風機要將降溫后的余熱廢氣抽出。由于耐熱鋼筒容量大，要求風量也很大，所以一般高溫風機的電動機配置為6 kV的電壓，功率達到2500 kW，原來用液力耦合器調速，改造后由中壓變頻器實現風量調節，最后達到控制要求值。

變頻調速系統配置如圖3所示。三相高壓6 kV的交流電源經過開關柜直接給到中壓變頻器，變頻器經企業的DCS控制系統通過4～20 mA的電流給定控制信號進行控制，直接帶中壓電動機實現變頻控制功能，而風機因為電動機轉速的變化實現了風量的變化調節，同時附帶的例如緊急停車、風機跳閘停車等保護信號直接給到變頻器，由變頻器實現保護動作。

2）改造效果分析。

經過采用中壓變頻器改造后，我們將改造前后的運行數據進行了統計，現將部分數據分析整理如下。

企業的水泥線進行了變頻節能改造，共應用了8臺中壓大功率變頻器，分別應用在如表1以下場合。

從上述數據可以明確看出改造后窯系統各風機相應的節電功率。endprint

根據我們在設備調試和開窯過程中記錄的數據，按每天24小時，月運行28天，年運行11個月，即7392小時計算，可推算出風機的節電量及節電效益。

4 結論

根據該公司水泥生產線變頻節能改造后的使用情況，明顯看到中壓變頻器調速替換液力耦合器調速的好處：首先是安裝簡單，操作使用方便，在原高壓開關柜與電動機之間接入中壓變頻器，操作上只需要中壓變頻器操作做簡單的開機、停機和頻率調整；其次能進行無級調速，調速范圍廣，且調速精度高，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。中壓變頻器在水泥生產線中實現了運行安全、穩定、可靠，節能效果顯著，為該企業的正常生產和節能降耗作出了巨大貢獻。

參考文獻

[1]李香燕，李廣義.中壓變頻器在液氨泵調速中的應用[J].電工技術，2013，11（3）.

[2]王延才.變頻器原理及應用[M].北京：機械工業出版社，2009：97-103.

[3]張雷.中壓變頻器選型分析[J].城市建設理論研究，2011（24）：43-4.

[4]張勁筱.Powerflex7000中壓變頻器在UCC日產萬噸熟料水泥生產線上的應用[J].新世紀水泥導報，2007.

[5]吉斌.中壓變頻器在水泥廠的應用[J].中國水泥，2005（6）：66-68.

[6]畢慧文，張妮妮.變頻器在水泥廠中的節能效果[J].科技視界，2012（15）：57-59.

[7]倚鵬.高壓大功率變頻器技術原理與應用[M].北京：人民郵電出版社，2008：82-88.

[8]郭慶余.交流異步電動機常見故障的分析、診斷及處理[J].科學教育前沿，2010（11）.

[9]趙乃仁.論新型干法生產線回轉窯生產能力的發展趨勢[J].水泥工程，1996（01）.

[10]張燦，徐進，黃文歡.高壓變頻器與液力耦合器調速的比較[J].煤礦現代化，2009（6）：65-66.

[11]趙家禮.三相異步電動機檢測技術問答[M].北京：化學工業出版社，2007：156-161.

[12]王兆義.變頻器應用第二版[M].北京：機械工業出版社，2012：221-225.endprint

根據我們在設備調試和開窯過程中記錄的數據，按每天24小時，月運行28天，年運行11個月，即7392小時計算，可推算出風機的節電量及節電效益。

4 結論

根據該公司水泥生產線變頻節能改造后的使用情況，明顯看到中壓變頻器調速替換液力耦合器調速的好處：首先是安裝簡單，操作使用方便，在原高壓開關柜與電動機之間接入中壓變頻器，操作上只需要中壓變頻器操作做簡單的開機、停機和頻率調整；其次能進行無級調速，調速范圍廣，且調速精度高，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。中壓變頻器在水泥生產線中實現了運行安全、穩定、可靠，節能效果顯著，為該企業的正常生產和節能降耗作出了巨大貢獻。

參考文獻

[1]李香燕，李廣義.中壓變頻器在液氨泵調速中的應用[J].電工技術，2013，11（3）.

[2]王延才.變頻器原理及應用[M].北京：機械工業出版社，2009：97-103.

[3]張雷.中壓變頻器選型分析[J].城市建設理論研究，2011（24）：43-4.

[4]張勁筱.Powerflex7000中壓變頻器在UCC日產萬噸熟料水泥生產線上的應用[J].新世紀水泥導報，2007.

[5]吉斌.中壓變頻器在水泥廠的應用[J].中國水泥，2005（6）：66-68.

[6]畢慧文，張妮妮.變頻器在水泥廠中的節能效果[J].科技視界，2012（15）：57-59.

[7]倚鵬.高壓大功率變頻器技術原理與應用[M].北京：人民郵電出版社，2008：82-88.

[8]郭慶余.交流異步電動機常見故障的分析、診斷及處理[J].科學教育前沿，2010（11）.

[9]趙乃仁.論新型干法生產線回轉窯生產能力的發展趨勢[J].水泥工程，1996（01）.

[10]張燦，徐進，黃文歡.高壓變頻器與液力耦合器調速的比較[J].煤礦現代化，2009（6）：65-66.

[11]趙家禮.三相異步電動機檢測技術問答[M].北京：化學工業出版社，2007：156-161.

[12]王兆義.變頻器應用第二版[M].北京：機械工業出版社，2012：221-225.endprint

根據我們在設備調試和開窯過程中記錄的數據，按每天24小時，月運行28天，年運行11個月，即7392小時計算，可推算出風機的節電量及節電效益。

4 結論

根據該公司水泥生產線變頻節能改造后的使用情況，明顯看到中壓變頻器調速替換液力耦合器調速的好處：首先是安裝簡單，操作使用方便，在原高壓開關柜與電動機之間接入中壓變頻器，操作上只需要中壓變頻器操作做簡單的開機、停機和頻率調整；其次能進行無級調速，調速范圍廣，且調速精度高，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。中壓變頻器在水泥生產線中實現了運行安全、穩定、可靠，節能效果顯著，為該企業的正常生產和節能降耗作出了巨大貢獻。

參考文獻

[1]李香燕，李廣義.中壓變頻器在液氨泵調速中的應用[J].電工技術，2013，11（3）.

[2]王延才.變頻器原理及應用[M].北京：機械工業出版社，2009：97-103.

[3]張雷.中壓變頻器選型分析[J].城市建設理論研究，2011（24）：43-4.

[4]張勁筱.Powerflex7000中壓變頻器在UCC日產萬噸熟料水泥生產線上的應用[J].新世紀水泥導報，2007.

[5]吉斌.中壓變頻器在水泥廠的應用[J].中國水泥，2005（6）：66-68.

[6]畢慧文，張妮妮.變頻器在水泥廠中的節能效果[J].科技視界，2012（15）：57-59.

[7]倚鵬.高壓大功率變頻器技術原理與應用[M].北京：人民郵電出版社，2008：82-88.

[8]郭慶余.交流異步電動機常見故障的分析、診斷及處理[J].科學教育前沿，2010（11）.

[9]趙乃仁.論新型干法生產線回轉窯生產能力的發展趨勢[J].水泥工程，1996（01）.

[10]張燦，徐進，黃文歡.高壓變頻器與液力耦合器調速的比較[J].煤礦現代化，2009（6）：65-66.

[11]趙家禮.三相異步電動機檢測技術問答[M].北京：化學工業出版社，2007：156-161.

[12]王兆義.變頻器應用第二版[M].北京：機械工業出版社，2012：221-225.endprint