變頻調速技術在水泥廠的應用

呂東軍

變頻調速技術在水泥廠的應用

呂東軍

（合肥水泥研究設計院 安徽合肥 230051）

本文主要分析變頻調速在水泥廠的應用，并針對水泥廠主機設備應用變頻調速的方法，闡述變頻調速在水泥廠的應用前景。

水泥廠；變頻調速

由于變頻調速具有故障率低、調速精度高、保護功能多、節能效果顯著等優點，是對直流調速、電磁滑差調速、電磁滑差調速進行改造的最理想的選擇。

一、在回轉窯拖動上的應用

以前，回轉窯主拖動一般使用直流調速。但這種調速電路復雜，維修難度大，操作繁瑣，導致轉速不平穩，增加了操作人員的看火難度；直流電動機在溫度高、粉塵大的惡劣環境中工作，其碳刷、整流子損壞嚴重，維修費用高。而交流變頻調速效率高，穩定性好，且交流電動機的價格和維護費用也比直流電動機低得多。

回轉窯在起動時回轉窯內的物料處于正下方，在窯起動并不斷加速的過程中，整個窯體及窯內的物料克服自身慣性而升速，當物料偏移正下方最大角度時，此時所需轉矩最大，這是個加速過程，一個克服設備巨大慣性的過程。一旦驅動電流克服了這種大慣性負載而起動起來，維持正常運轉所需的驅動能量及轉矩就很小了。

根據回轉窯的這種負載特點，選擇變頻器及電動機的功率就比較復雜，功率選擇過大，起動沒問題，但正常運轉時出現大馬拉小車現象，能耗大，一次性投資加大；功率選擇小些適合于正常運行，效率高投資小，但不能正常起動。

所以就要選擇在回轉窯的主傳動上進行變頻調速來解決這樣的難題。在調試時要注意根據實際的情況調節變頻器的參數，即在低頻段適當提高V/F的值，這樣有利于提高電動機出力；但在滿足起動要求的情況下，提升值越小越好，這樣做能減小電動機損耗，降低電動機溫升，避免造成過流保護。

二、在風機上的應用

風機是在水泥生產工藝上很重要的設備，由于生產過程中工礦的不斷變化及其他多種因素的影響，設計選型時，風機通常預留較大富裕量；所以在實際的使用過程中，為滿工礦要求，在進風管道中設置電動閥門、擋風板等裝置，通過閥門開度來調節風量，采用擋板閥門調節時,大量的能量消耗在擋板閥門的截流過程中。同時,介質對擋板閥門沖擊較大,設備損壞情況嚴重。另外,擋板閥門動作遲緩,手動時人員不易操作,而且操作不當造成風機震動。擋板閥門執行機構一般為大力矩的電動執行器,故障較多,不能適應長期頻繁調節,構成閉環自動控制較難,且動態性能不理想。而采用調速方式調節風量節電效果就十分理想。

風機的風量與轉速成正比，而風機的風壓與轉速的平方成正比，消耗的功率與轉速的三次方成正比的特點，即：Q’/Q=n’/n , H’/H=(n’/n)2, P’/P=(n’/n)3

其中Q—風量，H---風壓，n---電機轉速，P---電機消耗功率。

對風機進行調速控制屬于減少空氣動力節電方法，是一種比較理想的節電方式。它和調節風門控制風量方法向比較，有明顯的節電效果。以下為例，風機的入口風門開度總在40%左右，出口風門開度為100%，由此可見風機的實際風量是其額定風量的40%左右。由經驗公式可知：

P=〔0.4+0.6Q/Qe-(Q/ Qe)3〕*Pe

上式中，△P——節約電功率

Q——實際風量

Qe——額定風量

Pe——額定功率

可計算出，40%的風量理論上可節約電功率△P為0.576 Pe,即理論節電率為57.6%。

考慮轉速下降的同時電機和風機效率的降低等因素的影響，如果采用變頻調速來改變風機的風量，其節能效果仍然相當明顯。而且采用變頻調速還具有以下特點：采用變頻調速后，啟動電流下降到額定電流的1~2倍，大大改善電機的啟動性能，避免大電流對電機和電網的沖擊。電機轉速可調后，電機軸承等處機械磨損減少，降低維修工作量，提高功率因數。

三、在水泥選粉機上的應用

水泥選粉系統的工作原理是根據所生產的水泥的標號的不同，調節選粉機和選粉風機的轉速，從而選出不同細度的水泥制品。

老式選粉機要調整風機軸上的扇葉的數量和角度，經過對比試驗達到所要求的選粉細度；新式選粉系統分選粉機和選粉風機兩部分，選粉機由滑差電機調速，選粉風機靠調節擋風板角度調節用風量。這兩種系統都存在操作工藝復雜、調節精度差、浪費電能嚴重的缺點，特別是滑差點機不但費電，由于水泥制造環境粉塵嚴重，因此滑差頭骨脹率特別高，維修困難。變頻改造后，不管是老式系統還是新式系統，只要將電機調節到一個特定的轉速就能選出所需要的細度的顆粒，在節約電能的同時還做到了連續化、自動化生產，既提高了勞動效率，又降低了勞動強度，綜合效益明顯。選粉機在起動之前，首先要開起排風機，而選粉機的結構決定了排風機運行時選粉機本體跟著旋轉，從而造成了選粉機起動前電動機已有一個轉速。如果此時起動變頻器給選粉機送電將造成變頻器過流跳閘，這時應調整變頻器的捕捉再起動常數，使它允許電動機在靜止狀態下正常起動

結論

實踐證明，水泥廠的設備采用變頻調速運行方式，可以根據負荷的變化自動調節設備的轉速，解決了“大馬拉小車”的問題，為降低生產成本，延長設備使用壽命，節能降耗，減輕勞動強度，改善工作環境開創了新的途徑。

[1]吳浩烈.電機及電力拖動.重慶：重慶大學出版社，1996. 195-228。

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