高溫風(fēng)機(jī)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)改造

蔣國平（甘谷祁連山水泥有限公司，甘肅 天水 ）

0 前言

高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)自2000年投入國內(nèi)市場后，在電力、冶金、石油、石化、水泥、煤炭等行業(yè)陸續(xù)投入運(yùn)行。由于其安裝便捷、操作簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠、維護(hù)方便，并在節(jié)能、節(jié)電、省人、省力、自動控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控等方面效果顯著，以及優(yōu)異的產(chǎn)品性價比和周到的服務(wù)，受到用戶的廣泛歡迎。而目前，水泥企業(yè)面臨成本高、市場壓力大，因此需要通過各種技術(shù)改造來節(jié)能降耗。我公司高溫風(fēng)機(jī)原采用液力耦合器調(diào)速，存在調(diào)速范圍有限，調(diào)速精度低，啟動電流大，故障率高等缺陷。對此，我公司進(jìn)行了高溫風(fēng)機(jī)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)改造，以下作一介紹。

1 液力耦合器與變頻調(diào)速方式的優(yōu)缺點(diǎn)

我公司高溫風(fēng)機(jī)原采用液力耦合器調(diào)速，連接方式見圖1。

圖1 高溫風(fēng)機(jī)液力耦合器電機(jī)連接方式

液力耦合器調(diào)速主要存在以下缺點(diǎn)：

（1）調(diào)速范圍有限（為50%～95%），轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，高速段減小了設(shè)備的出力能力，低速段影響節(jié)能效益的發(fā)揮；

（2）調(diào)速越低時效率越低，低速時發(fā)熱厲害；

（3）調(diào)速精度低，線性度差，響應(yīng)慢，不大適應(yīng)自動控制要求；

（4）電機(jī)雖然可以不帶載啟動，但仍然有5倍左右的沖擊電流，影響電網(wǎng)穩(wěn)定；

（5）必須串入電機(jī)和機(jī)械的連接軸中，不適合于設(shè)備改造；液力耦合器故障時，沒有工頻旁路系統(tǒng)，負(fù)載機(jī)械將無法運(yùn)轉(zhuǎn)，必須停機(jī)檢修；

（6）漏油嚴(yán)重，對環(huán)境污染大；可靠性差，維修難度大，嚴(yán)重浪費(fèi)人力及影響生產(chǎn)。

（7）產(chǎn)生的熱量需要油泵及冷卻水等輔助運(yùn)行，故障率較高，特別是在夏季因耦合器產(chǎn)生熱量較大，需要加入冷油器，用循環(huán)水強(qiáng)降溫，水消耗量大，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。

而高壓變頻調(diào)速由于應(yīng)用了先進(jìn)的電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和高壓電氣、電機(jī)拖動等綜合性領(lǐng)域的學(xué)科技術(shù)，因此具有其他調(diào)速方式無法比擬的優(yōu)點(diǎn)：

（1）變頻器采用液晶顯示數(shù)字界面，調(diào)整觸摸式面板，可隨時顯示電壓、電流、頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)速，非常直觀地顯示電機(jī)在任何時間的實(shí)時狀態(tài)。

（2）精確的頻率分辨率和高的調(diào)速精度，完全可以滿足各種生產(chǎn)工藝工況的需要。

（3）高壓變頻器具有國際通用的外部接口，可以同可編程控制器（PLC）和工控機(jī)等各種儀表連接，并可以與原設(shè)備控制回路相連接，構(gòu)成部分閉環(huán)系統(tǒng)，如與原DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和聯(lián)鎖控制。

（4）具有電力電子保護(hù)和工業(yè)電氣保護(hù)功能，保證變頻器和電機(jī)在正常運(yùn)行和故障時安全可靠。

（5）電機(jī)可實(shí)現(xiàn)軟啟動、軟制動；啟動電流小，小于電機(jī)的額定電流；電機(jī)啟動的時間連續(xù)可調(diào)，減少了對電網(wǎng)的影響。

（6）具有就地和異地操作功能，另可通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

（7）減少配件損耗，延長設(shè)備使用壽命，提高勞動生產(chǎn)效率。

我公司于2013年計(jì)劃對#2線2500t/d水泥生產(chǎn)系統(tǒng)中的高溫風(fēng)機(jī)、窯尾排風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻器節(jié)能改造，經(jīng)慎重選擇，最終使用HARSVERT-VA10/130型高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。

2 高溫風(fēng)機(jī)變頻改造方案及改造效果

2.1 高壓變頻器安裝要求

HARSVERT-VA10/130高壓變頻器，主要由變壓器柜、功率柜、控制柜、旁路柜組成。為了安裝變頻器，我們在生料配電室旁另建一變頻器專用房，此處距高壓室較近，動力電纜敷設(shè)方便。

高壓變頻器屬于大型電子設(shè)備，在運(yùn)行過程中本身的能量消耗較大，變頻器消耗的能量全部轉(zhuǎn)換為熱量。采取風(fēng)道開放式冷卻，另外，由于現(xiàn)場灰塵較大，而變頻器為強(qiáng)迫風(fēng)冷，設(shè)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，變頻室的墻壁上另外開兩個口，安裝上濾網(wǎng)，作為進(jìn)風(fēng)孔。

2.2 風(fēng)機(jī)電機(jī)傳動部位改造

現(xiàn)場進(jìn)行變頻改造，代替了液耦調(diào)速方式，并且由于液力耦合器自身的種種弊端，考慮到長期運(yùn)行的穩(wěn)定性，因此需拆除液力耦合器，將電機(jī)移位與負(fù)載采用直接連接，見圖2。

圖2 高溫風(fēng)機(jī)電機(jī)連接方式

2.3 風(fēng)機(jī)啟動方式改造

變頻器設(shè)備接入風(fēng)機(jī)側(cè)高壓開關(guān)和擬改造電機(jī)之間，電機(jī)、高壓斷路器仍采用原有設(shè)備，將原先的中控驅(qū)動高壓斷路器合閘串水阻啟動方式改變?yōu)樽冾l控制啟動，變頻器控制接入原有的DCS系統(tǒng)。高溫風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主回路見圖3，其中QF、M均為現(xiàn)場原有設(shè)備。

圖3 高溫風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主回路

此方案是手動旁路的典型方案。原理是由3個高壓隔離開關(guān)QS41、QS42和QS43和高壓開關(guān)QF、電動機(jī)M組成。要求QS42和QS43之間存在機(jī)械互鎖邏輯，不能同時閉合。變頻運(yùn)行時，QS43斷開，QS41和QS42閉合；工頻運(yùn)行時，QS41和QS42斷開，QS43閉合。

將高壓變頻器串聯(lián)進(jìn)現(xiàn)有高壓開關(guān)柜與高壓電機(jī)之間，將繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子三根引出線短接，即將繞線式異步電機(jī)改造成鼠籠式電機(jī)。正常工作時采用變頻回路；工頻運(yùn)行時，采用原有的啟動方式，再將短接的轉(zhuǎn)子三根引出線復(fù)原，之后就可工頻啟動。

安裝高壓變頻器，原繞線電機(jī)對滑環(huán)進(jìn)行短接，廢除原水阻啟動器，每年對碳刷及水阻啟動器和電機(jī)的維護(hù)減少，綜合成本大幅度下降，且高壓變頻器啟動時間任意可調(diào)，實(shí)現(xiàn)平滑啟動，對設(shè)備運(yùn)行起到良好的保護(hù)。

設(shè)備額定參數(shù)見表1，高溫風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)見表2，工頻與變頻用電量及單耗對比見表3。

通過上表對7個月的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，高溫風(fēng)機(jī)改造前月平均用電量為1 071 734.3 kWh，月平均單耗為15.5kWh/t，經(jīng)變頻改造后月平均用電量為968 400 kWh，月平均單耗單耗為13.2 kWh/t，由公式可計(jì)算出月節(jié)電量為103334.3kWh，節(jié)電率為9.64%。

3 結(jié)語

我公司2500t/d水泥生產(chǎn)線高溫風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造項(xiàng)目，高溫風(fēng)機(jī)月節(jié)電量103334.3kWh，月節(jié)電費(fèi)45467.1元（0.44元/kWh），節(jié)電率為9.64%；平均節(jié)電20%以上，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

表1 高溫風(fēng)機(jī)、液耦額定參數(shù)

變頻改造后的優(yōu)點(diǎn)：

（1）實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動，啟動電流小于額定電流值，啟動更平滑。

（2）系統(tǒng)效率得到提高，消除了風(fēng)門擋板的損失，取得節(jié)能效果。

（3）由于風(fēng)機(jī)采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)后，工作特性改變，設(shè)備工況得到改善，延長設(shè)備使用壽命。

（4）利德華福變頻器為電壓源型結(jié)構(gòu)，功率因數(shù)可高達(dá)0.95。

（5）廠房設(shè)備噪聲污染大大降低。

HARSVERT系列高壓變頻器可靠性高，輸入、輸出波形質(zhì)量好，采用矢量控制技術(shù)，適合于水泥廠風(fēng)機(jī)的變頻改造，成功解決了水泥生產(chǎn)中的塌料引起的負(fù)載波動問題，大大提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，節(jié)約大量能源，為水泥廠帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，具有很高的推廣價值。

表2 高溫風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)

表3 高溫風(fēng)機(jī)耗能情況