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高压变频器在粉磨站收尘风机上的应用

--济南山水水泥

供稿:北京利德华福电气技术有限公司 2006/7/18 9:35:00

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一、引言
济南山水集团平阴粉磨站具有一套年产100万吨水泥生产线,工程设计初期收尘器的收尘风机是定速运行,其风量调节依靠档板开度来控制。考虑产量变化及生产品种的变化(水泥成品的颗粒细度不同),需要不同的风量来满足工艺要求。若用档板调节,不但控制精度较差,并且依靠档板截流来减少风量,电机的出力变化较小,造成大量电能被白白浪费。为了改善工艺、降低能耗,山水水泥的设计人员决定对收尘风机进行变频调速改造,生产中风量的调整通过变频器来改变收尘风机转速实现。
用户通过大量考察论证,最后选用北京利德华福电气技术有限公司的一台HARSVERT-A06/055高压变频器驱动收尘风机。
二、现场工艺简介
1.水泥生产工艺
水泥的生产步骤,可分为以下八个步骤:
原料的提取(采矿)——原料的破碎——原料的储存和预均化——原料的粉磨(球磨机)——生料的均化和储存——煅烧(生料通过旋风筒预热后再进入回转窑烘烤物料,煅烧成熟料)——水泥的粉磨(根据水泥的品质,混合其他的化学原料粉磨)——水泥 的储存与运输
其中物料的粉磨工艺流程是:
电动机通过减速机带动磨盘转动,物料从下料口落到磨盘中央,在离心力的作用下向磨盘边缘移动并受到磨辊的碾压,粉碎后的物料离开磨盘,被高速向上的气流带至与立磨一体的分离器,粗粉经分离器后返回到磨盘上,重新粉磨;细粉则随气流出磨,在系统的收尘装置中收集下来。
收尘风机的转速(收尘器所需风量)主要由管磨机内工艺情况(产量及粉的细度)决定。
2.水泥粉磨系统主要设备:



3.水泥生产工艺图


三、收尘风机系统控制方案
1.主回路方案


工作原理:变频器为一拖一配置,即一台变频器拖动一台电机。变频器高压进线端直接接于6kV电压等级的主动力电源,输出侧直接连接电机。QF1为用户现场高压断路器,为了实现对变频器故障保护,变频器与QF1的合、分闸回路实现连锁,只有变频器控制系统正常才允许QF1合闸,而变频器重故障则跳开QF1。
2.控制回路方案
按照用户要求,变频器可以根据用户反馈的风压信号来调节风机的风压,也可以与用户的风门进行开、合联动。
变频器控制柜有“本机控制/远程控制”选择开关,可以方便地选择本地操作或远程操作,变频器支持MODBUS、PROFIBUS、TCP/IP等协议及硬接线连接来实现远程操作,本套系统与用户中控室DCS采用硬接线连接。即DCS给变频器发启动、停止指令及一路频率给定信号,变频器反馈给DCS“备妥”、“运行”、“报警”、“故障”四路开关量信号及“电机转速”、“电机电流”两路模拟量信号。
变频器概略图如下:


3.变频器技术参数


四、节能效果分析
1.变频器参数


2.电机参数


3.节能计算
通过流体力学的基本定律可知:风机、泵类设备均属平方转矩负载,其转速n与流量Q,压力H以及轴功率P具有如下关系:Q∝n ,H∝n2,P∝n3;即,流量与转速成正比,压力与转速的平方成正比,轴功率与转速的立方成正比。
根据风机工作特性:原来系统采用档板调节时,风机工作点将由A沿曲线向B点移动;目前系统采用电机转速调节时,风机转速由n0 调整为n’时,风机工作点将由B点降至C点。因此采用高压变频器调速,其节电量如下图所示。


根据工艺要求,收尘风机的电机转速降为额定转速的80%时,调速系统(变频器+电机)从电网侧吸收功率约降为额定转速时的51%,即0.83×100%=51%。因此若工艺要求收尘系统风量下降即收尘风机转速下降时,节能效果将十分明显。
现在,平阴粉磨站的生产任务繁重,生产线基本在满负荷甚至超负荷运行,水泥生产量基本在120-130t/h,在最大负荷下,变频器运行频率约为37.5Hz,输入电流(从变频器网侧吸收)约为28A。对比相同工况下的另外一条生产线,在产量基本相同情况下,没有变频改造的收尘风机运行电流约为44A,从比较情况来看,经变频改造的收尘风机节能效果非常明显。
五、变频改造对系统产生的其他效果
通过对济南山水集团平阴粉磨站的变频节能分析测算表明,设备进行变频改造后,具有显著的经济效益,并且在其它方面也产生了一些显著的影响:
(1)采用变频调节后,系统实现软启动,电机启动电流只是额定电流,启动时间相应延长,对电网和变压器无大的冲击,减轻了起动机械转矩对电机机械损伤,有效的延长了电机的使用寿命;
(2)变频改造前,风量的调节要靠调整档板的开度来完成,一次风量的改变通常要反复调节多次才能完成。变频改造后,电机转速的改变只要在DCS设定即可,大大降低了劳动强度,提高了生产效率,风量调节更平稳、精确;
(3)收尘风机改变频后,由于变频器采用单元串联移相技术,因此在理论上可以消除41次以下谐波。由于实际制造工艺的限制,网侧电压谐波总含量可以控制在2%以内,电流谐波总含量小于4%;
(4)变频输出采用PWM技术控制,输出电压波形基本接近正弦波,谐波总含量小于1%,上述指标均满足IEEE-519国际电能质量谐波标准要求;
(5)该变频器为电压源型结构,功率因数可高达0.95;
(6)厂房设备噪声污染大大降低。
六、小结
济南山水集团平阴粉磨站100t/h生产线自2005年5月份改造投产以来,收尘风机变频器一直运行十分稳定,不但节约了大量的电能,取得了良好的经济效益,而且降低了运行、检修人员的工作强度,因此在山水集团新建的粉磨站如昌乐、滨州等地的粉磨站收尘风机先后都采用了我公司制造的变频器。随着国家相关政策的具体落实,相信在今后的应用中,高压变频器将越来越多的在水泥行业中得到广泛的应用。

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