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科陆CL2700高压变频器在水泥厂风机上的应用

--科陆CL2700高压变频器在水泥厂风机上的应用

供稿:深圳市科陆变频器有限公司 2009/3/3 15:07:00

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  • 关键词: 电机 流量计 直流调速
  • 摘要:深圳市变频器有限公司的CL2700系列高压变频调速系统从2006年起开始应用于水泥行业的电机节能改造,至今已成功应用于江西、广西、云南、湖南湖北等地的新型干法水泥生产线的6个工艺位置的高压风机,即:生料磨循环风机、煤磨循环风机、水泥磨循环风机、窑头排风机、窑尾高温风机、窑尾排风机,并取得了许多成功的改造经验,取得了显著的经济效益。

1、引  言 
        水泥生产企业是国民经济生产中的能源消耗大户,水泥行业已被列为国家节约资源的重点领域之一。在国务院提出加快建设节约型社会的政策环境下,提高水泥行业的节约型制造和应用水平,建立节约型水泥工业体系意义重大。在当前国内外能源供需矛盾突出的情况下,水泥生产企业必须通过各种途径降低能耗,以获得最佳的经济效益和最高的劳动生产率。在水泥的生产中,电动机负载电耗就将近占成本的30%,而拖动风机用的高压电动机在电机中占有很大的比重,对于一条水泥生产线其中有25%~30%的电能是用于拖动各种类型风机的,因此做好风机电动机的降耗增效工作就显得极为重要。

        目前很多水泥厂的风机大马拉小车现象严重,同时由于工况、产量的变化,系统所需求的风量也随之变化,大部分风机采用传统做法:通过调节进、出风口风门的开度来实现调整风量,而该方法是以增加风阻、牺牲风机的效率来实现的,电能损耗严重。如果利用变频调速技术改变风机的运行速度来调节风量的大小,既满足了生产的要求,又达到了节约电能的目的,同时还减少了因调节挡板而造成的挡板和管道的磨损及经常停机检修所造成的经济损失。随着电力电子技术及电计算机控制技术的发展,变频技术日趋成熟,国际上对于风机的风量、风压调节已普遍摒弃靠调整风门开度的手段,改而采用变转速的电气传动调节,变频调速已成为风机、泵类节能降耗的最佳和首选的电气传动方案。

         在水泥厂风机采用变频调速技术,能节约大量能源,提高生产效率,为水泥厂带来较大的经济效益和社会效益。根据大量水泥生产线风机高压变频调速节能改造的具体经验,采用变频调速后,风机的电耗降低15%~45%,电费若以0.50元/kWh计算,通常在一到三年就可收回变频器设备和其它安装等附加费用的总投资。

2、高压变频器在水泥生产线风机节能改造的应用及效益 
        变频调速技术现已被应用于各行各业,深圳市变频器有限公司的CL2700系列高压变频调速系统从2006年起开始应用于水泥行业的电机节能改造,至今已成功应用于江西、广西、云南、湖南湖北等地的新型干法水泥生产线的6个工艺位置的高压风机,即:生料磨循环风机、煤磨循环风机、水泥磨循环风机、窑头排风机、窑尾高温风机、窑尾排风机,并取得了许多成功的改造经验,取得了显著的经济效益。

       下表是选择不同类型风机应用高压变频改造后在系统满载和相同环境、工艺条件要求下进行节能测试效果的实例数据:

        特别需要指出的是,在新型干法水泥生产工艺中要求控制窑尾预热器压力的窑尾高温循环风机,需要通过DCS的控制来对高温循环风机的风量进行调节,原先设计一般采用液力耦合器、绕线电机转子串阻调速等调速控制,而目前基本发展趋势是在90年代迅速发展起来并在近几年成熟的高压交流变频调速技术的技术和性能远远胜过以前采用的调速方式,在经过大量成功的现场应用并显示其巨大的节能效益后,高压变频器器成为国家水泥节能设计规范标准要求的设备。我国在2007年10月25日颁布、2008年 5月1日起执行的强制性标准《GB50443-2007水泥厂节能设计规范》中的第4.3.5条规定:“窑尾高温风机应采用变频调速装置”。水泥生产线的大容量风机采用变频调速控制后,除实现节能降耗经济效益外,其他方面的效益也是明显的:

      (1)改善了工艺,调速精度得到保证,提高了产品质量的稳定并可提高产量。投入变频器后可以平滑稳定地调整风量风压,提高了效率,特别是使生产线设备利用率得到保证,保证了顺产,进一步提高了产量。

      (2)设备运行与维护费用下降:采用变频调节后,避免原来转子滑环烧损维护、更换的工作,以及液力耦合器油路、漏油的维护以及由于若打坏齿轮的维修工作,以及由此导致的停产损失;高压变频器的运行实践证明其可靠性得到保证。

      (3)延长电机等设备的使用寿命。采用变频调速后,可以实现软起动和软制动,几乎不产生冲击,避免水阻软启动3~4倍的冲击电流、液力耦合器启动时的4~7倍的冲击电流,可大大延长电机定子、转子轴及轴承等电气与机械寿命。

    (4)目前单元级联式的高压变频器,其输入电流谐波含量小于国家标准要求的限制要求,功率因数可保证在0.95以上,与采用液力耦合器、转子串阻等调速方式相比,输入功率因数大大提高,再无需投资功率补偿设备,并可降低有关的设备投资与维护费用。

3、高压变频器在水泥生产线风机应用的主要问题与应对措施 
        水泥厂因生产线风机从工艺上对风量、压力的调节要求,对高压变频器有一定针对性的技术要求;特别是设备的应用现场环境恶劣,水泥生产现场一般粉尘较大,调速机械大多安装在室外或库下,环境较其它行业相比较为恶劣,而高压变频器作为电力电子器件与较精密的电子控制系统组成的设备来说,对环境有较高的要求,因此在水泥生产线风机上应用的高压变频器设备在设计、安装、运行、维护过程中具有一定的特殊性,比较突出的问题如下:

(1)高温风机的管道“塌料”问题导致电机过流甚至跳停问题 
         国家水泥节能设计规范标准要求“窑尾高温风机应采用变频调速装置”,而窑尾高温风机是保证水泥生产线窑内负压的重要设备,即使在以往工频运行采用液力耦合器调速的高温风机,也常见由于管道“塌料”导致高温风机电机过负荷跳闸,导致生产中断。而对于由于变频器装置的电力电子器件的过负荷能力的限制,以上由于塌料造成的高温风机过负荷导致的变频器保护停机现象,如无专业技术是不可避免的,将给水泥生产线造成更大的损害。

        高温风机由于“塌料”导致的过负荷是由于在旋窑水泥生产线生产过程中的预热器管壁上的粉尘粘附到一定厚度时就会坍塌脱落,造成管道内粉尘浓度增大,阻力增加,负压升高,使排风机负荷增加或如果垂直烟道或预热器内在清洁皮或有物料塌陥时,同样也会造成气流波动,使排风管内气流紊乱,造成高温风机过负荷停机,该现象的频繁出现对高温风机电动机造成损坏。在实际使用过程中的“塌料”现象,会不定期的导致电机运行电流在极短的时间内超出正常电流的数倍,如使用目前国内外一般厂家的通用型高压变频器,可能导致变频器运行过程中频繁跳机,直接影响高温风机与水泥生产线的正常运行。

         目前国内高压变调速技术已经解决了该问题,作为水泥行业高压变频器的制造商,深圳科陆变频器公司的CL2700系列高压变频调速系统特别针对高温风机的运行工艺情况进行了大量的研究分析并研制出针对性的专业技术。该产品从2007年投入水泥生产线的变频改造,技术研发人员经过深入应用现场,了解掌握现场工艺情况,总结现场应用经验,推出了针对水泥生产线窑尾高温风机的专用变频器技术,从设备的硬件设计、控制软件设计等多方面对高温风机的不定期的尖峰负荷运行进行全方位针对性的设计改进。具有这种技术的高压变频器有效地避免了其他厂家的通用高压变频器在运行中由于“塌料”所导致的反复跳机,与工频液耦运行相比也降低了跳机的可能性,从而使安装了深圳科陆变频器公司高温风机专用变频器的水泥生产线达到即节能又增效,降低电机和风机设备的故障率,为水泥企业保证生产安全性、经济性提供了技术与设备保证。根据目前在多条5000t/d旋窑生产线的高温风机实际应用效果证明高压变频器基本上解决了高温风机变频器由于“塌料”导致的跳闸停运、生产中断的问题,大大减少了由于高温风机停运对生产造成的影响,降低了电机设备的故障率,取得了节能增效的巨大效益,得到了用户的普遍好评。

  (2)风机高压变频改造对原配液耦、水阻的处理 
        目前国内高压变频技术已经成熟,选用运行可靠的成熟品牌的高压变频器进行风机变频改造后,原来采用绕线式电机转子串水阻调速的,可将转子短接,使滑环不再通过电流,从而降低烧损;原来采用液力耦合器的,可以取消原液力耦合器,可按照液力耦合器的联接尺寸设计制作一套连轴器代替液耦,连接轴的基座安装尺寸、轴连接中心尺寸、轴径尺寸、轴与电机及风机侧的连接靠背轮均与原液耦一致,安装时仅需将原液耦拆除,将连接轴代替液力耦合器,现场仅作少量调整即可达到安装要求。因此

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