英威腾CHH100高压变频器在水泥生料磨排风机上的应用

一、引言

   在水泥制造行业,某些功率大、连续运行的设备耗电量高，是水泥制造成本高居不下的一个重要因素。据统计在水泥制造成本中，电费成本约占总成本的30%左右。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上。因此，应用变频技术，对耗电大的设备做一些工艺上的节能改造,以期来降低水泥的制造成本,可提高经营上的利润空间和市场竞争力。随着水泥行业竞争的日益加剧，生产成本的高低决定了水泥企业在市场竞争的地位。因此降低水泥生产过程中的电能消耗越来越引起了业界的重视。

二、工况分析

   水泥生产过程中，每生产1吨硅酸盐水泥至少要粉磨3吨物料（包括各种原料、燃料、熟料、混合料、石膏），据统计，干法水泥生产线粉磨作业需要消耗的动力约占全厂动力的60%以上，其中生料粉磨占30%以上，煤磨占约3%，水泥粉磨约占40%。因此，合理选择粉磨设备和工艺流程，优化工艺参数，正确操作，控制作业制度，对保证产品质量、降低能耗具有重大意义。 生料磨制主要工艺流程如下图1所示。

图1 生料磨制工艺流程

在水泥行业生料磨风机承担了将生料干燥和输送到生料库的作用，有些现场根据生产的情况和生料库生料的情况经常启停生料磨，另生料磨排风机运行主要是通过控制调节入口阀门来调整风机运行状态以满足工况需要，在阀门调节过程中会带来一系列问题：

1)采用风机定速运行，阀门调整节流损失大、管网损失严重、系统效率低，造成能源的浪费。

2)长期的30～40%左右的低阀门开度，加速阀门自身磨损，导致阀门控制特性变差。

3)压力过高威胁系统设备密封性能，严重时导致阀门泄漏，不能关严等情况发生。

4)设备使用寿命短、日常维护量大、维修成本高、造成各种资源的极大浪费。

5)频繁启停生料磨风机，工频启动时启动电流大，对电网的冲击很大，导致电机绝缘受到影响设备使用寿命缩短，日常维护量大，维修成本高。

   解决上述问题的重要手段之一是采用变频调速控制技术。利用高压变频器对风机电机进行变频控制，实现风机流量的变负荷调节。这样，不仅解决了电机直起、控制阀调节线性度差、纯滞延大等难以控制的缺点，而且提高了系统运行的可靠性；更重要的是减轻了挡板的磨损，降低了系统对风道管路密封性能的破坏，延长的设备使用寿命，维护量减小，改善了系统的经济性，节约能源，为降低厂用电率提供了良好的途径。

三、系统方案

3.1 一次主回路图

   变频控制为一拖一方案，配备一台变频器。变频调速系统接于6kV电压等级的主动力电

源系统，用于电动机的变频调速。为增加运行安全性，变频系统增加旁路，设计方案如图2：

图 2 变频一拖一示意图

   此方案是手动旁路的典型方案,原理是由3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3组成（见上图）。要求QS2和QS3不能同时闭合，在机械上实现互锁。变频运行时，QS1和QS2闭合，QS3断开；工频运行时，QS3闭合，QS1和QS2断开。

　　为了实现变频器故障保护，变频器对现场高压断路器QF进行连锁，一旦变频器故障，变频器跳开QF。电机工频运行时，变频器允许QF合闸，撤消对QF的跳闸信号，使电机能正常通过QF合闸工频启动。

四、具体使用效果

4.1 设备主要参数

1)生料磨排风机

2)电动机

4.2 变频改造前后生料磨排风机运行参数统计

1)改造前数据(全年数据)

日期表底用电量(kwh)产量(t)

2)改造后数据

4.3 节电效果计算

根据排风机在不同控制方式下的流量－负载关系曲线和现场运行的负荷变化情况进行计算。

1)改造前单耗

DH0（全年产品单耗）=W0（全年用电量）�C0（全年产量）

                         =2651280�488588= 5.43 kwh/T

2)改造后电耗

W（月电量）=（本月表底－上月表底）�倍率

1）3月份W3=（3月31日表底－2月28日表底）�倍率

=（9207.7－ 9116）�1200= 110040 kwh

2）4月份W4=（4月30日表底－3月31日表底）�倍率

              =（9392.534－9207.7）�1200=221800.8 kwh

3）5月份W5=（5月31日表底－4月30日表底）�倍率

              =（9581.475－9392.534）�1200=226729.2 kwh

4）6月份W6=（6月30日表底－5月31日表底）�倍率

              =（9769.659－9581.475）�1200=225820.8 kwh

3)产量：C

1）3月份 C3 =27115 T

2）4月份 C4=57305 T

3）5月份 C5=59338 T

4）6月份 C6=52027 T

4)单耗

DH（单耗）=W（用电量）�C（产量）

（1）3月份  DH3=W3�C3== 4.06 kwh/T

（2）4月份  DH4=W4�C4== 3.87 kwh/T

（3）5月份  DH5=W5�C5== 3.82 kwh/T

（4）6月份  DH6=W6�C6== 4.34 kwh/T

5)节电率

δ=（全年产品单耗－2007年月单耗）�全年产品单耗�100%

=（DH0－DH）�DH0�100%

(1)3月份   δ3 =（DH0－DH3）�DH0�100%=（5.43- 4.06）�5.43�100%= 25.23%

(2)4月份   δ4 =（DH0－DH4）�DH0�100%=（5.43- 3.87）�5.43�100%= 28.73%

(3)5月份  δ5 =（DH0－DH5）�DH0�100%=（5.43-3.82）�5.43�100%=29.65%

(4)6月份  δ6 =（DH0－DH6）�DH0�100%=（5.43-4.34）�5.43�100%=20.07%

五、结束语

   通过生料磨排风机高压变频改造，可以看出生料磨排风机变频改造节能效果显著，明显降低了电耗同时降低了生产成本，节约了维护费用，在生产不紧张生料库满时不用频繁启停生料磨风机优化了生产工艺，电动机维护量减少，提高了设备使用寿命，实现了软启动，电机启动电流降低，减少了对电网的冲击，达到了变频改造的目的。

参考文献：

[1]《CHH100系列高压变频器产品说明书》深圳市英威腾电气股份有限公司

[2] 仲明振,赵相宾 《高压变频器应用手册》机械工业出版社 2009-05出版