水泥厂在变频技术上的应用

　　随着中国经济的持续快速增长，一方面市场对建材产品的需求不断增加，水泥作为建材行业的最重要产品，需求量更是快速增长；另一方面大量资金投入到水泥行业，导致市场竞争更趋激烈，同时市场对产品的质量要求越来越高。因此迫使大家将提高产品质量、节能降耗、大幅增强产品核心竞争力，提到重要的工作日程上。变频节能改造，经过国内外多年的实践证明，其不仅能提高工艺、而且具有明显的节能效果，现已在各行各业广泛使用。以下仅就变频器在水泥行业中的应用环节进行分析介绍。

　　一 基本运用

　　经过多年推广运用，变频节能改造在水泥生产企业得到大量推广使用，以下就水泥厂最常使用的几个方面进行简单介绍。

　　一、供风系统变频

　　作用：用变频调速成套装置取代用风板或阀门开启度来调节放风量，来满足烧结时不同用风量要求。传统的机械调节方法（这种传统供风方法缺点是电能浪费严重、调节精度差、启动电流大、噪音大、粉尘污染严重）经变频改造后，供风系统在保留原控制系统的基础上增加一套变频回路与原控制并联，形成的双回路控制系统。特点是双回路保障生产的连续正常运行，由于变频器具有软起动功能，电机启动时，无大电流冲击，大大延长设备使用寿命；同时变频器可任意调节电机转速，因此可按所需风量准确调节风量，无须旁路放风、减少水泥粉尘污染、节电可达15%-40%。综合效益非常可观，一般6～18个月内可收回全部投资。

　　二、成球预加水系统　　

　　生料成球工序是影响水泥熟料烧结质量的关键工序之一，其中，料、水比例直接影响成球好坏。变频器通过对成球预加水泵电机转速进行无极调速调节，时刻跟踪生料供给量，进行等比例加水，从而使半机械化、半手工加“人脑”（即凭经验）控制的落后工艺跨上了全自动化、电脑控制的新台阶。料水配合比较稳定，成球效果良好，水泥烧结质量得到提高。

　　三、生料均化给料系统

　　为确保产品质量必须最大限度消除生料中石料质量的随机波动，实现均化是必要的。但螺旋给料机“堵料”、“亏料”现象时有发生，间断给料不仅影响生产，而且造成机械设备和电器设备的损伤。各生料仓下送料口的送料比例人为性较大，使均化效果受到影响，过去一直无法解决。此系统用变频改造之后，将所有送料口处的送料电机用变频器同步进行无极调速，等比例送料，操作人员只需观察螺旋给料机的总输料量，调整送料电机转速快慢即可。这样均化效果大大提高，非生产耽搁时间减少50%以上。

　　四、水泥选粉系统　　

　　根据水泥桔的不同，要求水泥成品粉粒细度不同，而老式选粉机要改变选粉细度，其过程相当麻烦，不单要停产，而且要将选粉机拆开，调整同轴上每组扇叶的数量和角度。这个过程又没有一定的标准，只能按照经验一次一次对比试验，每次都重复这样的过程：　　　　　　

　　拆开机组→调整扇叶→装上机组→试选→检验细度直到选出的粉粒达到要求的细度为止。变频改造之后的选粉系统，只须按下提前预置的不同标号细度按钮，选粉机选出的粉粒就对应所需要的细度。做到了连续化、自动化生产，即节约了时间又提高效率，降低劳动强度，综合效益明显。

　　五、机立窑卸料系统　　

　　为使水泥烧结过程“三平衡”（即加料、供风、卸料三平衡）机立窑生产者普遍选用滑差电机做为盘塔式卸料装置的动力。该电机在同等条件下运行较普通Y系统列电机多耗电20%而且调整特性软，带载能力差，在粉尘严重的水泥行业滑差头故障频频，维修困难。同时以多耗20%的电能，换来调整特性软，是很不合适的。此系统经变频改造之后，节电可达25%以上，而且调速特性硬，带载能力提高，调速性能远优于滑差电机。维修费用降低50%以上，效益可观。

　　六、在蓖式冷却机上的应用

　　由于水泥熟料蓖式冷却机工作在恶劣环境中，易造成直流电动机整流子、炭刷磨损较快，需经常停机检修、维护，不仅需投入较多的工作量，检修成本高；而且由于经常停机，使熟料不能快速冷却，造成冷却机因高温损坏，严重的影响了生产的正常组织。对蓖式冷却机进行了变频调速改造，这些问题迎刃而解。

　　七、在煤粉喂料设备上的应用

　　煤粉喂料设备原来均采用电磁滑差调速。由于煤粉中经常混有各种杂物，时常造成堵塞、喂料机机械传动系统弯曲变形，甚至电动机烧毁现象，严重影响了设备的正常运行。用变频器取代电磁滑差调速后，不仅解决了以上问题，同时节能25%以上。

　　二 部分运用现场的方案介绍

　　由于变频调速具有故障率低、调速精度高、保护功能多、节能效果显著等优点，是对风机水泵、直流调速、电磁滑差调速进行改造的最理想的选择。以下就变频器在水泥厂几个方面应用进行介绍。

　　一、在风机上的应用：

　　水泥回转窑大都采用离心通风机调节窑内风量，由于生产过程中工矿的不断变化及其他多种因素的影响，设计选型时，离心通风机通常预留较大富裕量；所以在实际的使用中，为满足大窑的工矿要求，在进风管道中设置电动阀门、挡风板等装置，通过阀门开度来调节风量，这种通过增加系统阻力来改变风量的办法，造成大量的电能消耗。而采用调速方式调节风量节电效果就十分理想。风机调速节电原理：对风机进行调速控制属于减少空气动力节电方法，是一种比较理想的节电方式。它和调节风门控制风量方法向比较，有明显的节电效果。从附图风机特性曲线可说明其节电原理。

　　图中曲线（1）为风机在恒速下，风压－风量（H-Q）特性；曲线（2）为恒速下功率－风量（N-Q）特性；曲线（3）为管网风阻特性（风门开度全开）。假设风机按设计要求工作在Ａ点的效率最高，输出风量Q1为100%，此时轴功率P1与Q、H1的乘积与面积（AH1OQ1）成正比。根据工艺要求，当风量需从Q1减少到Q2（例如50%风量时），如采用调节风门的方法相当于增加管网阻力，使管网阻力特性变到曲线（4）。系统由原来的工况点A变到新的工况点B运行，从附图中看到，风压反而增加，轴功率P2与面积（BH2OQ2）成正比减少不多。如果采用调速控制方式，风机转速由N1降到N2，根据风机参数的比例定律，画出在转速N2下的风压-风量（H-Q）特性如曲线（5）所示，可见在满足同样风量Q2的情况下，风压H3大幅度降低，功率P3（相当于面积CH3OQ2）显著减少，节省的功率损耗大小ΔP与面积（BH2H3C）成正比，节能的经济效益是十分明显的。

　　二、在回转窑拖动上的应用

　　水泥厂回转窑主拖动一直使用直流调速。但这种调速电路复杂，维修难度大，操作繁琐，导致转速不平稳，增加了操作人员的看火难度。直流电动机在温度高、粉尘大的恶劣环境中工作，其炭刷、整流子损坏严重，维修费用高。而交流变频调速效率高，稳定性好，且交流电动机的价格和维护费用也比直流电动机低得多，以下是我公司为其改造的方案。

　　回转窑负载的特点分析：启动时回转窑内的物料处于正下方，在窑起动并不断加速的过程中，整个窑体及窑内的物料克服自身惯性而升速，当物料偏移正下方最大角度时，此时所需转矩最大，这是个加速过程，一个克服设备巨大惯性的过程。一旦驱动电流克服了这种大惯性负载而起动起来，维持正常运转所需的驱动能量及转矩就很小了。根据回转窑的这种负载特点，选择变频器及电动机的功率就比较复杂，功率选择过大，起动没问题，但正常运转时出现大马拉小车现象，能耗大，一次性投资加大；功率选择小些适合于正常运行，效率高投资小，但不能正常起动。我们在4#窑（Ø3.6X65m）和6#窑（Ø3/2.88mX65m）主传动进行了变频调速改造，具体情况参见下表：

　　设备名称

　　电机功率（KW）

　　变频器功率（KW）

　　输出有功功率（KW）

　　启动时间（S）

　　节能效果（％）

　　4#窑

　　110

　　110

　　45－70

　　25

　　42

　　6#窑

　　160

　　160

　　60－100

　　28

　　44

　　参数调试经验：回转窑的负载形式，对变频器进行合理的参数调试十分重要；即在低频段适当提高V/F的值，这样有利于提高电动机出力；但在满足起动要求的情况下，提升值越小越好，这样做能减小电动机损耗，降低电动机温升，避免造成过流保护。

　　三 效果分析

　　一、变频改造的优点

　　1. 高节电率：各种不同负载的节能空间见下表：频率与恒转矩、平方转矩、立方转矩负载之间功率对照表 :

　　输出频率（Hz）

　　轴功率输出

　　恒转矩（％）

　　平方转矩（％）

　　立方转矩（％）

　　20

　　40

　　16

　　6.4

　　30

　　60

　　36

　　21.6

　　40

　　80

　　64

　　51.2

　　50

　　100

　　100

　　100

　　2. 内置PID控制器,输出频率同步比例信号的变化、实现目的控制量的自动调节；

　　3. 电机软起动、无启动电流冲击，延长使用寿命；完全解决启动时的大电流冲击和水锤问题；

　　4. 高功率因数（0.96以上）大幅降低线电流从而提高电网的负载能力；

　　5. 系统冗余设计、原系统和新系统可互为备份、稳定可靠；

　　6. 具有过载、过流、过压、欠压等自动保护和报警功能、 这是原系统所没有的全新保护功能。

　　二、供风系统节能改造原理图：

　　三、应用实例:

　　惠州市某水泥厂订购我公司节能控制系统柜贰台，分别安装在立窑离心风机和萝茨风机上。　　　

　　原来离心风机是通过阀门调节，人为地增加风机进风管系统的阻力以减小鼓风量；而萝茨风机采用把风向空气白白放掉。这两种方式均满负荷运行又浪费能量，对电机长期运行会缩短其寿命。改用交流变频器后，通过调整电机电流频率米改变电机转速来满足用风量。200KW电机根据实际应用电流在180-280A之间运行，节能率在30-55 ％之间。因降低风机转速运行，并且避免电机启动时电流冲击大和 电网电压降低，可明显减少风机叶轮、机壳及轴承的磨损，延长检修换件周期和设备使用寿命，节约维修费。