威科變頻調速器在風機上的應用

一、在水泥行業，由于電費的成本已成為原材料成本，人工成本之后的第三大開支；在用電緊張的今天，節省電費已成為企業經營者考慮的一件大事；而水泥廠的立窯風機是水泥廠的重要設備之一，也是主要的耗電設備之一。立窯風機的容量是按照機械立窯最大的設計產量來選型的，且留有一定的余量。在使用中，立窯風機長期固定在最大的轉速下運行。由于季節、晝夜和生產工況的變化，機立窯的實際風量需求在絕大部分時間內遠比設計負載低；在轉速固定的情況下，當立窯風機的風量過剩時，只能通過旁通風管排放掉(或控制風門的進風量)，這樣就造成立窯風機功耗的嚴重浪費，故對立窯風機進行變頻節能改造具有一定的現實意義。
　　二、變頻節電原理
　　對于風機來說，風量Q與轉速n成正比，風壓F與轉速n的二次方成正比，而軸功率P 與轉速n的三次方成正比（見表1），從表中我們可以看出上述幾個量的變化關系：
表1
轉速n% 風量Q% 頻率 風壓F% 軸功率P%
100 100 50 100 100
90 90 45 81 72.9
80 80 40 64 51.2
70 70 35 49 34.3
60 60 30 36 21.6
50 50 25 25 12.5
顯然，變風量控制系統的節能效果是十分突出的，請見圖2的比較曲
圖2 節能效果圖
從上面的圖表中可以明了，當風機效率一定，調節風量微小的變化時，轉速可成比例下降，則風機的軸功率成立方關系下降。在滿足工藝要求的前提下，若風機轉速有富余10%，將可節省電耗27.1%,若風機的轉速富余20%，將可節省電耗48.8%。由此可見，風機、水泵類負載，其節電效果將是非常明顯。
　　三、 立窯基本參數和工作原理
　1、窯爐的基本參數
　1）機械立窯參數
　1、規格：（窯徑×高度）2.0×8.5 , 2、 年產量：普通水泥5～7萬噸
　3、喂料方法：單嘴布料溜子11KW， 4、溜子回轉速度：6.48轉/分
　5、塔篦子形式：整體雙偏心， 6、塔篦子轉速1.2～12.2轉/分,
　7、傳動方式：中心傳動，功率15KW ， 8、料封形式：垂直管料封，
　9、出料粒度：不大于100毫米
　2）風機參數
　風機功率：132KW，額定電壓：380V，額定電流：245A，轉速2980轉/分，
　運行電流：120A～180A；風量：12776m3/h；風壓：21995Pa；起動方式：△/Y
　2、機立窯燒成工作原理
　　由料斗提升機將配置好的生料加一定比例的水，送至成球機成球，然后由布料器勻均地施入窯爐中，園球狀的生料顆粒由底部的離心風機送風在窯爐中部充分燃燒，到窯爐底部冷卻后，由塔篦子旋轉，將燒好的熟料下到漏斗中，經適量噴水，經熟料破碎機后進入下道工序。由此可見，機立窯風機的配置的好壞直接影響到水泥的產量，故此，許多水泥廠廠家在風機上做文章，加大電機功率，加大風量與風壓，往往適得其反。
　　從整個立窯系統裝機的設備功率來看，羅茨風機電機功率為132KW，是整個機立窯系統裝機功率的一半，對煅燒來說是一個用電較大的設備。它的改造成功將對廠家有較深遠的意義。
　　四、 用戶對變頻節能改造后功能的要求
　a) 要求變頻器的跟隨性能好，質量穩定可靠，故障率低。
　b) 要求壹臺變頻器可兩地操作（也就是提供兩塊操作面板），一塊用延長線聯結至窯面上，替代原操作系統；該塊操作面板可以任意設定、修改參數，根據生產情況任意調節風量大小，能控制變頻器的啟停。另一塊操作面板必須放在有人值班低壓配電室內，只提供運行參數監視和開啟、關閉變頻器，不能設定參數和修改參數，不能調整風量的大小。
　c) 在窯面和低壓配電室兩處都必須安裝應急緊急停車按鈕。
在用風量較小的情況下，必須保證電機的溫升和電機的噪聲不得超過允許的范圍
　　五、立窯風機變頻調速節能改造方案設計
　1）根據現場情況和用戶的要求，我們設計安裝一臺品質優良、性能穩定可靠的平方轉矩（風機水泵型）威科變頻器，其型號為VEC—V6—132F3，容量為132KW；并聯在原風機起動柜主回路電路中，并和原主電路做成安全電器互鎖；對立窯風機進行變頻節能控制，具體的控制頻率，由窯爐操作員工根據實際生產工藝和窯爐的煅燒情況，通過控制變頻器面板上的上、下鍵操作，就能控制窯爐風量的大小。從而放棄了立窯風機過去傳統的控制方式，改造成了目前調速效果最好、節電效果最佳的變頻調速。
　2）在變頻器的硬件上加裝一路（顯示面板）牛腳插痤，制作成兩路面板控制；鍵盤和牛腳插座之間用一條50米長的屏蔽線聯結，以滿足用戶的要求。保留原風機窯面和值班室兩處的緊急停車按鈕，在空開和變頻器之間的主電路中，增設交流按觸器。用鋼材把原放風閥封牢。變頻改造后要依次合理調節每一個窯爐風腰的開度。
　六、變頻參數的設定
變頻器安裝完畢后，必須對變頻器的參數進行合理的設定，有些參數和設定，將直接影響變頻器的運行，導致電機不能啟動，造成工程改造的失敗。所以在設定時要耐心細致，使參數設定和電機匹配。下面的參數是根據煅燒工藝和窯爐操作工現場試運行確認的參數。僅供大家參考。
基本參數
序號 功能描述 設定值　 備注
1 控制方式 鍵盤調速+鍵盤運行
2 上限頻率 50HZ
4 加速時間 112
5 減速時間 80
6 轉矩提升 17
7 載波頻率 5
9 上升/下降控制 有效
10 自由停車功能 有效
11 電流限幅功能 有效
　　七、立窯風機變頻改造中注意事項
　　1） 面板控制方式應置為用鍵盤的 （上）或 （下）鍵調節風機的風量較為合理，因為窯面的工作環境較惡劣，假如用電位器調節，天長日久地來回旋轉，會使電位器接觸不良，造成電機電流波動很大；筆者經過許多家水泥廠的實踐證明，鍵盤（上）、（下）鍵控制優于電位器控制。
　　2） 變頻器的停車方式設定為自由停車。由于風機是大慣量負載，若加減速時間設定過短，在加速時過程中容易會出現過流、過載，在減速時容易出過電壓保護，但設定時間過長，會導致風量調節緩慢，跟隨性能會變差，使系統易處在短期不穩定狀態中，有時滿足不了窯爐生產的要求。因此，在滿足變頻器正常運行（不跳故障）的前題下，盡量把加減速時間設定合理。
　　3） 在變頻器的輸入和輸出加裝零序電抗器，以減少諧波的份量，以提高變頻器的功率因數。
　　八、變頻改造后的節電效果
　　為了了解應用變頻調速技術后產生的節電效果，我們和廠方一起做了在相同工況條件下的節電效果測試，具體原始數據如下：
　　8月31日（24H） 9月1日（24H） 9月2日（24H） 9月3日（24H） 9月4日（24H） 9月5日（24H） 9月6日（24H）
工頻運行 2640。 2720。 2680。 2688。 2656。 2704。 2712。
變頻運行 2240。 2280。 2264。 2248。 2224。 2256。 2232。
節省用電 400度 440度 416度 440度 432度 448度 480度
　　從上面數所可知立窯風機每天平均節約電費436.5度；按廠家提供的數據，水泥廠立窯風機全年運行　10個月（即300天計算）, 電價每KW.h為0.50元，則全年節約電費為：
　300天×436.5度×0.50=65,475（元）
　此后該項目每年可為廠家節約電費6.5萬元，經濟效益非常顯。
　　九 、本系統的特點
　1） 采用節能單機控制，根據生產的實際需要通過調節風機的轉速調節送風量，在滿足使用要求的前提下達到最大限度的節能。
　2） 實現了風機的高效調速，調速平穩、精度高，調速過程中轉差損耗小，由于降速運行和軟啟動，使電機啟動電流大大減小，起動時定、轉子消耗減少，對延長電機壽命十分有利。
　3） 先進的設置監控及調節功能改善了系統運行特性，使系統操作更簡便。
　4） 系統具有過載、過流、過壓、短路、欠壓保護措施，使系統的運轉率和安全性、可靠性大大提高，有效地防止了噴窯的發生。
　5） 運用威科變頻器最大特點就是電機在低頻運行時，不發生振蕩現象。
結束語
　　在風機水泵上采用變頻調速技術不僅調速性能優越，而且節能效果十分顯著；隨著變頻器制技術的不斷成熟和發展，變頻器價格不斷下降，我們相信所有的水泥廠立窯風機都會改造成用變頻調速來控制。