變頻器在球磨機節能改造中的應用

一. 前 言 在21世紀的今天，全球能源緊張，節能的呼聲越來越高，先進的節能技術已經成為社會的一道亮點；然而在很多企業里的節能意識也很強,但就因為偶很制約因素使很多企業沒有真正將節能落到了實處。特別是在水泥；陶瓷；冶金行業，普遍認為球磨機難以被控制的，因為用電設備消耗多少電，是與其電機特性所決定的，主觀的控制無能為力。很顯然，此觀念是錯誤的。在全國上下用電形勢嚴峻的情況下。廣州銳億自動化采用最新的3000系列變頻器，利用先進的變頻節能技術，在廣東塔牌集團；東南水泥等實行球磨機節能改造。實踐證明，通過一系列的技術和管理措施把球磨機的能耗降到最低，既保護環境又為企業創造經濟效益，企業至少可以減少5~10%的經營成本。二、球磨機的工作原理 在水泥；陶瓷；冶金企業里，球磨機由于功率比較大，占據了企業總用電量的80%以上，各類球磨機的結構基本大致相同，只是它們的某些部件有所不同，球磨機一般均由筒體；襯板，給料器；排料器；空中軸；軸承；傳動裝置和潤滑系統組成。圓形筒體由若干塊鋼板焊接而成，其兩端焊接有法蘭，以便以鑄鋼的給料端蓋排料端蓋連接，筒內裝有可以更換的襯板，為了使襯板與筒體內壁緊密接觸并緩沖鋼球對筒體的沖擊，在襯板與筒體之間敷有膠合板，為便于更換襯板和檢查筒體內部狀況，在筒體上開有 入孔，入孔為矩形，長度一般為三百五十到五百五十毫米。給料部：由帶有中空軸頸的端蓋聯合給料器，扇形襯板，和軸頸內套，等部件組成，中空軸頸內套可防止給料磨損軸頸內表面，內套的內表面帶有螺旋，有助于給料，給料器用螺栓固定在內套的端部，一般使用聯合式給料器，其次是鼓式給料器和渦式給料器等等。排料部：由帶有中空軸頸的端蓋，格子襯板，襯塊，中心襯板，和軸頸內套等零件組成，在端蓋內壁上鑄有八條放射性的筋條，相當于隔板，每兩根筋條之間有格子襯板，用襯塊擠壓固定，襯塊則[有螺釘穿過壁上的筋條固定在端蓋上，自中心部分，利用中心襯板的止口拖住所以的格子襯板，中空軸頸的內套在排料格子的一端制成喇叭形葉片，以引導隔板淘起的礦漿順著葉片流出，整個排料部位和給料部位都一樣緊固在筒體法藍盤上。驅動部分：球磨機屬于低速重載設備，裝載量大，起動離矩也很大，一般需要加裝液力耦合器來完成傳動系統的啟動和調速，水泥；陶瓷；冶金球磨機通常采用附加啟動電機沖擊啟動或軟啟動裝置來啟動，對電網沖擊大，而且啟動完成后運轉時所需的轉距減小，所以在節約能源方面有很大的空間，目前普遍采用的驅動方式是：三相交流電動機—液力耦合器—齒輪減速器—皮帶減速器。由于球磨機屬恒轉矩負載，在用液力耦合器調速時，其調速效率等于調速比，有很大一部分能量在液力耦合器中被浪費了。三、球磨的生產工藝球磨機一般以固定的轉速運行，筒體 轉速是由皮帶輪或齒輪減速機構（也有用液力耦合器）決定的。球磨機的轉速直接影響到鋼球和物料的運動狀況及物料的研磨過程，在不同的轉速下，筒體內的鋼球和物料的運動狀況，當轉速較低時，鋼球和物料隨筒體內壁上升，當鋼球和物料的傾角等于或大于自然傾角時，沿斜面滑下，不能形成足夠的落差，鋼球對物料的研磨作用很小，球磨機的效率很低。當筒體的轉速處于上述二者之間的某一轉速時，鋼球被帶到一定的高度后沿拋物線落下，對筒底物料的撞擊作用最大，研磨效率最高，此時的轉速稱為最佳工作轉速。如果筒體的轉速很高，由于離心力的作用，以致使物料和鋼球不再脫離筒壁，而隨其一同旋轉，這時鋼球對物料已無撞擊作用，研磨效率則更低。這種狀態的最低轉速稱為臨界轉速。四、球磨機系統存在的問題球磨機一般采用的工頻控制，易造成物料的過度研磨，需研磨周期較長，研磨效率較低，單位產品功耗較大。球磨機一般采用星三角或自耦降壓啟動，啟動電流特別大，對設備和電網的沖擊很大，機械設備的生產維護量也大，而且電的損耗量相當驚人，這必然會給生產廠家帶來很多不必要的麻煩和嚴重的資源浪費，所以隨著社會經濟的發展以及企業產生規模的擴大，直接工控球機磨的弊病已暴露無遺，并嚴重地阻礙了各工業企業快速發展。這促使人們去研制啟動平滑、研磨效率較高、產量大、能耗低的球磨機---變頻控制球磨機。五、球磨機變頻調速節能控制系統的工作原理系統性能要求 根據原工況存在的問題并結合生產工藝要求，改造后的研磨機系統應滿足以下要求：改后的設備要有足夠的起動轉距，滿足球磨機裝載量大的要求，并保證設備在變頻運行狀態下使電機平穩運行，保障電動機具有恒功率特性：利用變頻調速控制系統改造原有球磨機低速時的正常運行，確保正常的工藝控制要求，延長球磨機和電動機的使用壽命，減少維護。變頻器的選型：根據上述原則，選擇銳億自動化最新的3000系列變頻器，該系列變頻器有以下特點：本系列是采用新一代SVPWM波型生成技術的變頻器，低速額定轉矩輸出，帶載能力強，低速時可達到80%的額定轉矩輸出。具有多種轉矩提升及V/f曲線可設定，多種加、減速模式可以選擇，內置人性化的PID功能，諸多參數均可在線調整。具有各種完善的保護功能及故障診斷系統，具有過電壓、過電流及失速保護等功能技術先進，功能齊全，使用方便，可滿足電氣節能及各種生產工藝要求的需要。電壓等級多種規格齊全，性能可達到歐美日等國外同類產品水準，頻率精度高。可使運轉平穩，滿足設計的要求。應用效果：球磨機安裝變頻節能控制系統后，取得了以下效果：改造后的設備能夠實現自動控制，以及市電/節電切換功能，并能克服球磨機大慣性引起的回升電壓，有效地保證設備正常運行，利用變頻器自動電壓調節功能，可在與負載無關的條件下，保持電機效率最高，因消除了起動時的沖擊，延長了機軸、波箱齒輪、皮帶等機械的使用壽命，減少了維修費用；利用變頻節能調速技術改造了球磨機的拖動系統，滿足了球磨機低速運行、大起動轉距的特點，實現了球磨機的運行速度連續可調，電機起動時無沖擊電流，起動力矩足夠，保護功能完善，保證了工藝控制質量，節約了維護成本。球磨機使用變頻調速后，起動電流可比原先小5倍以上，（如132KW電機原先的起動電流在1000A以上，變頻節能控制系統起動電流為180~200A之間），實現了真正的軟起動，也收到了節能的效果。由于起動電流大大減小，不會造成對電網的沖擊和電網電壓的下降，消除了因球磨機起動而引起的其它用電設備調閘或故障，在同樣的電網容量下，并可以增加裝機臺數，內置PLC多段速自動運行功能，可以通過變頻方便地設定研磨時間，加磨時間和自動停機功能，使操作更加智能化，人性化。球磨機變頻節能系統的節能效果一般可達12~15%左右。六、投資與回報以塔牌集團為例，其公司安裝的6臺大功率的變頻器，以其中的一臺40噸球磨機為例，電動機功率為132KW，實際使用功率為115KW，每天工作18小時，每月工作30天，這樣原球磨機每月用電量為：115KW×18小時×30天=62100kw/h(度),在安裝了球磨機專用的變頻器節能控制系統后節電率可達5.5萬計算，投資回收期為55000÷5893=9.3個月,若以平均節電率12%計算,則月節電效益為621000×12%×0.65=4843元，每臺變頻器投資為5.5萬元計算，投資回收期為55000÷4843=11.3個月，即不到一年就可以收回全部的投資，而變頻器的使用壽命一般為10~15年，一年后即為純回報期，也即年節電收益在6萬元左右。七、結束語在我國水泥；陶瓷；冶金行業,球磨機被大量使用,是物料粉碎不可缺少的重要生產設備,實踐證明,變頻器用于水泥；陶瓷；冶金行業球磨機的節能驅動是十分成功的,取得了良好的經濟效益,對于我國提出的建設節約型社會,減少環境污染具有重大的經濟和社會意義,銳億自動化也必在水泥；陶瓷；冶金行業大力的推廣應用,盡早實現工業梅州的口號。