利德華福高壓變頻器在粉磨站收塵風機上的應用

一、引言
濟南山水集團平陰粉磨站具有一套年產100萬噸水泥生產線，工程設計初期收塵器的收塵風機是定速運行，其風量調節依靠檔板開度來控制。考慮產量變化及生產品種的變化（水泥成品的顆粒細度不同），需要不同的風量來滿足工藝要求。若用檔板調節，不但控制精度較差，并且依靠檔板截流來減少風量，電機的出力變化較小，造成大量電能被白白浪費。為了改善工藝、降低能耗，山水水泥的設計人員決定對收塵風機進行變頻調速改造，生產中風量的調整通過變頻器來改變收塵風機轉速實現。
用戶通過大量考察論證，最后選用北京利德華福電氣技術有限公司的一臺HARSVERT-A06/055高壓變頻器驅動收塵風機。
二、現場工藝簡介
1.水泥生產工藝
水泥的生產步驟，可分為以下八個步驟：
原料的提取（采礦）——原料的破碎——原料的儲存和預均化——原料的粉磨（球磨機）——生料的均化和儲存——煅燒（生料通過旋風筒預熱后再進入回轉窯烘烤物料，煅燒成熟料）——水泥的粉磨（根據水泥的品質，混合其他的化學原料粉磨）水泥的儲存與運輸
其中物料的粉磨工藝流程是：
電動機通過減速機帶動磨盤轉動，物料從下料口落到磨盤中央，在離心力的作用下向磨盤邊緣移動并受到磨輥的碾壓，粉碎后的物料離開磨盤，被高速向上的氣流帶至與立磨一體的分離器，粗粉經分離器后返回到磨盤上，重新粉磨；細粉則隨氣流出磨，在系統的收塵裝置中收集下來。
收塵風機的轉速（收塵器所需風量）主要由管磨機內工藝情況（產量及粉的細度）決定。
2.水泥粉磨系統主要設備：


3.水泥生產工藝圖


三、收塵風機系統控制方案
1.主回路方案


工作原理：變頻器為一拖一配置，即一臺變頻器拖動一臺電機。變頻器高壓進線端直接接于6kV電壓等級的主動力電源，輸出側直接連接電機。QF1為用戶現場高壓斷路器，為了實現對變頻器故障保護，變頻器與QF1的合、分閘回路實現連鎖，只有變頻器控制系統正常才允許QF1合閘，而變頻器重故障則跳開QF1。
2.控制回路方案
按照用戶要求,變頻器可以根據用戶反饋的風壓信號來調節風機的風壓,也可以與用戶的風門進行開、合聯動。
變頻器控制柜有“本機控制/遠程控制”選擇開關，可以方便地選擇本地操作或遠程操作，變頻器支持MODBUS、PROFIBUS、TCP/IP等協議及硬接線連接來實現遠程操作，本套系統與用戶中控室DCS采用硬接線連接。即DCS給變頻器發啟動、停止指令及一路頻率給定信號，變頻器反饋給DCS“備妥”、“運行”、“報警”、“故障”四路開關量信號及“電機轉速”、“電機電流”兩路模擬量信號。
變頻器概略圖如下：


3.變頻器技術參數


四、節能效果分析
1.變頻器參數


2.電機參數


3.節能計算
通過流體力學的基本定律可知：風機、泵類設備均屬平方轉矩負載，其轉速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。
根據風機工作特性：原來系統采用檔板調節時，風機工作點將由A沿曲線向B點移動；目前系統采用電機轉速調節時，風機轉速由n0 調整為n’時，風機工作點將由B點降至C點。因此采用高壓變頻器調速，其節電量如下圖所示。


根據工藝要求，收塵風機的電機轉速降為額定轉速的80％時，調速系統（變頻器＋電機）從電網側吸收功率約降為額定轉速時的51％，即0.83×100%=51%。因此若工藝要求收塵系統風量下降即收塵風機轉速下降時，節能效果將十分明顯。
現在，平陰粉磨站的生產任務繁重，生產線基本在滿負荷甚至超負荷運行，水泥生產量基本在120－130t/h，在最大負荷下，變頻器運行頻率約為37.5Hz，輸入電流（從變頻器網側吸收）約為28A。對比相同工況下的另外一條生產線，在產量基本相同情況下，沒有變頻改造的收塵風機運行電流約為44A，從比較情況來看，經變頻改造的收塵風機節能效果非常明顯。
五、變頻改造對系統產生的其他效果
通過對濟南山水集團平陰粉磨站的變頻節能分析測算表明，設備進行變頻改造后，具有顯著的經濟效益，并且在其它方面也產生了一些顯著的影響：
（1）采用變頻調節后，系統實現軟啟動，電機啟動電流只是額定電流，啟動時間相應延長，對電網和變壓器無大的沖擊，減輕了起動機械轉矩對電機機械損傷，有效的延長了電機的使用壽命；
（2）變頻改造前，風量的調節要靠調整檔板的開度來完成，一次風量的改變通常要反復調節多次才能完成。變頻改造后，電機轉速的改變只要在DCS設定即可，大大降低了勞動強度，提高了生產效率，風量調節更平穩、精確；
（3）收塵風機改變頻后，由于變頻器采用單元串聯移相技術，因此在理論上可以消除41次以下諧波。由于實際制造工藝的限制，網側電壓諧波總含量可以控制在2％以內，電流諧波總含量小于4％；
（4）變頻輸出采用PWM技術控制，輸出電壓波形基本接近正弦波，諧波總含量小于1％，上述指標均滿足IEEE-519國際電能質量諧波標準要求；
（5）該變頻器為電壓源型結構，功率因數可高達0.95；
（6）廠房設備噪聲污染大大降低。
六、小結
濟南山水集團平陰粉磨站100t/h生產線自2005年5月份改造投產以來，收塵風機變頻器一直運行十分穩定，不但節約了大量的電能，取得了良好的經濟效益，而且降低了運行、檢修人員的工作強度，因此在山水集團新建的粉磨站如昌樂、濱州等地的粉磨站收塵風機先后都采用了我公司制造的變頻器。隨著國家相關政策的具體落實，相信在今后的應用中，高壓變頻器將越來越多的在水泥行業中得到廣泛的應用。