高壓變頻調(diào)速在選粉機(jī)排風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

劉毅，王志鋼

高壓變頻調(diào)速在選粉機(jī)排風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

Application of High Voltage Frequency Conversion on Cyclone Separator's Exhaust Fan

劉毅，王志鋼

分析了高壓變頻器在水泥廠(chǎng)高壓電動(dòng)機(jī)（原料磨選粉機(jī)排風(fēng)機(jī)）中的應(yīng)用。實(shí)踐證明，高壓變頻器在降低高壓排風(fēng)機(jī)的用電率、減少啟動(dòng)電流、提高功率因數(shù)、改進(jìn)生產(chǎn)工藝水平、提高自動(dòng)化水平等方面有很好的應(yīng)用前景。

原料磨選粉機(jī)排風(fēng)機(jī)；高壓變頻技術(shù)

1 技術(shù)改造背景

目前，水泥行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，關(guān)鍵還是制造成本的競(jìng)爭(zhēng)，而電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)電耗就占成本近30%，尤其風(fēng)機(jī)耗能在電機(jī)中占有很大比重，因此做好風(fēng)機(jī)的降耗增效工作就顯得極為重要。若企業(yè)能夠把電費(fèi)降下來(lái)，企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力就會(huì)大大提高。

很多水泥企業(yè)的風(fēng)機(jī)能耗現(xiàn)象嚴(yán)重，電力拖動(dòng)設(shè)備大馬拉小車(chē)現(xiàn)象很普遍，存在較大的節(jié)能空間，尤其是6kV高壓電動(dòng)機(jī),如循環(huán)風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)等，運(yùn)行時(shí)用閥門(mén)調(diào)節(jié)生產(chǎn)時(shí)需要的風(fēng)的流量，使得部分設(shè)備電機(jī)的能耗有很大一部分浪費(fèi)在閥門(mén)上；又因調(diào)節(jié)擋板而造成擋板和管道的磨損及經(jīng)常停機(jī)檢修造成經(jīng)濟(jì)損失；在高壓電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)，沖擊電流較大，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

我公司地處京津地區(qū)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力很大，同時(shí)又是天津市明確需承擔(dān)節(jié)能減排義務(wù)的企業(yè)，如果利用調(diào)速技術(shù)改造風(fēng)機(jī)的運(yùn)行速度，以調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小，既可以滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，又能達(dá)到節(jié)電的效果。因此，采用節(jié)電裝置進(jìn)行電機(jī)節(jié)電改造勢(shì)在必行。我公司正是在這種狀況下，對(duì)原料粉磨系統(tǒng)進(jìn)行高壓變頻技術(shù)改造研究的。該原料粉磨系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)

2.1 工藝介紹及分析

2.1.1 改造對(duì)象

我公司一線(xiàn)原料磨選粉排風(fēng)機(jī)電機(jī)，電機(jī)額定功率220kW，為鼠籠電機(jī)。

2.1.2 原料選粉過(guò)程（見(jiàn)圖1）

調(diào)配好的原料由B14M皮帶送到球磨機(jī)，經(jīng)過(guò)球磨機(jī)加工后通過(guò)斜槽1送到出磨斗提B6M，從出磨斗提出來(lái)的原料通過(guò)斜槽2進(jìn)入選粉機(jī)。在選粉機(jī)內(nèi)原料被打碎后，依靠原料磨選粉機(jī)排風(fēng)機(jī)B53M的風(fēng)量變化，根據(jù)離心力原理將合格的細(xì)粉通過(guò)6個(gè)旋風(fēng)筒送到拉鏈B1M，經(jīng)過(guò)入庫(kù)斗提和斜槽3最后到原料庫(kù)。不合格的原料粉再經(jīng)過(guò)皮帶B12M回到球磨機(jī)進(jìn)行再次加工。

2.1.3 原料磨選粉機(jī)排風(fēng)機(jī)風(fēng)量的作用

通過(guò)調(diào)節(jié)原料磨選粉排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量變化，可以控制成品原料的細(xì)度、系統(tǒng)的循環(huán)負(fù)荷（回粉與成品的比例）和球磨機(jī)磨況，還有在飽磨或原料品質(zhì)發(fā)生變化等特殊情況下要與系統(tǒng)其他設(shè)備配合調(diào)整。如果原料磨選粉排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量減小，原料粉的細(xì)度就會(huì)減?。伙L(fēng)量增大，原料粉的細(xì)度就會(huì)增大，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的循環(huán)負(fù)荷和球磨機(jī)磨況有較大的影響。

圖1 原料粉磨系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

通過(guò)對(duì)水泥原料工藝的分析了解可知：調(diào)節(jié)原料磨選粉機(jī)排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量變化在生產(chǎn)工藝中尤為重要。對(duì)選粉機(jī)排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量變化要求比較高。原料磨選粉機(jī)排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量變化是通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)口閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)控制的，但選粉機(jī)排風(fēng)機(jī)的6kV電機(jī)還是全速運(yùn)行。

2.2 系統(tǒng)電氣改造

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝要求，可以通過(guò)增加ZINVERT高壓變頻技術(shù)對(duì)上述設(shè)備的電機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造，達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求及節(jié)能的目的。原有配電系統(tǒng)及閥門(mén)調(diào)節(jié)系統(tǒng)保留作為備用，以確保設(shè)備運(yùn)行的可靠性和生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性。

2.2.1 原系統(tǒng)方案（圖2）

原系統(tǒng)6kV開(kāi)關(guān)柜至電機(jī)，電機(jī)與風(fēng)機(jī)直接連接。原料磨選粉機(jī)排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量變化是通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)控制的，但選粉機(jī)排風(fēng)機(jī)的高壓電機(jī)依然是全速運(yùn)行。

2.2.2 改造后系統(tǒng)方案

經(jīng)過(guò)對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行分析，將原系統(tǒng)的風(fēng)壓控制由原來(lái)的工頻拖動(dòng)改為電動(dòng)機(jī)由變頻輸出拖動(dòng)，由變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，最后達(dá)到原料磨選粉機(jī)排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與壓力的工況要求值。實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行到工頻旁路運(yùn)行以及工頻旁路運(yùn)行到變頻運(yùn)行的自動(dòng)切換功能，按一拖一的方式配置（即一臺(tái)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)拖動(dòng)一負(fù)載），其電氣接線(xiàn)圖如圖3所示。

圖3中，QS是用戶(hù)高壓開(kāi)關(guān)柜的斷路器，J1、J2、J3是變頻器內(nèi)部真空接觸器觸點(diǎn)，K1、K2、K3、K4是變頻器內(nèi)部手動(dòng)隔離刀閘。

為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器同時(shí)加裝工頻旁路裝置，可在變頻回路故障時(shí)將電機(jī)切換至工頻狀態(tài)下運(yùn)行。電機(jī)、高壓斷路保留了原有設(shè)備。高壓變頻器系統(tǒng)配備自動(dòng)旁路柜，用戶(hù)根據(jù)要求可選擇“手動(dòng)旁路”或“自動(dòng)旁路”。方案在設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)：

（1）刀閘K1、K2、K3、K4無(wú)機(jī)械閉鎖功能，只是在檢修時(shí)由手動(dòng)斷開(kāi)以形成明顯的斷開(kāi)點(diǎn)，確保工作人員的安全。在工頻和變頻運(yùn)行狀況下均處于閉合狀態(tài)。

（2）工頻旁路接觸器J3與變頻進(jìn)線(xiàn)接觸器J1、變頻出線(xiàn)接觸器J2具備電氣閉鎖功能，不能同時(shí)閉合。

（3）當(dāng)電源斷路器QS合閘后，刀閘K3、K4電氣閉鎖，旁路柜不允許操作。

（4）當(dāng)ZINVERT高壓變頻器變壓器柜門(mén)或功率柜門(mén)有任何一柜門(mén)未關(guān)閉時(shí)，用戶(hù)電源斷路器QS不允許合閘。

（5）6kV開(kāi)關(guān)繼電保護(hù)配置保留原有的配置方案。高壓變頻器本身具有繼電保護(hù)功能，所以不需要額外的保護(hù)配置要求。

（6）在原DCS系統(tǒng)的組態(tài)畫(huà)面上加一組運(yùn)行調(diào)節(jié)圖標(biāo)，來(lái)監(jiān)控調(diào)速節(jié)能系統(tǒng)的運(yùn)行。

（7）控制信號(hào)接口說(shuō)明：節(jié)能裝置與原有DCS控制系統(tǒng)信號(hào)連接，DCS上位機(jī)可以設(shè)置變頻裝置的啟停和設(shè)定運(yùn)行頻率，同時(shí)節(jié)能裝置將各種信號(hào)（備妥、電流頻率、變頻器故障和故障復(fù)位信號(hào)以及運(yùn)行信號(hào)）反饋至中控室，便于中控室集中操作。

（8）在變頻運(yùn)行狀況下，J1、J2閉合，J3斷開(kāi)。如需自動(dòng)切換至工頻運(yùn)行，此時(shí)先停止變頻器輸出，跳閘用戶(hù)6kV開(kāi)關(guān)柜，再由電氣控制依次斷開(kāi)J2、J1，然后閉合J3使電機(jī)切換至工頻側(cè)，再合閘開(kāi)關(guān)柜，使電機(jī)工頻運(yùn)行。

（9）在工頻旁路運(yùn)行狀況下J3閉合，J2、J1斷開(kāi)。如需自動(dòng)切換至變頻運(yùn)行，此時(shí)由電氣線(xiàn)路控制先跳閘6kV開(kāi)關(guān)柜，再斷開(kāi)J3，然后依次閉合J2、J1，再合閘開(kāi)關(guān)柜，啟動(dòng)變頻器，完成由工頻旁路運(yùn)行到變頻運(yùn)行的自動(dòng)切換。

（10）旁路柜內(nèi)各刀閘、接觸器與進(jìn)線(xiàn)斷路器操作連鎖的邏輯說(shuō)明：

對(duì)旁路柜刀閘K1～K4電磁鎖的操作（刀閘采用電磁鎖控制，以防止帶負(fù)荷操作，在滿(mǎn)足以下各前提條件時(shí)，刀閘的操作才有效）：

K1刀閘操作：J1在分閘狀態(tài)，K1允許操作。

K2刀閘操作：J1、J2在分閘狀態(tài)，K2允許操作。

K3刀閘操作：J3在分閘狀態(tài)、旁路柜未帶高壓，K3允許操作。

圖2 改造前的主接線(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖3 改造后的主接線(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

K4刀閘操作：J3在分閘狀態(tài)、旁路柜未帶高壓，K4允許操作。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

高壓變頻調(diào)速技術(shù)在生料粉磨系統(tǒng)中應(yīng)用后，主要體現(xiàn)了以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）節(jié)約電費(fèi)，顯著提高能源利用效率，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力。

（2）用高壓變頻調(diào)速裝置后，功率因數(shù)提高，無(wú)需功率因數(shù)補(bǔ)償。

（3）設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用下降。采用變頻調(diào)節(jié)后，由于通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能，在負(fù)荷率較低時(shí)，電機(jī)、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速也降低，主設(shè)備及相應(yīng)輔助設(shè)備如軸承等磨損較前減輕，維護(hù)周期可加長(zhǎng)，設(shè)備運(yùn)行壽命延長(zhǎng)；并且變頻改造后風(fēng)門(mén)開(kāi)度可達(dá)100%，運(yùn)行中不承受壓力，可顯著減少風(fēng)門(mén)維護(hù)量；同時(shí)由于風(fēng)門(mén)全開(kāi)，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行噪音降低，改善了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工作環(huán)境。

（4）用高壓變頻調(diào)速裝置后，可對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，電機(jī)使用壽命增長(zhǎng),減少了大電流對(duì)供電電網(wǎng)及電機(jī)的沖擊,減少了直接啟動(dòng)時(shí)的噪聲。

（5）操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行方便，人機(jī)界面功能豐富。

（6）提高了運(yùn)行安全可靠性，設(shè)有工頻運(yùn)行切換系統(tǒng)，與原系統(tǒng)控制裝置構(gòu)成備用系統(tǒng)，以備故障切換運(yùn)行，確保系統(tǒng)正常使用。

4 使用維護(hù)

（1）安裝運(yùn)行后，管理、維護(hù)工作要到位，維護(hù)電氣人員必須經(jīng)過(guò)廠(chǎng)家專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)，熟悉其運(yùn)行維護(hù)特點(diǎn)及操作方法；為保證工作安全,從事維修的人員必須持有高壓電工證并配置高壓絕緣工具（包括絕緣靴、絕緣手套、驗(yàn)電器、遮欄等）。

表1 一線(xiàn)原料磨選粉機(jī)排風(fēng)機(jī)電機(jī)改造前后數(shù)據(jù)對(duì)比

（2）高壓變頻裝置的故障率較低，但為保證其安全穩(wěn)定運(yùn)行，要注重利用停機(jī)時(shí)間對(duì)高壓變頻器進(jìn)行細(xì)致的檢修，并且日常要定期對(duì)變頻器各門(mén)窗的過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)行清洗清潔，尤其在夏季要注意高壓變頻室的通風(fēng)，增加濾網(wǎng)清理頻次，保證其內(nèi)部的電子元件設(shè)備正常工作。

（3）作為高壓變頻器的上一級(jí)開(kāi)關(guān)，做好6kV高壓柜的檢修維護(hù)工作尤為重要，例如：6kV對(duì)高壓開(kāi)關(guān)備妥、應(yīng)答、驅(qū)動(dòng)信號(hào)回路要保證良好，否則會(huì)造成不必要的停車(chē)；為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器同時(shí)加裝工頻旁路裝置，可在變頻回路故障時(shí)將電機(jī)切換至工頻狀態(tài)下運(yùn)行。所以在考慮6kV高壓柜保護(hù)定值時(shí)要按照切換至工頻狀態(tài)下考慮，否則會(huì)造成風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)切換功能失敗。

（4）保證供電質(zhì)量的穩(wěn)定性，盡量避免突然停送電及接地故障的發(fā)生，避免對(duì)高壓變頻器電子元器件運(yùn)行造成影響。

4節(jié)能分析

一線(xiàn)生料磨選粉機(jī)排風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行節(jié)電改造后，磨機(jī)平均產(chǎn)量在155t/h，節(jié)電率為36.97%，節(jié)電效果顯著，達(dá)到了預(yù)期效果。生料磨選粉機(jī)排風(fēng)機(jī)電機(jī)之前運(yùn)行功率為114kW，按節(jié)電率36.97%計(jì)算，1h節(jié)電42.16kW，一年按300d計(jì)算，可以節(jié)約電量30.35萬(wàn)度，電費(fèi)按0.55元/度計(jì)算，節(jié)約電費(fèi)16.69萬(wàn)元。

經(jīng)計(jì)算，一線(xiàn)原料磨選粉機(jī)排風(fēng)機(jī)電機(jī)安裝高壓變頻調(diào)速設(shè)備后，節(jié)電率為36.98%（見(jiàn)表1）。

5結(jié)語(yǔ)

一線(xiàn)生料磨選粉機(jī)排風(fēng)機(jī)電機(jī)應(yīng)用變頻節(jié)電技術(shù)后，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，未出現(xiàn)過(guò)影響主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況，同時(shí)在臺(tái)產(chǎn)合理的情況下，節(jié)電效果明顯。結(jié)合以上分析可以看出，通過(guò)變頻調(diào)速的技術(shù)改造，不僅節(jié)約用電，而且減少了機(jī)電設(shè)備和相關(guān)的機(jī)械磨損，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，降低了維護(hù)維修成本，有力地促進(jìn)了我公司節(jié)能減排工作的開(kāi)展，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

[1]錢(qián)平.交直流調(diào)速控制系統(tǒng)[M].北京:高等教育出版社.

[2]陶毅.變頻調(diào)速技術(shù)在電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電力需求側(cè)管理,2006(6):60-61.■

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2012-06-08；編輯：趙蓮