高壓變頻器在水泥生產(chǎn)線窯尾高溫風(fēng)機中的應(yīng)用

程培旺

（河北金?；す煞萦邢薰?，河北 滄州 061108）

水泥生產(chǎn)行業(yè)是耗能大戶，我國水泥行業(yè)與國際水泥生產(chǎn)先進能耗指標(biāo)相比，還存在一定差距，節(jié)能空間較大。水泥生產(chǎn)能耗成本占總成本大約60%，做好節(jié)能工作，企業(yè)就抓住了降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵，也抓住了增加利潤、提高競爭力的關(guān)鍵。在水泥行業(yè)推廣應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，具有十分重大的意義。

河北金牛化工股份有限公司水泥分公司是以電石渣為原材料，年產(chǎn)30萬t水泥的環(huán)保企業(yè)，公司現(xiàn)有一條年產(chǎn)20萬t熟料生產(chǎn)線，水泥生產(chǎn)線上的窯尾高溫風(fēng)機，存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象，同時由于工況、產(chǎn)量的變化，所需的風(fēng)量也要隨之調(diào)整，以前通過調(diào)節(jié)進、出口風(fēng)門的開度來調(diào)整風(fēng)量，而該方法是以增加風(fēng)阻、犧牲風(fēng)機的效率來實現(xiàn)的，高溫風(fēng)機設(shè)備的磨損厲害，電能損耗嚴(yán)重。經(jīng)過多方調(diào)研考察，最終選用性價比較高的北京利德華福電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)HARSVERT-A系列高壓變頻器對生產(chǎn)線上窯尾高溫風(fēng)機進行變頻改造。

1 水泥生產(chǎn)設(shè)備簡介

生產(chǎn)工藝主要包括生料制備、熟料煅燒、熟料入庫與散裝發(fā)運、水泥配料及粉磨、水泥存貯等幾部分。在上述過程中原料粉磨與廢氣處理、煤粉制備、熟料燒成、水泥配料及粉磨工藝中有大功率的風(fēng)機，可進行中高壓變頻改造?，F(xiàn)結(jié)合實際工藝介紹一下變頻改造中主要風(fēng)機-廢氣處理風(fēng)機，其主要作用是使在整個生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣經(jīng)過除塵后排入大氣，窯尾高溫風(fēng)機是熟料生產(chǎn)線上最重要的負載，高溫風(fēng)機變頻改造是國家在水泥行業(yè)強制執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)。

2 變頻改造方案

2.1 窯尾高溫風(fēng)機的改造方案

原系統(tǒng)是采用繞線電機串電阻降壓啟動，然后全壓運行的方式進行控制的，如圖1所示。變頻改造后的系統(tǒng)主電路如圖2所示，從變頻器的輸入隔離開關(guān)QS1、輸出隔離開關(guān)QS2各取一對動斷觸點串入電阻柜內(nèi)接觸器KM的合閘回路，保證變頻啟動時切除電阻啟動。

圖1 原系統(tǒng)主電路

圖2 變頻改造主電路

2.2 變頻改造后實現(xiàn)的功能

實現(xiàn)工變頻相互手動切換；將變頻控制納入用戶的DCS系統(tǒng)，實現(xiàn)遠方／就地控制；用戶的以往的保護在變頻時退出，工頻時保留；變頻器除了對電動機軟啟動外，具有過流、過壓、過載等保護。

2.3 高壓變頻器的特點

變頻器采用北京利德華福電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)HARSVERT-A系列高壓變頻器。該系列變頻器采用H橋單元級聯(lián)式結(jié)構(gòu)，輸入端采用隔離變壓器多級移相疊加的整流方式改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，減少輸入端的電流諧波成分，提高功率因數(shù)，一般可達到0.95以上。輸出側(cè)采用先進的載波移相技術(shù)，減少輸出端的電壓諧波，實測輸入、輸出端的諧波都在4%以內(nèi)，在國家標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi)。并采用了星點漂移、飛車啟動、三次諧波補償技術(shù)、針對高溫風(fēng)機的“塌料”功能等，使整套設(shè)備技術(shù)先進，單元備份經(jīng)濟，更換方便，維護成本低，設(shè)備運行穩(wěn)定，滿足了用戶的需求。

3 高壓變頻器應(yīng)用的主要問題與解決措施

水泥分公司生產(chǎn)線風(fēng)機從工藝上對風(fēng)量、風(fēng)壓的調(diào)節(jié)要求，對高壓變頻器有一定針對性要求，特別是現(xiàn)場環(huán)境惡劣，一般粉塵較大，而高壓變頻器作為電力、電子器件與較精密的電子控制系統(tǒng)組成的設(shè)備，對環(huán)境要求較高，因此在設(shè)計、安裝、運行、維護方面要有一定的針對性，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 高溫風(fēng)機的管道“塌料”導(dǎo)致電動機過電流甚至跳停

由于在旋窯生產(chǎn)線生產(chǎn)過程中的窯尾管道的粉塵黏附到一定厚度時就會坍塌滑落，造成管道內(nèi)粉塵濃度加大，阻力增加，負壓升高，造成高溫風(fēng)機過負荷停機，該現(xiàn)象的頻繁出現(xiàn)對高溫風(fēng)機電動機造成損壞，尤其是對碳刷和滑環(huán)的破壞。在實際使用過程中的塌料現(xiàn)象，會不定期的導(dǎo)致電動機運行電流在極短的時間內(nèi)超出正常電流的數(shù)倍，如使用目前通用型變頻器，可能導(dǎo)致變頻器運行過程中頻繁跳機，直接影響高溫風(fēng)機與水泥生產(chǎn)線的正常運行。

北京利德華福電子科技發(fā)展有限公司的科研人員在總結(jié)高溫風(fēng)機大量實踐經(jīng)驗的技術(shù)上，推出了針對水泥生產(chǎn)線的窯尾高溫風(fēng)機的專用變頻技術(shù)，從設(shè)備的硬件、控制軟件設(shè)計等多方面對高溫風(fēng)機的不定期尖峰負荷運行進行全方位有針對性的改進設(shè)計。通過加大變頻器功率單元中IGBT功率器件的電流余量，以增加變頻器承受沖擊電流的能力。在過載保護時，提高保護電流的限值（2.5Ie～3.0Ie），延長保護設(shè)定時間（10s）以上，從而實現(xiàn)“塌料”期間不跳機，保證窯爐正常生產(chǎn)?！八稀逼陂g適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速，以降低電動機的輸出軸功率，從而降低輸出電流。

這樣有效避免了通用變頻器在運行中由于“塌料”所導(dǎo)致的反復(fù)跳機，從而使該條水泥生產(chǎn)線達到既節(jié)能又增效，降低了電動機和風(fēng)機設(shè)備的故障率，為水泥企業(yè)保證安全生產(chǎn)、經(jīng)濟運行提供了技術(shù)與設(shè)備保障。

3.2 變頻改造后對原系統(tǒng)的主電路的處理

原來采用繞線式電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的，可將轉(zhuǎn)子短接，使滑環(huán)不再流過電流，從而降低燒損。

3.3 電網(wǎng)電壓的波動等電源質(zhì)量對高壓變頻器的影響

水泥分公司由母公司金?；す煞萦邢薰竟╇姡╇娰|(zhì)量相對較高，對設(shè)備的電網(wǎng)適應(yīng)性問題并不突出。高壓變頻器對電網(wǎng)的適應(yīng)范圍寬（-85%Ue～＋115%Ue），采用單元故障線電壓均衡技術(shù)、工頻旁路、瞬時停電再啟動，包括相間短路保護等完善的保護措施，在提高啟動力矩和轉(zhuǎn)速精度的同時，提高了抗電網(wǎng)波動和負載擾動能力，大大提高了運行的可靠性。

3.4 散熱問題與環(huán)境條件

作為電力電子設(shè)備，變頻器自身損耗大約在3%～4%左右，由于高溫風(fēng)機功率較大，因此必須做好變頻器室的散熱問題。由于水泥分公司環(huán)境比較惡劣，現(xiàn)場粉塵較大，可采用空調(diào)散熱與風(fēng)道散熱相結(jié)合的方式，加強防塵設(shè)計和日常維護，定期進行濾網(wǎng)清潔，從而保證設(shè)備的正常運行。

4 應(yīng)用情況

該系統(tǒng)自2008年11月份開始進行變頻器系統(tǒng)改造，在高溫風(fēng)機上進行設(shè)備更新，到2009年3月10日投產(chǎn)，經(jīng)過幾個月的試運行，收到了良好的效果。原來設(shè)備采用繞線電機轉(zhuǎn)子串水電阻調(diào)速啟動，額定轉(zhuǎn)速全速運行，靠調(diào)整出口擋風(fēng)板的開度調(diào)節(jié)風(fēng)量。這種調(diào)速方式存在明顯的缺點，如風(fēng)門調(diào)節(jié)反應(yīng)滯后，調(diào)節(jié)速度慢，調(diào)節(jié)精度不高；耗能嚴(yán)重，啟動過程復(fù)雜，電阻損耗大，維護工作量大。采用變頻器改造后，與其他調(diào)速方式相比具有巨大的優(yōu)勢。

（1）電動機可實現(xiàn)軟啟動，啟動電流非常小，減輕了對電網(wǎng)及機械部分的沖擊，有利于保護電網(wǎng)及電機。

（2）基本解決了高溫風(fēng)機由于“塌料”導(dǎo)致的跳閘停運、生產(chǎn)中斷的問題，減少了對生產(chǎn)的影響，降低了電動機設(shè)備的故障率，取得了節(jié)能增效的巨大效益，得到了用戶的好評。

（3）改善了工藝，調(diào)速精度高，變頻器可以平滑、穩(wěn)定的調(diào)整風(fēng)量，提高了效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定、可靠。

（4）采用變頻調(diào)速后，原來的轉(zhuǎn)子電阻滑環(huán)燒損、碳刷更換頻率降低，維護量減少很多，避免了設(shè)備的維護造成的停產(chǎn)損失，不僅使設(shè)備的運行與維護成本下降，也使運行的可靠性得到提高。

（5）變頻器實現(xiàn)了低頻、低壓的軟啟動，降低了啟動電流，避免了工頻下3～4倍的大電流，可延長電動機定子、轉(zhuǎn)子軸及軸承等電氣及機械壽命。

（6）可延長風(fēng)機風(fēng)葉、軸承等機械壽命。

改造前后窯尾高溫風(fēng)機設(shè)備參數(shù)如下所示。

改造前，窯尾高溫風(fēng)機設(shè)備中采用西安電機有限公司生產(chǎn)的型號為YRKK4502-6的電機，其參數(shù)：功率為355kW，額定電壓為6kV，額定電流為44.2A，功率因數(shù)為0.875，絕緣等級為F。

改造后，新高溫風(fēng)機的運行參數(shù)：運行頻率為40Hz，輸入電流為26A，輸出電流為44.2A，輸入電壓為5950V，輸出電壓為5593V。

原工頻運行電流是37A，則每小時工頻用電量為P1＝287.99kW·h

每小時變頻用電量為P2＝262.09kW·h

每小時節(jié)約電量為ΔP＝P1-P2＝287.99-262.09＝25.9kW·h

節(jié)電率為η＝ΔP／P1＝25.9／287.99×100%＝9.1%

根據(jù)以上節(jié)能數(shù)據(jù)可以看出，節(jié)電率一般在10%左右，電費若以0.5元／（kW·h）計算，不到2年即可收回投資。除了節(jié)能降耗外，其他方面的效益也是非常明顯的。

5 結(jié)論

從改造后高溫風(fēng)機的運行參數(shù)看，此次變頻器改造是非常成功的。水泥分公司有很多的大功率設(shè)備，其電能的損耗也是非常嚴(yán)重的，可借鑒在風(fēng)機上改造的成功經(jīng)驗，進行其他設(shè)備的變頻升級改造，其應(yīng)用也是非常有前景的。

[1]唐英偉.中高壓變頻器在水泥行業(yè)中的運用[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2012.

[2]鄒敬軍.HIVERT高壓變頻器在水泥生產(chǎn)窯尾高漫風(fēng)柜中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究，2012（28）.