中壓變頻器在水泥生產(chǎn)線中的應(yīng)用研究

劉巖

摘? ?要：近年來，我國社會生產(chǎn)力快速提高，一些高耗低產(chǎn)行業(yè)為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，紛紛重視科技改造，不斷引進(jìn)現(xiàn)代先進(jìn)設(shè)備，以此提高產(chǎn)能、降低能耗。文章以水泥生產(chǎn)線為主題展開分析，詳細(xì)探討了中壓變頻器在水泥生產(chǎn)線中的具體應(yīng)用，并介紹了中壓變頻器原理特點(diǎn)，對變頻器與液力耦合器進(jìn)行了優(yōu)劣勢比較，進(jìn)一步探討了中壓變頻器應(yīng)用在水泥生產(chǎn)線的改造方案，同時(shí)對改造前后效果進(jìn)行了深層次的比較分析，顯然具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益價(jià)值。

關(guān)鍵詞：中壓變頻器;水泥生產(chǎn)線;應(yīng)用

社會經(jīng)濟(jì)與科技快速發(fā)展，國家新一輪的落后產(chǎn)能淘汰，水泥生產(chǎn)行業(yè)之間的競爭日漸激烈。水泥生產(chǎn)企業(yè)之間的競爭中，產(chǎn)量競爭僅是一部分內(nèi)容，更為關(guān)鍵的是水泥生產(chǎn)成本之間的競爭。水泥生產(chǎn)成本當(dāng)中，耗電資源占據(jù)總成本的30%～40%;電耗主要源于水泥生產(chǎn)過程中維持大量風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的原動力，原動力的提供主要以中高壓電動機(jī)為主。所以，要想切實(shí)減少電耗成本，則需要重視電動機(jī)節(jié)能工作，進(jìn)而有效減少水泥生產(chǎn)成本。現(xiàn)階段，在科學(xué)技術(shù)的支撐下，中壓變頻器技術(shù)較為成熟，在實(shí)踐中的有效應(yīng)用，故障發(fā)生概率較低，是水泥廠節(jié)能改造中理想設(shè)備，可在水泥生產(chǎn)線中推廣應(yīng)用。中壓變頻器可用于水泥生產(chǎn)過程中大量大功率風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)，節(jié)約了大量電能資源，具有可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。所以，筆者深入探討中壓變頻器在水泥生產(chǎn)線中的有效應(yīng)用，具有一定的實(shí)踐價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。

1? ? 水泥生產(chǎn)線中壓傳動系統(tǒng)中變頻器與液力耦合器優(yōu)勢對比

水泥生產(chǎn)線中壓傳動系統(tǒng)中采用液力耦合器與采用變頻器產(chǎn)生了不同效果，實(shí)踐發(fā)現(xiàn)變頻器的有效應(yīng)用，具有顯著優(yōu)勢，總結(jié)起來，主要涉及如下幾個(gè)方面：

（1）速度可調(diào)范圍擴(kuò)大。液力耦合器的應(yīng)用時(shí)，傳動系統(tǒng)所能夠控制的速度范圍，僅限4∶1;然而中壓變頻器的應(yīng)用，使傳統(tǒng)系統(tǒng)所能夠控制的速度范圍有所擴(kuò)大，實(shí)踐顯示為10∶1～100∶1[1]。通過兩者數(shù)據(jù)分析，可知速度可調(diào)范圍的擴(kuò)大是中壓變頻器有效應(yīng)用優(yōu)勢之一。

（2）速度調(diào)節(jié)精度高。中壓變頻器優(yōu)勢在于輸出頻率可以進(jìn)行0.1 Hz變化，在此過程中，穩(wěn)定性較高，在水泥生產(chǎn)線中壓傳動系統(tǒng)中的有效應(yīng)用，則可以保證動力穩(wěn)定供應(yīng)，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)動能需求，精準(zhǔn)控制傳動速度，自然有助于保證水泥穩(wěn)定生產(chǎn)[2]。然而，液力耦合器速度調(diào)節(jié)顯然缺乏較高的精度，源于其轉(zhuǎn)速波動大，即使進(jìn)口的液力耦合器調(diào)節(jié)速度時(shí)，轉(zhuǎn)速也處在每分鐘5 100～5 400轉(zhuǎn)，具有較大的波動性，不利于水泥穩(wěn)定生產(chǎn)[3]。

（3）效率提升。中壓變頻調(diào)速最大優(yōu)勢在于不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)差損耗，可保證效率達(dá)到95%以上;然而液力耦合器則會在實(shí)踐中，出現(xiàn)轉(zhuǎn)差損耗，導(dǎo)致其負(fù)載轉(zhuǎn)速相對較低的情況下，具有較低的效率，一方面損失了大量電力資源，另一方面難以保證效率[4]。

2? ? 水泥生產(chǎn)線中壓傳動系統(tǒng)變頻改造方案及改造效果分析

2.1? 水泥生產(chǎn)線中壓傳動系統(tǒng)變頻改造方案

以干法懸窯水泥生產(chǎn)線為例，該系統(tǒng)懸窯是一個(gè)日產(chǎn)5 kt的耐熱鋼筒，內(nèi)部鑲嵌了各種耐火磚。生料預(yù)熱完成之后，從窯尾進(jìn)入到窯中，進(jìn)行混合與煅燒等一系列操作，需強(qiáng)調(diào)的是為了保證生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，在此過程中，窯需持續(xù)轉(zhuǎn)動。在生產(chǎn)過程中，窯內(nèi)產(chǎn)生了大量熱量，雖經(jīng)過有效的降溫處理，但是仍有大量余熱廢氣需要排出，此刻需發(fā)揮高溫風(fēng)機(jī)的作用，通常將其安置在窯尾。然而，耐熱鋼筒容量較大，對風(fēng)量具有較高要求。所以，為了保證余熱廢氣高效排出，高溫風(fēng)機(jī)的電動機(jī)裝置通常需要達(dá)到6 kV電壓、功率在2 500 kW以上，才能滿足風(fēng)量要求。以前高溫風(fēng)機(jī)的調(diào)速，主要以液力耦合器為主，改造后采用中壓變頻器調(diào)速，最終達(dá)到風(fēng)量控制要求值。變頻調(diào)速系統(tǒng)配置主要有交流電源、開關(guān)柜、中壓變頻器、中壓電動機(jī)、風(fēng)機(jī)、工藝調(diào)節(jié)信號、DCS控制系統(tǒng)等。具體言之，中壓變頻器所需電能，主要由三相高壓6 kV的交流電源在流經(jīng)開關(guān)柜后，以直接方式提供。變頻器的控制，主要是企業(yè)DCS控制系統(tǒng)通過4～20 mA的電流給定控制信號進(jìn)行控制，直接帶動中壓電動機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻控制功能。風(fēng)機(jī)風(fēng)量的變化調(diào)節(jié)，主要緊隨中壓電動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化發(fā)生與之相應(yīng)的變化。另外，變頻器會附帶接受緊急停車、風(fēng)機(jī)跳閘等保護(hù)信號，主要為風(fēng)機(jī)提供保護(hù)，確保整套系統(tǒng)保持穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

2.2? 水泥生產(chǎn)線中壓傳動系統(tǒng)變頻改造效果

水泥生產(chǎn)線中壓傳動系統(tǒng)變頻改造之后，結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)部分?jǐn)?shù)據(jù)，經(jīng)整理分析如下：企業(yè)水泥生產(chǎn)線中應(yīng)用變頻節(jié)能改造，總共應(yīng)用了8臺中壓變頻器。8臺中壓變頻器應(yīng)用場合、電機(jī)功率、改造前后的電機(jī)功率詳細(xì)信息如下：（1）一線1#循環(huán)風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率1 000 kW，改造前電機(jī)功率790 kW，改造后電機(jī)功率661 kW。（2）一線2#循環(huán)風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率1 000 kW，改造前電機(jī)功率774 kW，改造后電機(jī)功率681 kW。（3）一線高溫風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率2 500 kW，改造前電機(jī)功率2 221 kW，改造后電機(jī)功率1 777 kW。（4）一線煤磨風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率630 kW，改造前電機(jī)功率348 kW，改造后電機(jī)功率247 kW。（5）二線3#循環(huán)風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率1 000 kW，改造前電機(jī)功率830 kW，改造后電機(jī)功率681 kW。（6）二線4#循環(huán)風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率1 000 kW，改造前電機(jī)功率780 kW，改造后電機(jī)功率632 kW。（7）二線高溫風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率2 500 kW，改造前電機(jī)功率2 420 kW，改造后電機(jī)功率1 866 kW。（8）二線煤磨風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率630 kW，改造前電機(jī)功率388 kW，改造后電機(jī)功率257 kW。

基于上述數(shù)據(jù)分析可知，水泥生產(chǎn)系統(tǒng)在變頻改造之后，系統(tǒng)中各風(fēng)機(jī)節(jié)電功率明顯下降。結(jié)合設(shè)備運(yùn)行與開窯過程中的具體數(shù)據(jù)，按照一年運(yùn)行11個(gè)月，每月運(yùn)轉(zhuǎn)28天，全天制運(yùn)行，即一年7 392 h，可以推算風(fēng)機(jī)變頻改造之后一年節(jié)約的用電量。

另一水泥廠中兩條生產(chǎn)線的改造，共使用5臺大功率變頻器，臺中壓變頻器應(yīng)用場合、電機(jī)功率、改造前后的電機(jī)功率詳細(xì)信息如下：（1）一線高溫風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率2 500 kW，改造前電機(jī)功率1 920 kW，改造后電機(jī)功率1 430 kW，節(jié)約功率490 kW。（2）二線過剩風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率630 kW，改造前電機(jī)功率455 kW，改造后電機(jī)功率345 kW，節(jié)約功率110 kW。（3）二線高溫風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率2 500 kW，改造前電機(jī)功率1 890 kW，改造后電機(jī)功率1 380 kW，節(jié)約功率510 kW。（4）二線煤磨風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率630 kW，改造前電機(jī)功率510 kW，改造后電機(jī)功率430 kW，節(jié)約功率80 kW。（5）二線過剩風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率630 kW，改造前電機(jī)功率425 kW，改造后電機(jī)功率330 kW，節(jié)約功率95 kW。由此可見，變頻改造具有良好的節(jié)能效果，功率方面顯著下降，尤其高溫風(fēng)機(jī)功率下降最為明顯。從上述分析數(shù)據(jù)可知，高溫風(fēng)機(jī)變頻改造之后，年節(jié)約電費(fèi)就高達(dá)數(shù)百萬元，除了可以抵扣變頻改造費(fèi)用、有效降低水泥整體生產(chǎn)成本之外，還可以有效提高水泥產(chǎn)量，進(jìn)而產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益，對于水泥企業(yè)而言，無疑是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效改革途徑。所以，水泥生產(chǎn)企業(yè)需重視變頻改造以及重視變頻器在水泥生產(chǎn)線中的推廣應(yīng)用。

3? ? 結(jié)語

通過本文分析，得出水泥生產(chǎn)線中，實(shí)施變頻節(jié)能改造可有效降低生產(chǎn)成本。所以，水泥生產(chǎn)企業(yè)在現(xiàn)代激烈的市場環(huán)境中，要想保證企業(yè)穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展，需高度重視變頻器的節(jié)能改造?；诖耍嗌a(chǎn)企業(yè)需深刻認(rèn)識到變頻器節(jié)能改造的具體優(yōu)勢，然后立足于企業(yè)現(xiàn)實(shí)情況，予以資金支持，大力進(jìn)行水泥生產(chǎn)線變頻節(jié)能改造，為企業(yè)節(jié)能降耗提供保障，推動水泥生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王世群.現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中變頻器的應(yīng)用與發(fā)展[J].信息系統(tǒng)工程，2018（12）：23.

[2]鄭江順，趙哲，郭騰云.淺談水泥行業(yè)變頻器的選用[J].河南建材，2017（2）：147-148.

[3]何家成.水泥生產(chǎn)中變頻器電磁干擾與抑制分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（15）：283.

[4]陶波，周冬華.高壓變頻器在白水泥回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].電世界，2015（9）：42-43.

Abstract：In recent years， the social productive forces of our country have been improved rapidly. In order to realize sustainable development， some industries with high consumption and low production have attached importance to the transformation of science and technology， and constantly introduced modern advanced equipment， so as to improve production capacity and reduce energy consumption. This paper analyzes the cement production line， probes into the concrete application of medium voltage frequency converter in cement production line in detail， introduces the principle and characteristics of medium voltage frequency converter， compares the advantages and disadvantages of frequency converter and hydraulic coupler， further probes into the transformation scheme of medium voltage frequency converter applied in cement production line， and makes a deep comparison and analysis of the transformation effect， which obviously has remarkable economic benefit value.

Key words：medium voltage frequency converter; cement production line; application