中压变频在水泥行业生产线中的应用研究

中压变频在水泥行业生产线中的应用研究

秦凤龙 周琦越

罗克韦尔自动化控制集成哈尔滨有限公司 黑龙江省哈尔滨市 150000

摘要：近年来，我国社会生产力快速提高，一些高耗低产行业为实现可持续发展，纷纷重视科技改造，不断引进现代先进设备，以此提高产能、降低能耗。文章以水泥生产线为主题展开分析，详细探讨了中压变频器在水泥生产线中的具体应用，并介绍了中压变频器原理特点，对变频器与液力耦合器进行了优劣势比较，进一步探讨了中压变频器应用在水泥生产线的改造方案，同时对改造前后效果进行了深层次的比较分析，显然具有显著的经济效益价值。

关键词：中压变频器;水泥生产线;应用

一、变频调速系统中压变频器原理特点

中压电动机采用的是三相交流电源，由转速公式n=6Of／P(卜S)可知，调速方式中只有通过改变频率f可以实现平滑调速，并且这样的变频调速可以有较宽的调速范围，这为风机类负载的节能提供了巨大空间。所以，变频调速已成为风机类负载最主要的调速方式，在很多水泥制造领域都获得了广泛的应用。

二、水泥生产线中压传动系统变频改造方案及改造效果分析 　　2.1水泥生产线中压传动系统变频改造方案 　　以干法悬窑水泥生产线为例，该系统悬窑是一个日产5kt的耐热钢筒，内部镶嵌了各种耐火砖。生料预热完成之后，从窑尾进入到窑中，进行混合与煅烧等一系列操作，需强调的是为了保证生产稳定运行，在此过程中，窑需持续转动。在生产过程中，窑内产生了大量热量，虽经过有效的降温处理，但是仍有大量余热废气需要排出，此刻需发挥高温风机的作用，通常将其安置在窑尾。然而，耐热钢筒容量较大，对风量具有较高要求。所以，为了保证余热废气高效排出，高温风机的电动机装置通常需要达到6kV电压、功率在2500kW以上，才能满足风量要求。以前高温风机的调速，主要以液力耦合器为主，改造后采用中压变频器调速，最终达到风量控制要求值。变频调速系统配置主要有交流电源、开关柜、中压变频器、中压电动机、风机、工艺调节信号、DCS控制系统等。具体言之，中压变频器所需电能，主要由三相高压6kV的交流电源在流经开关柜后，以直接方式提供。变频器的控制，主要是企业DCS控制系统通过4～20mA的电流给定控制信号进行控制，直接带动中压电动机实现变频控制功能。风机风量的变化调节，主要紧随中压电动机转速的变化发生与之相应的变化。另外，变频器会附带接受紧急停车、风机跳闸等保护信号，主要为风机提供保护，确保整套系统保持稳定运行状态。 　　2.2水泥生产线中压传动系统变频改造效果 　　水泥生产线中压传动系统变频改造之后，结合系统运行数据、统计部分数据，经整理分析如下：企业水泥生产线中应用变频节能改造，总共应用了8台中压变频器。8台中压变频器应用场合、电机功率、改造前后的电机功率详细信息如下：（1）一线1#循环风机，电机功率1000kW，改造前电机功率790kW，改造后电机功率661kW。（2）一线2#循环风机，电机功率1000kW，改造前电机功率774kW，改造后电机功率681kW。（3）一线高温风机，电机功率2500kW，改造前电机功率2221kW，改造后电机功率1777kW。（4）一线煤磨风机，电机功率630kW，改造前电机功率348kW，改造后电机功率247kW。（5）二线3#循环风机，电机功率1000kW，改造前电机功率830kW，改造后电机功率681kW。（6）二線4#循环风机，电机功率1000kW，改造前电机功率780kW，改造后电机功率632kW。（7）二线高温风机，电机功率2500kW，改造前电机功率2420kW，改造后电机功率1866kW。（8）二线煤磨风机，电机功率630kW，改造前电机功率388kW，改造后电机功率257kW。 　　基于上述数据分析可知，水泥生产系统在变频改造之后，系统中各风机节电功率明显下降。结合设备运行与开窑过程中的具体数据，按照一年运行11个月，每月运转28天，全天制运行，即一年7392h，可以推算风机变频改造之后一年节约的用电量。　　另一水泥廠中两条生产线的改造，共使用5台大功率变频器，台中压变频器应用场合、电机功率、改造前后的电机功率详细信息如下：（1）一线高温风机，电机功率2500kW，改造前电机功率1920kW，改造后电机功率1430kW，节约功率490kW。（2）二线过剩风机，电机功率630kW，改造前电机功率455kW，改造后电机功率345kW，节约功率110kW。（3）二线高温风机，电机功率2500kW，改造前电机功率1890kW，改造后电机功率1380kW，节约功率510kW。（4）二线煤磨风机，电机功率630kW，改造前电机功率510kW，改造后电机功率430kW，节约功率80kW。（5）二线过剩风机，电机功率630kW，改造前电机功率425kW，改造后电机功率330kW，节约功率95kW。由此可见，变频改造具有良好的节能效果，功率方面显著下降，尤其高温风机功率下降最为明显。从上述分析数据可知，高温风机变频改造之后，年节约电费就高达数百万元，除了可以抵扣变频改造费用、有效降低水泥整体生产成本之外，还可以有效提高水泥产量，进而产生更大的经济效益，对于水泥企业而言，无疑是实现可持续发展的有效改革途径。所以，水泥生产企业需重视变频改造以及重视变频器在水泥生产线中的推广应用。

三、泥生产线中压传动系统中变频器与液力耦合器优势对比 　　水泥生产线中压传动系统中采用液力耦合器与采用变频器产生了不同效果，实践发现变频器的有效应用，具有显著优势，总结起来，主要涉及如下几个方面： 　　3.1速度可调范围扩大。液力耦合器的应用时，传动系统所能够控制的速度范围，仅限4∶1;然而中压变频器的应用，使传统系统所能够控制的速度范围有所扩大，实践显示为10∶1～100∶1。通过两者数据分析，可知速度可调范围的扩大是中压变频器有效应用优势之一。 　　3.2速度调节精度高。中压变频器优势在于输出频率可以进行0.1Hz变化，在此过程中，稳定性较高，在水泥生产线中压传动系统中的有效应用，则可以保证动力稳定供应，并结合实际生产动能需求，精准控制传动速度，自然有助于保证水泥稳定生产。然而，液力耦合器速度调节显然缺乏较高的精度，源于其转速波动大，即使进口的液力耦合器调节速度时，转速也处在每分钟5100～5400转，具有较大的波动性，不利于水泥稳定生产。 　　3.3效率提升。中压变频调速最大优势在于不会产生转差损耗，可保证效率达到95%以上;然而液力耦合器则会在实践中，出现转差损耗，导致其负载转速相对较低的情况下，具有较低的效率，一方面损失了大量电力资源，另一方面难以保证效率。

结论:

根据该公司水泥生产线变频节能改造后的使用情况，明显看到中压变频器调速替换液力耦合器调速的好处：首先是安装简单，操作使用方便，在原高压开关柜与电动机之间接入中压变频器，操作上只需要中压变频器操作做简单的开机、停机和频率调整；其次能进行无级调速，调速范围广，且调速精度高，电动机运行振动及噪声明显下降，轴承温度也有很大的下降。中压变频器在水泥生产线中实现了运行安全、稳定、可靠，节能效果显著，为该企业的正常生产和节能降耗作出了巨大贡献。

参考文献:

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[2]王延才．变频器原理及应用[M]．北京：机械工业出版社，2019：97-103．

[3]张雷．中压变频器选型分析[J]．城市建设理论研究，2017(24)：43-4．