|
|
|
大連小野田水泥有限公司是中日合資的大型水泥生產企業，成立於1989年7月28日，總投資1.88億美元，現有員工400人。該公司日產熟料4000噸，年產水泥137萬噸，是國內規模較大，設備最先進的水泥生產企業之一。生產線彙集了當今世界水泥製造業最先進的RSP五級窯外分解技術以及德國、法國、日本等工業發達國家先進的水泥製造設備。該公司注重挖掘企業自身潛力，強化節能意識，並付諸於實施，對其窯尾EP羅茨風機進行高壓變頻器改造，取得了良好的經濟效益與社會效益。
一、窯尾EP羅茨風機改高壓變頻器拖動的必要性
大連小野田水泥廠冷卻機EP羅茨風機（電除塵風機）weiribenanchuanzhuanziraoxianyibudiandongjituodong，yuanyoudeyunxingfangshiweidianjiquansuyunxing，yikaotiaozhengchukoudangfengbandekaidulaitiaojiefengliangdedaxiao，youyuqiyezishendianwangrongliangyouxian，dianjibuyunxuquanyazhijieqidong，yincixuanyongzhuanziraoxianshiyibudiandongji，qidongfangshishizhuanzichuanshuidianzuqidong，qidongjieshuhouzaizidongduanjiezhuanzihuahuan，dianjiquansuyunxing（項目初期運行時，是采用水電阻調速運行方式，但是投運後發現這種調速方式反而比風門調節更加不經濟，索性其隻作為啟動時使用），這樣的運行方式存在如下弊端：
1．風門調節反應滯後，調節速度慢，調節精度不高。
yikaofengmentiaojiezhixingqilaitiaojiefengmenkaidu，benshenshiyigebudeyidejucuo，yinfengmentiaojiejigouhanyouxiangdangyibufendejixiejigou，shoujixiebufenxianzhitiaojiesuduyouxian，tiaojiejingduyishoudaoyingxiang，wangwangduixianchangdefengliangkongzhibushihendaowei，shenzhimanzubulexianchanggongyideyaoqiu 。
2．風門調節浪費電能，不科學，不經濟。
caiyongfengmentiaojieguranjiegoujiandan，touzijiaoxiao，danshizaijienengyishiriyijiaqiangdejintianxianranbuheshi，shuinichangchuqitoujiandeshihou，chuyuhouxukenengkuojianjiyunxinganquandejiaodu，dianjijifengjideyuliangxuanyongjiaoda，cunzaiyanzhongdedamalaxiaochedexianxiang。shishishang，dianjiedingdianliuwei45A，而電機實際運行電流平均僅為35A 左(zuo)右(you)，采(cai)用(yong)風(feng)門(men)調(tiao)節(jie)，人(ren)為(wei)改(gai)變(bian)了(le)風(feng)道(dao)的(de)阻(zu)力(li)曲(qu)線(xian)，大(da)量(liang)的(de)能(neng)源(yuan)白(bai)白(bai)浪(lang)費(fei)在(zai)了(le)風(feng)門(men)上(shang)，在(zai)能(neng)源(yuan)日(ri)益(yi)緊(jin)缺(que)的(de)今(jin)天(tian)，顯(xian)然(ran)已(yi)經(jing)嚴(yan)重(zhong)落(luo)伍(wu)，改(gai)造(zao)勢(shi)在(zai)必(bi)行(xing)。
3．電機全速運行受到考驗，維護周期短。
yindianjiquansuyunxing，dianjizhouchengdengjixiebufenmosunyanzhong，lingwai，youyushizhuanziraoxianshiyibudiandongji，zhuanzidegaosuyunxingduiyuqijixiebufenyiyangyoubaihaiwuyiyi，zhuanzihuahuanshangdetanshuamosunxiangdangyanzhong，genghuanzhouqiduan。
4．啟動過程複雜，水電阻裝置維護工作量大。
由you於yu企qi業ye自zi身shen電dian網wang容rong量liang有you限xian，電dian機ji不bu允yun許xu全quan壓ya直zhi接jie啟qi動dong，因yin此ci選xuan用yong轉zhuan子zi繞rao線xian式shi異yi步bu電dian動dong機ji，啟qi動dong方fang式shi是shi轉zhuan子zi串chuan水shui電dian阻zu啟qi動dong，啟qi動dong結jie束shu後hou再zai自zi動dong短duan接jie轉zhuan子zi滑hua環huan，這zhe樣yang的de啟qi動dong方fang式shi附fu帶dai了le很hen多duo電dian氣qi二er次ci回hui路lu，啟qi動dong過guo程cheng複fu雜za，而er且qie本ben身shen水shui電dian阻zu裝zhuang置zhi維wei護hu工gong作zuo量liang就jiu比bi較jiao大da，隻zhi有you在zai啟qi動dong過guo程cheng的de20幾秒內投入使用，使用效率不高，然而卻不可缺，顯然已經屬於落後工藝。
綜上所述，窯尾EP羅(luo)茨(ci)風(feng)機(ji)改(gai)造(zao)勢(shi)在(zai)必(bi)行(xing)，要(yao)想(xiang)徹(che)底(di)改(gai)變(bian)現(xian)有(you)工(gong)藝(yi)，必(bi)須(xu)從(cong)源(yuan)頭(tou)上(shang)下(xia)功(gong)夫(fu)，即(ji)通(tong)過(guo)改(gai)變(bian)電(dian)機(ji)轉(zhuan)速(su)來(lai)調(tiao)節(jie)風(feng)機(ji)轉(zhuan)速(su)，從(cong)而(er)達(da)到(dao)調(tiao)節(jie)風(feng)量(liang)的(de)目(mu)的(de)，以(yi)此(ci)來(lai)滿(man)足(zu)現(xian)場(chang)工(gong)藝(yi)的(de)要(yao)求(qiu)。
二、調速方式的選擇
目前，大功率高壓異步電動機的主要調速方式有以下幾種：串級調速、內反饋串級調速、液力耦合器調速及變頻調速等。
1.串級調速―優點是可以回收轉差功率，所以調速效率比較高，但存在的問題也很多：它不適合於現有的轉子繞線式異步電機，必須更換電機：不能實現軟啟動，啟動過程非常複雜；啟動電流大；調速範圍有限；響應慢，不易實現閉環控製；功率因數和效率低，並隨著轉速的調低急劇下降；很難實現同PLC和DCS等控製係統的配合，對提高裝置的整體自動化程度和實現優化控製無益；同時因控製裝置比較複雜、諧波汙染大對電網有較大幹擾；進一步限製了它的使用，屬落後技術。
2．內反饋串級調速―內反饋串級調速是在串級調速基礎上發展起來的，它在普通繞線電動機的定子繞組（稱主繞組）同槽放置一套繞組（稱調節繞組）erzhizaochengdeneifankuichuanjitiaosudianji，jianggaidiandongjibufenzhuanzinengliangquchuyigaibiandiandongjiyongyichanshengtuodongzhuanju，shizhuraozucongdianwangxishoudenengliangxiajianglaishixianjieneng。youdian：具有串級調速的全部優點，體積小。缺點：需更換專用電機，滑環處理不當容易出現事故；雖采用頻敏變阻器啟動但啟動電流仍很大（3-4Ie）,對電機和電網的衝擊很大，啟動複雜；調速範圍很小；輸入功率因數和效率低；電機側由於可控矽的逆變衍生出大量的高次諧波，對電機的絕緣造成老化，引起電機的轉矩脈動、附加發熱和噪聲汙染，所以電纜要求加粗使用；電機喘振現象無法消除。仍屬於落後技術。
3．液力耦合器調速―屬低效調速方式，調速範圍有限，高速丟轉約5%-10%，低速轉差損耗大，最高可達額定功率的15%，因效率與轉速成正比，低速時效率極低，精度低、線性度差、響應慢、啟動電流大、裝置大，必須加裝在設備和電機之間，不適合改造；無法軟啟動，耦合器故障時，無法切換運行，維護複雜、費用大，不能滿足提高裝置整體自動化水平的需要。
4．高壓變頻調速―由於應用了先進的電力電子技術、計算機控製技術、現代通信技術和高壓電氣、電機拖動等綜合性領域的學科技術，因此具有其他調速方式無法比擬的優點：
（1）變頻器采用液晶顯示數字界麵，調整觸摸式麵板，可隨時顯示電壓、電流、頻率、電機轉速，可非常直觀地顯示電機在任何時間的實時狀態。
（2）精確的頻率分辨率和高的調速精度，完全可以滿足各種生產工藝工況的需要。
（3）高壓變頻器具有國際通用的外部接口，可以同可編程控製器（PLC）和工控機等各種儀表連接，並可以與原設備控製回路相連接，構成部分閉環係統，如與原DCS係統實現數據交換和聯鎖控製。
（4）具有電力電子保護和工業電氣保護功能，保證變頻器和電機在正常運行和故障時安全可靠。
（5）電機可實現軟啟動、軟製動；啟動電流小，小於電機的額定電流；電機啟動的時間可連續可調，減少了對電網的影響。
（6）具有就地和異地操作功能，另可通過互聯網實現遠程監控功能。
（7）減少配件損耗，延長設備使用壽命，提高勞動生產效率。
通過對幾種調速方式的比較，最終，大連小野田水泥廠決定采用高壓變頻器對EP風機進行改造，對比了國內外的所有廠家，基於以下幾點原因，選用了利德華福生產的高壓變頻器：
①國內高壓變頻器廠家中業績最多；
②係統運行穩定；
③全中文界麵顯示，適合國內用戶；
④針對國內用戶量身定做，盡量考慮國內電網的綜合因素，在其可靠性，安全性方麵有其獨到的技術優勢；
⑤內置PLC，易於改變控製邏輯關係，適應多變的現場需要。
三、改造項目具體實施方案及過程
根據現場的實際情況，旁路櫃采用了一拖一手動方案。此結構是手動旁路的典型方案,原理是由3個 高壓隔離開關QS1、QS2和QS3組成（見圖1，其中QF為原高壓開關櫃內的斷路器）。要求QS2和QS3不能同時閉合，在機械上實現互鎖。變頻運行時，QS1和QS2閉合，QS3斷開；工頻運行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開。
優點是:在檢修高壓變頻器時，有明顯斷電點，能夠保證人身安全，同時也可手動使負載投入工頻電網運行等。
缺點：高壓變頻器故障時，不能自動由變頻轉為工頻。
現場原有的水電阻裝置繼續保留，高壓變頻器安裝後，與原有的水電阻二次回路結合，取高壓變頻器的變頻狀態信號（QS1,QS2閉合後輸出變頻狀態信號）送至水電阻二次回圖1：高壓變頻器工頻旁路原理圖 路，該信號有效後通過原有水電阻二次回路，直接短接電機轉子滑環，切除水電阻裝置，由高壓變頻器對電機實現軟啟動；取高壓變頻器工頻旁路信號（QS3閉合後輸出工頻旁路狀態信號），該(gai)信(xin)號(hao)有(you)效(xiao)後(hou)通(tong)過(guo)原(yuan)有(you)水(shui)電(dian)阻(zu)二(er)次(ci)回(hui)路(lu)，恢(hui)複(fu)高(gao)壓(ya)電(dian)機(ji)的(de)串(chuan)水(shui)電(dian)阻(zu)調(tiao)速(su)功(gong)能(neng)，以(yi)備(bei)高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)器(qi)故(gu)障(zhang)期(qi)間(jian)，用(yong)戶(hu)仍(reng)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)原(yuan)有(you)啟(qi)動(dong)回(hui)路(lu)啟(qi)動(dong)設(she)備(bei)工(gong)頻(pin)運(yun)行(xing)。
小野田水泥廠目前高壓網絡共有兩條線路，一用一備，當一條線路出現故障斷電時，可以在2秒鍾內自動切換為備用高壓線路，期間負荷高壓開關並不分斷，在進行高壓變頻器改造前，因風機的慣性比較大，斷電2秒鍾，風機的轉速稍有下降，2秒miao鍾zhong後hou即ji恢hui複fu全quan速su運yun行xing，對dui現xian場chang工gong藝yi影ying響xiang可ke以yi說shuo是shi微wei乎hu其qi微wei，進jin行xing高gao壓ya變bian頻pin器qi改gai造zao後hou，這zhe樣yang的de切qie換huan對dui由you功gong率lv器qi件jian組zu成cheng的de高gao壓ya變bian頻pin器qi而er言yan則ze凸tu現xian隱yin患huan，這zhe就jiu需xu要yao高gao壓ya變bian頻pin器qi具ju備bei三san秒miao不bu停ting機ji功gong能neng，滿man足zu現xian場chang要yao求qiu。現xian場chang配pei備bei的de高gao壓ya變bian頻pin器qi為wei5級ji功gong率lv單dan元yuan多duo電dian平ping串chuan聯lian結jie構gou，其qi每mei個ge功gong率lv單dan元yuan內nei部bu的de控kong製zhi單dan元yuan電dian源yuan取qu自zi移yi相xiang變bian壓ya器qi的de二er次ci側ce，當dang高gao壓ya掉diao電dian瞬shun間jian，該gai控kong製zhi單dan元yuan隨sui即ji失shi電dian，高gao壓ya變bian頻pin器qi主zhu控kong器qi所suo有you的de控kong製zhi指zhi令ling無wu法fa通tong過guo功gong率lv單dan元yuan控kong製zhi單dan元yuan作zuo用yong於yu各ge個ge功gong率lv單dan元yuan，因yin此ci高gao壓ya變bian頻pin器qi將jiang作zuo為wei高gao壓ya失shi電dian作zuo停ting機ji處chu理li。基ji於yu此ci種zhong情qing況kuang，現xian場chang對dui原yuan有you的de高gao壓ya變bian頻pin器qi內nei部bu控kong製zhi邏luo輯ji進jin行xing適shi當dang修xiu改gai，即ji當dang高gao壓ya電dian斷duan電dian瞬shun間jian，通tong過guo變bian頻pin器qi內nei置zhiPLC，對高壓變頻器主控器進行複位，屏蔽所有功率單元在高壓掉電時所報的所有單元故障，直到高壓再次在3秒(miao)鍾(zhong)內(nei)正(zheng)常(chang)，功(gong)率(lv)單(dan)元(yuan)帶(dai)電(dian)正(zheng)常(chang)後(hou)，記(ji)憶(yi)高(gao)壓(ya)斷(duan)電(dian)前(qian)的(de)運(yun)行(xing)頻(pin)率(lv)，執(zhi)行(xing)飛(fei)車(che)啟(qi)動(dong)，因(yin)風(feng)機(ji)慣(guan)性(xing)較(jiao)大(da)，此(ci)過(guo)程(cheng)對(dui)風(feng)機(ji)的(de)轉(zhuan)速(su)影(ying)響(xiang)微(wei)乎(hu)其(qi)微(wei)，現(xian)場(chang)調(tiao)試(shi)期(qi)間(jian)，曾(zeng)經(jing)做(zuo)過(guo)類(lei)似(si)的(de)實(shi)驗(yan)，高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)器(qi)拖(tuo)動(dong)負(fu)載(zai)運(yun)行(xing)時(shi)，在(zai)高(gao)壓(ya)開(kai)關(guan)就(jiu)地(di)人(ren)為(wei)分(fen)斷(duan)高(gao)壓(ya)開(kai)關(guan)，三(san)秒(miao)鍾(zhong)內(nei)再(zai)合(he)開(kai)關(guan)，高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)器(qi)運(yun)行(xing)正(zheng)常(chang)，風(feng)機(ji)轉(zhuan)速(su)稍(shao)有(you)下(xia)降(jiang)，結(jie)論(lun)表(biao)明(ming)，這(zhe)樣(yang)的(de)處(chu)理(li)方(fang)式(shi)完(wan)全(quan)滿(man)足(zu)現(xian)場(chang)運(yun)行(xing)要(yao)求(qiu)。
現場設備名牌如下：
高壓變頻器名牌
| 型號 |
HARSVERT-A06/045 |
輸入電壓 |
6kV |
| 出廠編號 |
07028 |
額定功率 |
420kVA |
| 額定電流 |
45A |
出廠日期 |
2007/3 |
電機名牌
| 型號 |
BST-0 |
額定電壓 |
6000V |
| 額定功率 |
330kW |
額定電流 |
42.8A |
| 額定轉速 |
590r/min |
功率因數 |
0.8 |
| 製造廠 |
株式會社安川電機 |
出廠日期 |
1995年 |
四、改造效果
1．節能效果相當明顯，經濟效益顯著
小野田水泥廠EP風機變頻改造後，取得了顯著的節能效果，改造前風機風門的開度經常在40%左右，電機全速運行，改造後，風機變速運行，因現場工況變化不是很大，變頻調速係統經常運行在31赫茲左右，與調節檔板時的消耗功率大大減小，節電效果與經濟效益顯著。變頻改造前後，電機的運行數據如下表所示
| 時間 |
調節方式 |
輸入電流（A） |
運行頻率(Hz) |
電機平均功率（kW） |
| 改造前 |
風門 |
32 |
50 |
266 |
| 改造後 |
變頻調速 |
7.5 |
31 |
74 |
上述表格中，改造前電機平均功率計算方法為：
32×1.732×6×0.8=266kW
改造後電機平均功率計算方法為：
7.5×1.732×6×0.95=74kW
注：變頻運行時，變頻輸入的功率因數為0.95；電機工頻運行時，功率因數為電機功率因數0.80。
根據以上實際數據，可以得出，改造後EP風機的節電率為：
（266-74）/266=72.2%
該設備每年檢修一次，檢修時間為30天，其餘時間均運行，我們按一年運行300天計算，實際電費按一度電0.5元，則一年節省電費為：
（266-74）×300×24×0.5=69.1萬元。
2．改善工藝。
現將改造前及改造後現場工況列表如下：
| |
改造前 |
改造後 |
| 啟動方式 |
串水電阻啟動 |
變頻軟啟動 |
| 風機噪音 |
大 |
小 |
| 軸承溫升 |
高 |
低 |
| 調節反應速度 |
快 |
慢 |
| 電機及風機維護周期 |
短 |
長 |
參考上述表格，可以看出：
EP電除塵風機變頻改造後，取得的間接效果也是十分明顯的，因為變頻調速係統經常運行在30赫茲左右，電機及風機旋轉速度降低，電機及風機的軸溫降低，噪音降低，整體維護周期大大縮短；運行人員在DCS側通過監控界麵很方便的調節電機的運行頻率，高壓變頻器的頻率分辨率精確到0.01赫茲，調節及時，調節精度高。
gaizaoqianyonghuzengjingdanxindianjijiangsuhou，zishenlengquefengjizhuansuxiajiang，dianjisanrexiaoguobuhao，dianjikenenghuiyouguoredewenti，shijigaiwentibingmeiyouchuxian。yinweidianjijiangsuhou，suiranzishenlengquexiaoguoxiajiang，danshidianjijiangsuhoushuchugonglvdadajiangdi（電機輸出功率與轉速的立方成正比），事實表明，改造後，電機的溫升不但沒有升高，反而有所下降。
五、結論
節約能源是我國的基本國策，國家製定了“節能中長期專項規劃”，為(wei)落(luo)實(shi)此(ci)規(gui)劃(hua)目(mu)標(biao)，國(guo)家(jia)發(fa)改(gai)委(wei)最(zui)近(jin)啟(qi)動(dong)了(le)十(shi)大(da)重(zhong)點(dian)節(jie)能(neng)工(gong)程(cheng)，作(zuo)為(wei)耗(hao)能(neng)大(da)戶(hu)的(de)水(shui)泥(ni)行(xing)業(ye)是(shi)國(guo)家(jia)宏(hong)觀(guan)調(tiao)控(kong)的(de)重(zhong)點(dian)，也(ye)是(shi)節(jie)能(neng)的(de)重(zhong)點(dian)行(xing)業(ye)，通(tong)過(guo)各(ge)種(zhong)措(cuo)施(shi)，如(ru)果(guo)能(neng)把(ba)生(sheng)產(chan)每(mei)噸(dun)水(shui)泥(ni)電(dian)耗(hao)控(kong)製(zhi)在(zai)100kW?h內，按我國水泥年產12yidunjisuan，rudadaojienengzhibiao，zemeiniankejieyuebaiwandunmei，jiedianbaiyidu，bingqiekeshifeiqipaifangliangjiangdi，youliyubaohuhuanjing，tongshiyejiangdileqiyechengben。dalianxiaoyetianshuinichangEP電除塵風機的變頻改造，達到了節電和改善工藝的效果，取得了圓滿成功。目前在我國，水泥行業相對於其它如冶金、電力等行業，高壓變頻器改造的進度相對緩慢，如果中國大多數水泥製造企業都能如大連小野田水泥廠，合理、深度挖掘自身潛力，那麼有理由相信，中國的天將會更藍，水會更清，節能型的和諧社會美好前景定會展現在我們的麵前！
|
|
|
