高壓變頻器在水泥磨循環風機上的應用

一、用戶簡介

河南泰隆建材集團公司是河南省南陽市最大的一家民營水泥生產企業。下轄：內鄉泰隆公司、內鄉寶天曼公司、內鄉萬基公司、唐河泰隆公司、襄陽寶天曼公司和鄧州萬進公司。其中內鄉寶天曼公司、唐河泰隆公司和內鄉泰隆公司各擁有1條新型干法水泥生產線；集團公司總占地1800余畝，擁有員工1600余人，年水泥生產能力700萬噸，年銷售收入15億元，稅利3.5億元。泰隆建材集團公司是集建材產品科研、開發、生產為一體的現代化企業，主導產品為“寶天曼牌”、“內宛牌”、“吉固牌”和“唐塔牌”通用硅酸鹽水泥及熟料，強度等級有32.5、42.5（含42.5R型）和52.5（含52.5R型）等。

內鄉泰隆水泥公司是河南泰隆集團公司的一家下屬公司，擁有1條年產120萬噸的新型干法水泥生產線。2012年，內鄉泰隆水泥公司通過對國內各高壓變頻器廠家技術對比，最后選用森蘭科技股份有限公司生產的SBH-100-560型高壓變頻器，對水泥磨循環風機進行變頻節能改造。設備于2012年8月安裝、調試，9月正式投運，投運以來，設備運行穩定，節能效果明顯，完全滿足生產需要。

二、改造方案

1、水泥磨循環風機配套電機參數

電機型號：YRKK560-6；

制造廠商：長利電機廠有限責任公司；

額定功率：560kW；

額定電壓：10kV；

額定電流：42A；

額定轉速：960r/min；

功率因數：0.8

2、配套高壓變頻器參數

型號：SBH-100-560

額定功率：560kW；

額定電壓：10kV；

額定電流：42A；

功率因數：0.96

3、變頻改造方案

3.1 一次回路方案

此次對循環風機改造采用的為SBH-100-560自動一拖一旁路高壓變頻調速系統，一次回路接線圖如圖 1所示。

互鎖及要求：

1）QS1、QS2為隔離開關，KM1、KM2、KM3為真空接觸器。

2）QS1與KM1、QS2與KM2相互聯鎖，即隔離開關合上后，與隔離開關相對應的真空接觸才能合上，真空接觸器斷開后，與真空接觸相對應的隔離開關才能分合。

3）KM2與KM3互鎖，即其中一個真空接觸器合上后，互鎖回路的另外一個真空接觸器不能合閘。

3.2控制回路方案

按照用戶要求，變頻器可以根據系統反饋的風壓信號來調節風機的風壓，也可以與用戶的風門進行開、合聯動。

變頻器控制柜有“本機控制/遠程控制”選擇開關，可以方便地選擇本地操作或遠程操作，變頻器支持MODBUS、PROFIBUS、TCP/IP等協議及硬接線連接來實現遠程操作，本套系統與用戶中控室DCS采用硬接線連接。即DCS給變頻器發啟動、停止指令及一路頻率給定信號，變頻器反饋給DCS“就緒”、“運行”、“報警”、“故障”四路開關量信號及“電機轉速”、“電機電流”兩路模擬量信號。

變頻器系統以及概略圖如下：

三、節能效果分析

1、節能計算

通過流體力學的基本定律可知：風機、泵類設備均屬平方轉矩負載，其轉速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關系：Q∝n，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。

在采用變頻器以前，只能通過調節風門的出口擋板調節風量來滿足生產工藝要求，大量電能白白浪費在擋板上。采用變頻器拖動電動機的方式，風門調到全開的位置，通過改變送給交流電動機的交流電頻率，來調節電動機的轉速從而不用檔板，既可達到控制流量的目的，又能達到節能的效果。

2、森蘭高壓變頻器在水泥磨循環風機上的節能效益

根據現場記錄，風機上變頻調速改造前后的運行情況見下表。

由上表可知：

變頻改造前，循環風機電機運行功率為497kW，變頻裝置投入后，循環風機電機運行在46Hz，運行功率約為380kW。變頻投入運行后，減小的輸入功率為：117kW。

節電率=117/497×100%=23.5%，

按每天三班工作制，每天300天工作日計算，

年節電費用=（497-380）×24×300KW/h=842400（KW·h）

按該水泥廠用電的平均價格0.63元/度計算，

節電費用=842400×0.63元=53萬元。

由上述數據看出，森蘭科技股份有限公司生產的SBH系列高壓變頻器后，該新型干法窯生產中水泥磨循環風機設備全年節約電費均可達53萬元左右，節能經濟效益顯著。另外，采用變頻調速控制后，其他方面的效益也是明顯的，如：

（1）采用變頻調節后，系統實現軟啟動，電機啟動電流只是額定電流，啟動時間相應延長，對電網和變壓器無大的沖擊，減輕了起動機械轉矩對電機機械損傷，同時也減少了電機的維護費用，有效的延長了電機的使用壽命；

（2）變頻改造前，風量的調節要靠調整檔板的開度來完成，一次風量的改變通常要反復調節多次才能完成。變頻改造后，電機轉速的改變只要在DCS設定即可，大大降低了勞動強度，提高了生產效率，風量調節更平穩、精確；

（3）設備適應電網電壓波動能力強，有時電網電壓高達11kV，或者電壓低至9kV變頻器仍能正常運行，提高了電動機適應能力。

四、結束語

電機節能主要依靠變頻調速，從而達到提高電機效率、節能等效果。使用高壓變頻器的電機系統節電率普遍達20%左右，某些較高場合可達30%-50%。目前，國產變頻器已經在新型干法水泥生產線的生料磨循環風機、煤磨循環風機、窯頭排風機、窯尾高溫風機、窯尾排風機等負載上廣泛應用，加上國務院發布的《“十二五”節能減排綜合性工作方案》明確提出要求加快高壓變頻調速技術的推廣應用。因此高壓變頻調速裝置在水泥行業推廣的潛力巨大。