利德华福

北京利德华福电气技术有限公司周洪云晏鵾

一、引言
　　济南山水集团平阴粉磨站具有一套年产100万吨水泥生产线，工程设计初期收尘器的收尘风机是定速运行，其风量调节依靠档板开度来控制。考虑产量变化及生产品种的变化（水泥成品的颗粒细度不同），需要不同的风量来满足工艺要求。若用档板调节，不但控制精度较差，并且依靠档板截流来减少风量，电机的出力变化较小，造成大量电能被白白浪费。为了改善工艺、降低能耗，山水水泥的设计人员决定对收尘风机进行变频调速改造，生产中风量的调整通过变频器来改变收尘风机转速实现。
用户通过大量考察论证，最后选用北京利德华福电气技术有限公司的一台HARSVERT-A06/055高压变频器驱动收尘风机。

二、现场工艺简介
1、水泥生产工艺
水泥的生产步骤，可分为以下八个步骤：
原料的提取（采矿）原料的破碎原料的储存和预均化原料的粉磨（球磨机）生料的均化和储存煅烧（生料通过旋风筒预热后再进入回转窑烘烤物料，煅烧成熟料）水泥的粉磨（根据水泥的品质，混合其他的化学原料粉磨）
水泥的储存与运输其中物料的粉磨工艺流程是：
电动机通过减速机带动磨盘转动，物料从下料口落到磨盘中央，在离心力的作用下向磨盘边缘移动并受到磨辊的碾压，粉碎后的物料离开磨盘，被高速向上的气流带至与立磨一体的分离器，粗粉经分离器后返回到磨盘上，重新粉磨；细粉则随气流出磨，在系统的收尘装置中收集下来。
收尘风机的转速（收尘器所需风量）主要由管磨机内工艺情况（产量及粉的细度）决定。
2、水泥粉磨系统主要设备：（表一）

设备名称	规格	主要性能	电机功率（kW）
辊压机	RP120-80	辊直径1200mm, 有效宽度899mm	2×500 kW
管磨机	∮4.2×11.5	能力120t/h	2800 kW
高效选粉机	XWS40	处理能力150 t/h	220 kW
袋式收尘器	LPM2X70	处理风量157000m3/h
排风机	R6-2X40No15.57	风量160000 m3/h，风压7300Pa	450 kW

3.水泥生产工艺图

图一

三、收尘风机系统控制方案

1、主回路方案
工作原理：变频器为一拖一配置，即一台变频器拖动一台电机。变频器高压进线端直接接于6kV电压等级的主动力电源，输出侧直接连接电机。QF1为用户现场高压断路器，为了实现对变频器故障保护，变频器与QF1的合、分闸回路实现连锁，只有变频器控制系统正常才允许QF1合闸，而变频器重故障则跳开QF1。

2、控制回路方案
　　按照用户要求,变频器可以根据用户反馈的风压信号来调节风机的风压,也可以与用户的风门进行开、合联动。
　　变频器控制柜有“本机控制/远程控制”选择开关，可以方便地选择本地操作或远程操作，变频器支持MODBUS、PROFIBUS、TCP/IP等协议及硬接线连接来实现远程操作，本套系统与用户中控室DCS采用硬接线连接。即DCS给变频器发启动、停止指令及一路频率给定信号，变频器反馈给DCS“备妥”、“运行”、“报警”、“故障”四路开关量信号及“电机转速”、“电机电流”两路模拟量信号。
变频器概略图如下：

图二

3、变频器技术参数

序号	规范	单位	参数	备注
1	使用标准		Q/CP BLH003-2004
2	型式及型号		HARSVERT-A06/055
3	制造商及产地		北京利德华福电气技术有限公司
4	技术方案		多级模块串联，交直交、高高方式
5	对电动机要求		普通鼠笼式异步电机
6	额定输入电压/允许变化范围	kV	6kV±15%
7	系统输入电压	kV	6kV
8	额定输入频率/允许变化范围		50Hz±10%
9	对电网电压波动的敏感性		+15%～-35%
10	变频器效率		＞0.98
11	谐波		输入电流<4%,输出电流<2%
12	可靠性指标（平均无故障工作时间）	H	20000小时
13	输入侧功率因数		＞0.95（＞20%负载）
14	控制方式		多级正弦PWM控制
15	控制电源		外供220V±10%AC，3kVA， 220V±10%DC，3kVA
16	UPS型式、参数及容量		掉电可维持30分钟
17	变换器型式及元件		42脉冲，二极管三相全桥
18	逆变器型式及元件		IGBT 逆变桥串连
19	电隔离部分是否采用光纤电缆		采用安捷伦HFBR－EUS100光纤
20	噪声等级		≤75dB
21	冷却方式		强迫风冷
22	过载能力		120% 1min，150%立即保护（<10μs）
23	标准控制连接		与DCS硬连接
24	模拟量信号（输入）规格及数量		4～20mA或0～10V，4路
25	模拟量信号（输出）规格及数量		4～20mA或0～10V，2路
26	开关量信号（输入）规格及数量		继电器干式接点，6点
27	开关量信号（输出）规格及数量		继电器干式接点，5点
28	防护等级		IP20
29	操作键盘		标准操作面板
30	界面语言		简体中文
31	变频装置外形尺寸		3956×1200×2574mm
32	变频装置重量		5000Kg

四、节能效果分析
1、变频器参数

型号	HARSVERT-A06/055	输入电压	6kV
额定电流	55A	额定功率	450kW

2、电机参数

额定功率	450kW	额定电压	6kV
额定转速	985rpm	额定电流	55A

3、能计算
　　通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。
　　根据风机工作特性：原来系统采用档板调节时，风机工作点将由A沿曲线向B点移动；目前系统采用电机转速调节时，风机转速由n0 调整为n’时，风机工作点将由B点降至C点。因此采用高压变频器调速，其节电量如下图所示。

　　根据工艺要求，收尘风机的电机转速降为额定转速的80％时，调速系统（变频器＋电机）从电网侧吸收功率约降为额定转速时的51％，即0.83×100%=51%。因此若工艺要求收尘系统风量下降即收尘风机转速下降时，节能效果将十分明显。
　　现在，平阴粉磨站的生产任务繁重，生产线基本在满负荷甚至超负荷运行，水泥生产量基本在120－130t/h，在最大负荷下，变频器运行频率约为37.5Hz，输入电流（从变频器网侧吸收）约为28A。对比相同工况下的另外一条生产线，在产量基本相同情况下，没有变频改造的收尘风机运行电流约为44A，从比较情况来看，经变频改造的收尘风机节能效果非常明显。

五、变频改造对系统产生的其他效果
　　通过对济南山水集团平阴粉磨站的变频节能分析测算表明，设备进行变频改造后，具有显著的经济效益，并且在其它方面也产生了一些显著的影响：
　　（1）采用变频调节后，系统实现软启动，电机启动电流只是额定电流，启动时间相应延长，对电网和变压器无大的冲击，减轻了起动机械转矩对电机机械损伤，有效的延长了电机的使用寿命；
　　（2）变频改造前，风量的调节要靠调整档板的开度来完成，一次风量的改变通常要反复调节多次才能完成。变频改造后，电机转速的改变只要在DCS设定即可，大大降低了劳动强度，提高了生产效率，风量调节更平稳、精确；
　　（3）收尘风机改变频后，由于变频器采用单元串联移相技术，因此在理论上可以消除41次以下谐波。由于实际制造工艺的限制，网侧电压谐波总含量可以控制在2％以内，电流谐波总含量小于4％；
　　（4）变频输出采用PWM技术控制，输出电压波形基本接近正弦波，谐波总含量小于1％，上述指标均满足IEEE-519国际电能质量谐波标准要求；
　　（5）该变频器为电压源型结构，功率因数可高达0.95；
　　（6）厂房设备噪声污染大大降低。

六、小结
　　济南山水集团平阴粉磨站100t/h生产线自2005年5月份改造投产以来，收尘风机变频器一直运行十分稳定，不但节约了大量的电能，取得了良好的经济效益，而且降低了运行、检修人员的工作强度，因此在山水集团新建的粉磨站如昌乐、滨州等地的粉磨站收尘风机先后都采用了我公司制造的变频器。随着国家相关政策的具体落实，相信在今后的应用中，高压变频器将越来越多的在水泥行业中得到广泛的应用。

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