呂東軍

變頻調(diào)速技術(shù)在水泥廠的應(yīng)用

呂東軍

（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院 安徽合肥 230051）

本文主要分析變頻調(diào)速在水泥廠的應(yīng)用，并針對(duì)水泥廠主機(jī)設(shè)備應(yīng)用變頻調(diào)速的方法，闡述變頻調(diào)速在水泥廠的應(yīng)用前景。

水泥廠；變頻調(diào)速

由于變頻調(diào)速具有故障率低、調(diào)速精度高、保護(hù)功能多、節(jié)能效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，是對(duì)直流調(diào)速、電磁滑差調(diào)速、電磁滑差調(diào)速進(jìn)行改造的最理想的選擇。

一、在回轉(zhuǎn)窯拖動(dòng)上的應(yīng)用

以前，回轉(zhuǎn)窯主拖動(dòng)一般使用直流調(diào)速。但這種調(diào)速電路復(fù)雜，維修難度大，操作繁瑣，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速不平穩(wěn)，增加了操作人員的看火難度；直流電動(dòng)機(jī)在溫度高、粉塵大的惡劣環(huán)境中工作，其碳刷、整流子損壞嚴(yán)重，維修費(fèi)用高。而交流變頻調(diào)速效率高，穩(wěn)定性好，且交流電動(dòng)機(jī)的價(jià)格和維護(hù)費(fèi)用也比直流電動(dòng)機(jī)低得多。

回轉(zhuǎn)窯在起動(dòng)時(shí)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的物料處于正下方，在窯起動(dòng)并不斷加速的過(guò)程中，整個(gè)窯體及窯內(nèi)的物料克服自身慣性而升速，當(dāng)物料偏移正下方最大角度時(shí)，此時(shí)所需轉(zhuǎn)矩最大，這是個(gè)加速過(guò)程，一個(gè)克服設(shè)備巨大慣性的過(guò)程。一旦驅(qū)動(dòng)電流克服了這種大慣性負(fù)載而起動(dòng)起來(lái)，維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的驅(qū)動(dòng)能量及轉(zhuǎn)矩就很小了。

根據(jù)回轉(zhuǎn)窯的這種負(fù)載特點(diǎn)，選擇變頻器及電動(dòng)機(jī)的功率就比較復(fù)雜，功率選擇過(guò)大，起動(dòng)沒(méi)問(wèn)題，但正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)大馬拉小車(chē)現(xiàn)象，能耗大，一次性投資加大；功率選擇小些適合于正常運(yùn)行，效率高投資小，但不能正常起動(dòng)。

所以就要選擇在回轉(zhuǎn)窯的主傳動(dòng)上進(jìn)行變頻調(diào)速來(lái)解決這樣的難題。在調(diào)試時(shí)要注意根據(jù)實(shí)際的情況調(diào)節(jié)變頻器的參數(shù)，即在低頻段適當(dāng)提高V/F的值，這樣有利于提高電動(dòng)機(jī)出力；但在滿(mǎn)足起動(dòng)要求的情況下，提升值越小越好，這樣做能減小電動(dòng)機(jī)損耗，降低電動(dòng)機(jī)溫升，避免造成過(guò)流保護(hù)。

二、在風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

風(fēng)機(jī)是在水泥生產(chǎn)工藝上很重要的設(shè)備，由于生產(chǎn)過(guò)程中工礦的不斷變化及其他多種因素的影響，設(shè)計(jì)選型時(shí)，風(fēng)機(jī)通常預(yù)留較大富裕量；所以在實(shí)際的使用過(guò)程中，為滿(mǎn)工礦要求，在進(jìn)風(fēng)管道中設(shè)置電動(dòng)閥門(mén)、擋風(fēng)板等裝置，通過(guò)閥門(mén)開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，采用擋板閥門(mén)調(diào)節(jié)時(shí),大量的能量消耗在擋板閥門(mén)的截流過(guò)程中。同時(shí),介質(zhì)對(duì)擋板閥門(mén)沖擊較大,設(shè)備損壞情況嚴(yán)重。另外,擋板閥門(mén)動(dòng)作遲緩,手動(dòng)時(shí)人員不易操作,而且操作不當(dāng)造成風(fēng)機(jī)震動(dòng)。擋板閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般為大力矩的電動(dòng)執(zhí)行器,故障較多,不能適應(yīng)長(zhǎng)期頻繁調(diào)節(jié),構(gòu)成閉環(huán)自動(dòng)控制較難,且動(dòng)態(tài)性能不理想。而采用調(diào)速方式調(diào)節(jié)風(fēng)量節(jié)電效果就十分理想。

風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，而風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，消耗的功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比的特點(diǎn)，即：Q’/Q=n’/n , H’/H=(n’/n)2, P’/P=(n’/n)3

其中Q—風(fēng)量，H---風(fēng)壓，n---電機(jī)轉(zhuǎn)速，P---電機(jī)消耗功率。

對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制屬于減少空氣動(dòng)力節(jié)電方法，是一種比較理想的節(jié)電方式。它和調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)控制風(fēng)量方法向比較，有明顯的節(jié)電效果。以下為例，風(fēng)機(jī)的入口風(fēng)門(mén)開(kāi)度總在40%左右，出口風(fēng)門(mén)開(kāi)度為100%，由此可見(jiàn)風(fēng)機(jī)的實(shí)際風(fēng)量是其額定風(fēng)量的40%左右。由經(jīng)驗(yàn)公式可知：

P=〔0.4+0.6Q/Qe-(Q/ Qe)3〕*Pe

上式中，△P——節(jié)約電功率

Q——實(shí)際風(fēng)量

Qe——額定風(fēng)量

Pe——額定功率

可計(jì)算出，40%的風(fēng)量理論上可節(jié)約電功率△P為0.576 Pe,即理論節(jié)電率為57.6%。

考慮轉(zhuǎn)速下降的同時(shí)電機(jī)和風(fēng)機(jī)效率的降低等因素的影響，如果采用變頻調(diào)速來(lái)改變風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，其節(jié)能效果仍然相當(dāng)明顯。而且采用變頻調(diào)速還具有以下特點(diǎn)：采用變頻調(diào)速后，啟動(dòng)電流下降到額定電流的1~2倍，大大改善電機(jī)的啟動(dòng)性能，避免大電流對(duì)電機(jī)和電網(wǎng)的沖擊。電機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)后，電機(jī)軸承等處機(jī)械磨損減少，降低維修工作量，提高功率因數(shù)。

三、在水泥選粉機(jī)上的應(yīng)用

水泥選粉系統(tǒng)的工作原理是根據(jù)所生產(chǎn)的水泥的標(biāo)號(hào)的不同，調(diào)節(jié)選粉機(jī)和選粉風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而選出不同細(xì)度的水泥制品。

老式選粉機(jī)要調(diào)整風(fēng)機(jī)軸上的扇葉的數(shù)量和角度，經(jīng)過(guò)對(duì)比試驗(yàn)達(dá)到所要求的選粉細(xì)度；新式選粉系統(tǒng)分選粉機(jī)和選粉風(fēng)機(jī)兩部分，選粉機(jī)由滑差電機(jī)調(diào)速，選粉風(fēng)機(jī)靠調(diào)節(jié)擋風(fēng)板角度調(diào)節(jié)用風(fēng)量。這兩種系統(tǒng)都存在操作工藝復(fù)雜、調(diào)節(jié)精度差、浪費(fèi)電能?chē)?yán)重的缺點(diǎn)，特別是滑差點(diǎn)機(jī)不但費(fèi)電，由于水泥制造環(huán)境粉塵嚴(yán)重，因此滑差頭骨脹率特別高，維修困難。變頻改造后，不管是老式系統(tǒng)還是新式系統(tǒng)，只要將電機(jī)調(diào)節(jié)到一個(gè)特定的轉(zhuǎn)速就能選出所需要的細(xì)度的顆粒，在節(jié)約電能的同時(shí)還做到了連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)，既提高了勞動(dòng)效率，又降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，綜合效益明顯。選粉機(jī)在起動(dòng)之前，首先要開(kāi)起排風(fēng)機(jī)，而選粉機(jī)的結(jié)構(gòu)決定了排風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)選粉機(jī)本體跟著旋轉(zhuǎn)，從而造成了選粉機(jī)起動(dòng)前電動(dòng)機(jī)已有一個(gè)轉(zhuǎn)速。如果此時(shí)起動(dòng)變頻器給選粉機(jī)送電將造成變頻器過(guò)流跳閘，這時(shí)應(yīng)調(diào)整變頻器的捕捉再起動(dòng)常數(shù)，使它允許電動(dòng)機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)下正常起動(dòng)

結(jié)論

實(shí)踐證明，水泥廠的設(shè)備采用變頻調(diào)速運(yùn)行方式，可以根據(jù)負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備的轉(zhuǎn)速，解決了“大馬拉小車(chē)”的問(wèn)題，為降低生產(chǎn)成本，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，節(jié)能降耗，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境開(kāi)創(chuàng)了新的途徑。

[1]吳浩烈.電機(jī)及電力拖動(dòng).重慶：重慶大學(xué)出版社，1996. 195-228。

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1007-6344（2017）03-0004-01