玉山萬年青水泥廠是江西萬年青水泥股份有限公司下屬的子公司，建有2條2500t/d的孰料生產(chǎn)線，其生料磨循環(huán)風(fēng)機電機為10KV/1800KW，采用擋板(閥門)調(diào)節(jié)風(fēng)量大小，風(fēng)機消耗功率大，節(jié)流損失較大。調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板控制風(fēng)量，由于擋板處于較高壓力下工作，易磨損，易造成管道內(nèi)風(fēng)量調(diào)節(jié)不準(zhǔn)確，對生料磨系統(tǒng)工藝影響也較大。其生料磨系統(tǒng)簡易圖如圖所示：

玉山萬年青水泥廠

圖1 立式生料磨系統(tǒng)簡易圖

　　生料磨循環(huán)風(fēng)機在生料磨系統(tǒng)中起到很大作用，通過調(diào)節(jié)循環(huán)風(fēng)機可以控制磨系統(tǒng)的以下參數(shù)：

　　磨內(nèi)通風(fēng)量：立磨靠風(fēng)掃磨，通風(fēng)量要適當(dāng)。風(fēng)量不足，合格的生料不能及時帶出，料層增厚，排渣量增多，設(shè)備負(fù)荷高，產(chǎn)量降低;風(fēng)量過大，料層過薄，影響磨機穩(wěn)定運轉(zhuǎn);

　　料層厚度：立磨穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的另一重要因素是料床穩(wěn)定。料層穩(wěn)定，風(fēng)量、風(fēng)壓和喂料量才能穩(wěn)定，否則就要通過調(diào)節(jié)風(fēng)量和喂料量來維持料層厚度。若調(diào)節(jié)不及時就會引起震動加劇，電機負(fù)荷上升或系統(tǒng)跳停等問題;

　　磨機振動：振動是輥式磨機工作中普遍存在的一個現(xiàn)象,合理的振動是允許的,但若振動過大，則會造成磨盤和磨輥以及襯板的機械損壞;

　　磨內(nèi)壓差： 壓差是指風(fēng)環(huán)處的壓力損失,在磨機運行時，磨內(nèi)負(fù)荷量的變化不僅從磨機電流、料層厚度、振動幅度等參數(shù)上反應(yīng)出來，而且壓差更能反映磨內(nèi)狀況;

　　磨機出口溫度：有效的控制出口溫度，可以保持良好的烘干及粉磨作業(yè)條件;

　　產(chǎn)品細(xì)度：磨內(nèi)通風(fēng)量的大小對產(chǎn)品細(xì)度也有一定影響。

　　另外磨的運行穩(wěn)定因素還有喂料量、噴水量、研磨壓力、循環(huán)風(fēng)量和選粉機轉(zhuǎn)速等參數(shù)。

一、原料磨排風(fēng)機改高壓變頻器拖動的必要性

　　玉山萬年青水泥廠原料磨排風(fēng)機為轉(zhuǎn)子繞線異步電動機拖動，原有的運行方式為電機全速運行，依靠調(diào)整出口擋風(fēng)板的開度來調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小，由于企業(yè)自身電網(wǎng)容量有限，電機不允許全壓直接啟動，因此選用轉(zhuǎn)子繞線式異步電動機，啟動方式是轉(zhuǎn)子串水電阻啟動，啟動結(jié)束后再自動短接轉(zhuǎn)子滑環(huán)，電機全速運行(項目初期運行時，是采用水電阻調(diào)速運行方式，但是投運后發(fā)現(xiàn)這種調(diào)速方式反而比風(fēng)門調(diào)節(jié)更加不經(jīng)濟，索性其只作為啟動時使用)，這樣的運行方式存在如下弊端：

　　1.風(fēng)門調(diào)節(jié)反應(yīng)滯后，調(diào)節(jié)速度慢，調(diào)節(jié)精度不高。

　　依靠風(fēng)門調(diào)節(jié)執(zhí)行器來調(diào)節(jié)風(fēng)門開度，本身是一個不得已的舉措，因風(fēng)門調(diào)節(jié)機構(gòu)含有相當(dāng)一部分的機械機構(gòu)，受機械部分限制調(diào)節(jié)速度有限，調(diào)節(jié)精度亦受到影響，往往對現(xiàn)場的風(fēng)量控制不是很到位，甚至滿足不了現(xiàn)場工藝的要求 。

　　2.風(fēng)門調(diào)節(jié)浪費電能，不科學(xué)，不經(jīng)濟。

　　采用風(fēng)門調(diào)節(jié)固然結(jié)構(gòu)簡單，投資較小，但是在節(jié)能意識日益加強的今天顯然不合適，電機額定電流為128A，而電機實際運行電流平均僅為90A 左右，采用風(fēng)門調(diào)節(jié)，人為改變了風(fēng)道的阻力曲線，大量的能源白白浪費在了風(fēng)門上，在能源日益緊缺的今天，顯然已經(jīng)嚴(yán)重落伍，改造勢在必行。

　　3.電機全速運行受到考驗，維護周期短。

　　因電機全速運行，電機軸承等機械部分磨損嚴(yán)重，另外，由于是轉(zhuǎn)子繞線式異步電動機，轉(zhuǎn)子的高速運行對于其機械部分一樣有百害無一益，轉(zhuǎn)子滑環(huán)上的碳刷磨損相當(dāng)嚴(yán)重，更換周期短。

　　4.啟動過程復(fù)雜，水電阻裝置維護工作量大。

　　由于企業(yè)自身電網(wǎng)容量有限，電機不允許全壓直接啟動，因此選用轉(zhuǎn)子繞線式異步電動機，啟動方式是轉(zhuǎn)子串水電阻啟動，啟動結(jié)束后再自動短接轉(zhuǎn)子滑環(huán)，這樣的啟動方式附帶了很多電氣二次回路，啟動過程復(fù)雜，而且本身水電阻裝置維護工作量就比較大，只有在啟動過程的20幾秒內(nèi)投入使用，使用效率不高，然而卻不可缺，顯然已經(jīng)屬于落后工藝。

　　綜上所述，該風(fēng)機改造勢在必行，要想徹底改變現(xiàn)有工藝，必須從源頭上下功夫，即通過改變電機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速，從而達到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的，以此來滿足現(xiàn)場工藝的要求。

二、調(diào)速方式的選擇

　　目前，大功率高壓異步電動機的主要調(diào)速方式有以下幾種：串級調(diào)速、內(nèi)反饋串級調(diào)速、液力耦合器調(diào)速及變頻調(diào)速等。

　　串級調(diào)速—優(yōu)點是可以回收轉(zhuǎn)差功率，所以調(diào)速效率比較高，但存在的問題也很多：它不適合于現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子繞線式異步電機，必須更換電機：不能實現(xiàn)軟啟動，啟動過程非常復(fù)雜;啟動電流大;調(diào)速范圍有限;響應(yīng)慢，不易實現(xiàn)閉環(huán)控制;功率因數(shù)和效率低，并隨著轉(zhuǎn)速的調(diào)低急劇下降;很難實現(xiàn)同PLC和DCS等控制系統(tǒng)的配合，對提高裝置的整體自動化程度和實現(xiàn)優(yōu)化控制無益;同時因控制裝置比較復(fù)雜、諧波污染大對電網(wǎng)有較大干擾;進一步限制了它的使用，屬落后技術(shù);

　　內(nèi)反饋串級調(diào)速—內(nèi)反饋串級調(diào)速是在串級調(diào)速基礎(chǔ)上發(fā)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(diào)節(jié)繞組)而制造成的內(nèi)反饋串級調(diào)速電機，將該電動機部分轉(zhuǎn)子能量取出以改變電動機用以產(chǎn)生拖動轉(zhuǎn)矩，使主繞組從電網(wǎng)吸收的能量下降來實現(xiàn)節(jié)能。優(yōu)點：具有串級調(diào)速的全部優(yōu)點，體積小。缺點：需更換專用電機，滑環(huán)處理不當(dāng)容易出現(xiàn)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(wǎng)的沖擊很大，啟動復(fù)雜;調(diào)速范圍很小;輸入功率因數(shù)和效率低;電機側(cè)由于可控硅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(zhuǎn)矩脈動、附加發(fā)熱和噪聲污染，所以電纜要求加粗使用;電機喘振現(xiàn)象無法消除。仍屬于落后技術(shù);

　　液力耦合器調(diào)速—屬低效調(diào)速方式，調(diào)速范圍有限，高速丟轉(zhuǎn)約5%-10%，低速轉(zhuǎn)差損耗大，最高可達額定功率的15%，因效率與轉(zhuǎn)速成正比，低速時效率極低，精度低、線性度差、響應(yīng)慢、啟動電流大、裝置大，必須加裝在設(shè)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，維護復(fù)雜、費用大，不能滿足提高裝置整體自動化水平的需要;

　　高壓變頻調(diào)速—由于應(yīng)用了先進的電力電子技術(shù)、計算機控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和高壓電氣、電機拖動等綜合性領(lǐng)域的學(xué)科技術(shù)，因此具有其他調(diào)速方式無法比擬的優(yōu)點：

　　(1)變頻器采用液晶顯示數(shù)字界面，調(diào)整觸摸式面板，可隨時顯示電壓、電流、頻率、電機轉(zhuǎn)速，可非常直觀地顯示電機在任何時間的實時狀態(tài)。

　　(2)精確的頻率分辨率和高的調(diào)速精度，完全可以滿足各種生產(chǎn)工藝工況的需要。

　　(3)高壓變頻器具有國際通用的外部接口，可以同可編程控制器(PLC)和工控機等各種儀表連接，并可以與原設(shè)備控制回路相連接，構(gòu)成部分閉環(huán)系統(tǒng)，如與原DCS系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和聯(lián)鎖控制。

　　(4)具有電力電子保護和工業(yè)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(xiàn)軟啟動、軟制動;啟動電流小，小于電機的額定電流;電機啟動的時間可連續(xù)可調(diào)，減少了對電網(wǎng)的影響。

　　(6)具有就地和異地操作功能，另可通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

　　(7)減少配件損耗，延長設(shè)備使用壽命，提高勞動生產(chǎn)效率。

　　通過對幾種調(diào)速方式的比較，最終，萬年青水泥廠決定采用深圳科陸變頻器公司生產(chǎn)的CL2700高壓變頻器對原料磨排風(fēng)機進行改造：

　　科陸高壓變頻器是一家正規(guī)上市公司;

　　CL2700系列高壓變頻調(diào)速裝置系統(tǒng)運行穩(wěn)定;

　　CL2700系列高壓變頻調(diào)速裝置全中文界面顯示，適合國內(nèi)用戶;

　　針對國內(nèi)用戶量身定做，盡量考慮國內(nèi)電網(wǎng)的綜合因素，在其可靠性，安全性方面有其獨到的技術(shù)優(yōu)勢;

　　CL2700系列高壓變頻調(diào)速裝置內(nèi)置PLC，易于改變控制邏輯關(guān)系，適應(yīng)多變的現(xiàn)場需要

三、改造項目具體實施方案及過程

　　根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，旁路柜采用了一拖一手動方案。此結(jié)構(gòu)是手動旁路的典型方案,原理是由3個高壓隔離開關(guān)QS1、QS21和QS22組成(見圖，其中QF為原高壓開關(guān)柜內(nèi)的斷路器)。要求QS21和QS22不能同時閉合，屬于單刀雙擲。變頻運行時，QS1和QS21閉合，QS22斷開;工頻運行時，QS22閉合，QS1和QS21斷開;QS3為單獨所加的刀閘柜，用來投切用戶原有的電容補償裝置，工頻時合QS3，變頻時分QS3。

　　優(yōu)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(fù)載投入工頻電網(wǎng)運行等。

　　缺點：高壓變頻器故障時，不能自動由變頻轉(zhuǎn)為工頻。

　　現(xiàn)場原有的水電阻裝置繼續(xù)保留，高壓變頻器安裝后，與原有的水電阻二次回路結(jié)合，取高壓變頻器的變頻狀態(tài)信號(QS1,QS21閉合后輸出變頻狀態(tài)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，該信號有效后通過原有水電阻二次回路，直接短接電機轉(zhuǎn)子滑環(huán)，切除水電阻裝置，由高壓變頻器對電機實現(xiàn)軟啟動;取高壓變頻器工頻旁路信號(QS22閉合后輸出工頻旁路狀態(tài)信號)，該信號有效后通過原有水電阻二次回路，恢復(fù)高壓電機的串水電阻調(diào)速功能，以備高壓變頻器故障期間，用戶仍可以通過原有啟動回路啟動設(shè)備工頻運行。

　　現(xiàn)場設(shè)備名牌如下：

四、改造效果

　　1.節(jié)能效果相當(dāng)明顯，經(jīng)濟效益顯著

　　萬年青水泥廠立磨風(fēng)機變頻改造后，取得了顯著的節(jié)能效果，改造前風(fēng)機風(fēng)門的開度經(jīng)常在70%左右，電機全速運行，改造后，風(fēng)機變速運行，因現(xiàn)場工況變化不是很大，變頻調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)常運行在43赫茲左右，與調(diào)節(jié)檔板時的消耗功率大大減小，節(jié)電效果與經(jīng)濟效益顯著。變頻改造前后，電機的運行數(shù)據(jù)如下表所示

　　上述表格中，改造前電機平均功率計算方法為：109×1.732×10×0.85=1604kW

　　改造后電機平均功率計算方法為：78×1.732×10×0.96=1296kW

　　注：變頻運行時，變頻輸入的功率因數(shù)為0.96;電機工頻運行時，功率因數(shù)為電機功率因數(shù)0.85。

　　根據(jù)以上實際數(shù)據(jù)，可以得出，改造后風(fēng)機的節(jié)電率為：(1604-1296)/1604=19%

　　該設(shè)備每年檢修一次，檢修時間為30天，其余時間均運行，我們按一年運行300天計算，實際電費按一度電0.45元，則一年節(jié)省電費為：(1604-1296)×300×24×0.4=99.7萬元。

　　2.改善工藝。

　　現(xiàn)將改造前及改造后現(xiàn)場工況列表如下：

　　原料磨排風(fēng)機變頻改造后，取得的間接效果也是十分明顯的，因為變頻調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)常運行在43赫茲左右，電機及風(fēng)機旋轉(zhuǎn)速度降低，電機及風(fēng)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(cè)通過監(jiān)控界面很方便的調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)及時，調(diào)節(jié)精度高。

　　改造前用戶曾經(jīng)擔(dān)心電機降速后，自身冷卻風(fēng)機轉(zhuǎn)速下降，電機散熱效果不好，電機可能會有過熱的問題，實際該問題并沒有出現(xiàn)。因為電機降速后，雖然自身冷卻效果下降，但是電機降速后輸出功率大大降低(電機輸出功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比)，事實表明，改造后，電機的溫升不但沒有升高，反而有所下降。

五、結(jié)論

　　玉山萬年青水泥廠原料磨排風(fēng)機的變頻改造，達到了節(jié)電和改善工藝的效果，取得了圓滿成功。

　　CL2700-10-2250-AQY高壓變頻器，不但操作方便、容易、維護量小，而且有明顯的節(jié)能效果。通過CL2700高壓變頻器在萬年青水泥的應(yīng)用，增強了運行的安全可靠性，提高了生料磨的產(chǎn)量，又達到較好的節(jié)能效果。因此在水泥廠生料磨系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)機采用高壓變頻技術(shù)是大力倡導(dǎo)和推廣的。