一、項目概況

峨勝水泥始建于1985年，1998年改制成有限責任公司（四川峨眉山水泥有限公司），2007年9月變更為股份有限公司（四川峨勝水泥股份有限公司）?，F(xiàn)擁有資產(chǎn)40億元，員工2800余人。新型干法水泥生產(chǎn)線7條，水泥總產(chǎn)達1120萬噸，已用我公司多臺變頻器。2010年再上節(jié)能新項目，即九里制造二廠一車間生料磨循環(huán)風機、窯頭和窯尾排風機、煤磨排風機等4臺高壓高耗能設(shè)備的變頻改造工程。這是在九里制造一廠3條5000t/d生產(chǎn)線完成高壓變頻改造后的進一步推廣應用。

項目實施由該廠技術(shù)中心統(tǒng)籌，設(shè)備管理部和九里制造二廠實施，在提前做好電氣室施工、電纜放線等前期工作后，10月23日變頻器抵廠即迅速組織柜體安裝、接線，僅4天就順利完成了生料磨循環(huán)風機、窯頭和窯尾排風機、煤磨排風機4臺變頻器的安裝和調(diào)試等全部工作，并于10月26日全部正式投運。據(jù)初步監(jiān)測，該線噸熟料電耗下降了3.5千瓦時、成本降低2.2元，年可節(jié)省電費達300多萬元。

二、生料磨循環(huán)風機、窯頭和窯尾排風機、煤磨排風機改變頻拖動的必要性

該生產(chǎn)線四臺風機由蘭州電機有限責任公司生產(chǎn)的轉(zhuǎn)子繞線異步電動機拖動，原運行方式為電機全速運行帶動液力耦合器，通過調(diào)整液力耦合器和擋風板的開度來調(diào)節(jié)風量的大小。由于電網(wǎng)容量有限，電機不允許直接工頻帶載啟動，只能先帶動液力耦合器，再慢慢加大液力耦合器開度來啟動風機，再通過調(diào)節(jié)風門開度調(diào)整風量大小。這樣的運行方式存在如下弊端：

1.調(diào)速范圍有限，無法軟啟

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，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，維護復雜、費用大，不能滿足提高裝置整體自動化水平的需要。

2．風門調(diào)節(jié)反應滯后，調(diào)節(jié)速度慢，調(diào)節(jié)精度不高

依靠風門調(diào)節(jié)執(zhí)行器來調(diào)節(jié)風門開度，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)場的風量控制不是很到位，并且，隨使用年限增加，擋板開度指示出現(xiàn)偏差，造成調(diào)節(jié)的誤差增加而滿足不了現(xiàn)場工藝的要求。

3．風門調(diào)節(jié)浪費電能，不科學，不經(jīng)濟

水泥廠初期投建時，出于后續(xù)可能擴建及運行安全和日久磨損的角度考慮，電機及風機的余量選用較大，電機額定電流為90A，而電機實際運行電流平均僅為75A左右，采用風門調(diào)節(jié)，人為改變了風道的阻力曲線，大量的能源白白浪費在了風門上。

4．電機全速運行受到考驗，維護周期短

因電機全速運行，電機軸承和風機等機械部分磨損較快，且軸承溫升較高，轉(zhuǎn)子滑環(huán)上的碳刷磨損相當嚴重，更換周期短。

三、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。高壓變頻調(diào)速較其他調(diào)速方式有以下無法比擬的優(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。

四、改造項目具體實施方案和過程

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、QS2和QS3組成（如圖，其中QF為原高壓開關(guān)柜內(nèi)的斷路器）。要求QS2和QS3不能同時閉合，在機械上實現(xiàn)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(yōu)點: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(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。

由于立磨循環(huán)風機電機功率較大（4000KW），不能直接工頻啟動電機，故該臺電機原來先用水阻裝置啟動電機，啟動結(jié)束后再自動短接轉(zhuǎn)子滑環(huán)，電機全速運行后再調(diào)節(jié)液力耦合器調(diào)節(jié)風機風量。其他三臺風機功率較小，先直接工頻啟動電機，然后再調(diào)節(jié)液力耦合器調(diào)整風機風量。由于用戶考慮到如變頻器損壞要工頻啟機問題，現(xiàn)場保留了原有的液力耦合器和水電阻裝置，高壓變頻器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)信號送至DCS，DCS給星接柜，發(fā)合閘命令，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送至DCS，DCS分斷星接柜，恢復高壓電機的串水電阻啟動功能?，F(xiàn)場設(shè)備銘牌參數(shù)如下：

五、改造效果

1.節(jié)能效果相當明顯，經(jīng)濟效益顯著

峨勝水泥該5000t/d生產(chǎn)線變頻改造后，取得了顯著的節(jié)能效果，改造前風機風門的開啟經(jīng)常在70%左右，電機全速運行；變頻改造后，風機變速運行，風門全開。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42Hz左右，與調(diào)節(jié)檔板時的消耗功率大大減少，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：

38×1.732×6×0.8=526KW

75×1.732×6×0.8=1039KW

88×1.732×6×0.8=1219KW

280×1.732×6×0.8=3880KW

改造后電機平均功率計算方法為：

26×1.732×6×0.95=428KW

46×1.732×6×0.95=757KW

56×1.732×6×0.95=921KW

216×1.732×6×0.95=3554KW

注：變頻運行時，變頻輸入功率因數(shù)為0.95；工頻運行時，功率因數(shù)為電機功率因數(shù)0.80。

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，實際電費按一度電0.5元計算

1、（526-428）×300×24×0.5=35.3萬元

2、（1039-757）×300×24×0.5=101.5萬元

3、（1219-921）×300×24×0.5=107.3萬元

4、（3880-3554）×300×24×0.5=117.4萬元

則一年節(jié)省電費為：35.3+101.5+107.3+117.4=361.5萬元

2．改善工藝

現(xiàn)將改造前及改造后現(xiàn)場工況列表如下：

參考上述表格，可以看出：

該水泥生產(chǎn)線風機變頻改造后，取得的間接效果也是十分明顯的，變頻器低頻運行時，電機及風機旋轉(zhuǎn)速度降低，電機及風機的軸溫降低，機械噪音降低，整體維護周期延長；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，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。

六、結(jié)論

目前很多水泥廠的風機大馬拉小車現(xiàn)象嚴重。風機的風量調(diào)節(jié)方式基本通過擋板進行調(diào)節(jié)，耗能大，經(jīng)濟效益差，設(shè)備損壞嚴重，急需采用先進的高壓變頻調(diào)速進行技術(shù)改造，以降低水泥廠的電耗，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。實踐證明，水泥行業(yè)風機采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，是必要、可行的，且經(jīng)濟效益顯著。

HARSVERT系列高壓變頻器可靠性高，輸入、輸出波形質(zhì)量好，采用矢量控制技術(shù)，適合于水泥廠風機的變頻改造，成功解決了水泥生產(chǎn)中的塌料引起的負載波動問題，大大提高設(shè)備運行的可靠性，節(jié)約大量能源，為水泥廠帶來較大的經(jīng)濟效益和社會效益，具有很高的推廣價值。