高压变频器在水泥粉磨站收尘风机上的应用

高压变频器在水泥粉磨站收尘风机上的应用一、引言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，而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，水泥厂的设计人员决定对收尘风机采用变频调速改造，风量的调整决定通过变频器来改变收尘风机的转速来实现。用户通过大量考察论证，最后选用湖南中科电气有限公司的一台高压变频器（型号为CSHF-550/06-A）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）3.水泥生产工艺图三、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：四、节能效果分析1、变频器参数2、电机参数3、节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，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。