一、引言
濟(jì)南山水集團(tuán)平陰粉磨站具有一套年產(chǎn)100萬(wàn)噸水泥生產(chǎn)線，工程設(shè)計(jì)初期收塵器的收塵風(fēng)機(jī)是定速運(yùn)行，其風(fēng)量調(diào)節(jié)依靠檔板開(kāi)度來(lái)控制?？紤]產(chǎn)量變化及生產(chǎn)品種的變化（水泥成品的顆粒細(xì)度不同），需要不同的風(fēng)量來(lái)滿足工藝要求。若用檔板調(diào)節(jié)，不但控制精度較差，并且依靠檔板截流來(lái)減少風(fēng)量，電機(jī)的出力變化較小，造成大量電能被白白浪費(fèi)。為了改善工藝、降低能耗，山水水泥的設(shè)計(jì)人員決定對(duì)收塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速改造，生產(chǎn)中風(fēng)量的調(diào)整通過(guò)變頻器來(lái)改變收塵風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)。
用戶通過(guò)大量考察論證，最后選用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司的一臺(tái)HARSVERT-A06/055高壓變頻器驅(qū)動(dòng)收塵風(fēng)機(jī)。
二、現(xiàn)場(chǎng)工藝簡(jiǎn)介
1.水泥生產(chǎn)工藝
水泥的生產(chǎn)步驟，可分為以下八個(gè)步驟：
原料的提?。ú傻V）——原料的破碎——原料的儲(chǔ)存和預(yù)均化——原料的粉磨（球磨機(jī)）——生料的均化和儲(chǔ)存——煅燒（生料通過(guò)旋風(fēng)筒預(yù)熱后再進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯烘烤物料，煅燒成熟料）——水泥的粉磨（根據(jù)水泥的品質(zhì)，混合其他的化學(xué)原料粉磨）——水泥 的儲(chǔ)存與運(yùn)輸
其中物料的粉磨工藝流程是：
電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速機(jī)帶動(dòng)磨盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，物料從下料口落到磨盤(pán)中央，在離心力的作用下向磨盤(pán)邊緣移動(dòng)并受到磨輥的碾壓，粉碎后的物料離開(kāi)磨盤(pán)，被高速向上的氣流帶至與立磨一體的分離器，粗粉經(jīng)分離器后返回到磨盤(pán)上，重新粉磨；細(xì)粉則隨氣流出磨，在系統(tǒng)的收塵裝置中收集下來(lái)。
收塵風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（收塵器所需風(fēng)量）主要由管磨機(jī)內(nèi)工藝情況（產(chǎn)量及粉的細(xì)度）決定。
2.水泥粉磨系統(tǒng)主要設(shè)備：

3.水泥生產(chǎn)工藝圖


三、收塵風(fēng)機(jī)系統(tǒng)控制方案
1.主回路方案


工作原理：變頻器為一拖一配置，即一臺(tái)變頻器拖動(dòng)一臺(tái)電機(jī)。變頻器高壓進(jìn)線端直接接于6kV電壓等級(jí)的主動(dòng)力電源，輸出側(cè)直接連接電機(jī)。QF1為用戶現(xiàn)場(chǎng)高壓斷路器，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器故障保護(hù)，變頻器與QF1的合、分閘回路實(shí)現(xiàn)連鎖，只有變頻器控制系統(tǒng)正常才允許QF1合閘，而變頻器重故障則跳開(kāi)QF1。
2.控制回路方案
按照用戶要求,變頻器可以根據(jù)用戶反饋的風(fēng)壓信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓,也可以與用戶的風(fēng)門(mén)進(jìn)行開(kāi)、合聯(lián)動(dòng)。
變頻器控制柜有“本機(jī)控制/遠(yuǎn)程控制”選擇開(kāi)關(guān)，可以方便地選擇本地操作或遠(yuǎn)程操作，變頻器支持MODBUS、PROFIBUS、TCP/IP等協(xié)議及硬接線連接來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，本套系統(tǒng)與用戶中控室DCS采用硬接線連接。即DCS給變頻器發(fā)啟動(dòng)、停止指令及一路頻率給定信號(hào)，變頻器反饋給DCS“備妥”、“運(yùn)行”、“報(bào)警”、“故障”四路開(kāi)關(guān)量信號(hào)及“電機(jī)轉(zhuǎn)速”、“電機(jī)電流”兩路模擬量信號(hào)。
變頻器概略圖如下：


3.變頻器技術(shù)參數(shù)


四、節(jié)能效果分析
1.變頻器參數(shù)


2.電機(jī)參數(shù)


3.節(jié)能計(jì)算
通過(guò)流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。
根據(jù)風(fēng)機(jī)工作特性：原來(lái)系統(tǒng)采用檔板調(diào)節(jié)時(shí)，風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)將由A沿曲線向B點(diǎn)移動(dòng)；目前系統(tǒng)采用電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n0 調(diào)整為n’時(shí)，風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)將由B點(diǎn)降至C點(diǎn)。因此采用高壓變頻器調(diào)速，其節(jié)電量如下圖所示。


根據(jù)工藝要求，收塵風(fēng)機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速降為額定轉(zhuǎn)速的80％時(shí)，調(diào)速系統(tǒng)（變頻器＋電機(jī)）從電網(wǎng)側(cè)吸收功率約降為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的51％，即0.83×100%=51%。因此若工藝要求收塵系統(tǒng)風(fēng)量下降即收塵風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，節(jié)能效果將十分明顯。
現(xiàn)在，平陰粉磨站的生產(chǎn)任務(wù)繁重，生產(chǎn)線基本在滿負(fù)荷甚至超負(fù)荷運(yùn)行，水泥生產(chǎn)量基本在120－130t/h，在最大負(fù)荷下，變頻器運(yùn)行頻率約為37.5Hz，輸入電流（從變頻器網(wǎng)側(cè)吸收）約為28A。對(duì)比相同工況下的另外一條生產(chǎn)線，在產(chǎn)量基本相同情況下，沒(méi)有變頻改造的收塵風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流約為44A，從比較情況來(lái)看，經(jīng)變頻改造的收塵風(fēng)機(jī)節(jié)能效果非常明顯。
五、變頻改造對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的其他效果
通過(guò)對(duì)濟(jì)南山水集團(tuán)平陰粉磨站的變頻節(jié)能分析測(cè)算表明，設(shè)備進(jìn)行變頻改造后，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，并且在其它方面也產(chǎn)生了一些顯著的影響：
（1）采用變頻調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，電機(jī)啟動(dòng)電流只是額定電流，啟動(dòng)時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)，對(duì)電網(wǎng)和變壓器無(wú)大的沖擊，減輕了起動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)機(jī)械損傷，有效的延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命；
（2）變頻改造前，風(fēng)量的調(diào)節(jié)要靠調(diào)整檔板的開(kāi)度來(lái)完成，一次風(fēng)量的改變通常要反復(fù)調(diào)節(jié)多次才能完成。變頻改造后，電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變只要在DCS設(shè)定即可，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，風(fēng)量調(diào)節(jié)更平穩(wěn)、精確；
（3）收塵風(fēng)機(jī)改變頻后，由于變頻器采用單元串聯(lián)移相技術(shù)，因此在理論上可以消除41次以下諧波。由于實(shí)際制造工藝的限制，網(wǎng)側(cè)電壓諧波總含量可以控制在2％以內(nèi)，電流諧波總含量小于4％；
（4）變頻輸出采用PWM技術(shù)控制，輸出電壓波形基本接近正弦波，諧波總含量小于1％，上述指標(biāo)均滿足IEEE-519國(guó)際電能質(zhì)量諧波標(biāo)準(zhǔn)要求；
（5）該變頻器為電壓源型結(jié)構(gòu)，功率因數(shù)可高達(dá)0.95；
（6）廠房設(shè)備噪聲污染大大降低。
六、小結(jié)
濟(jì)南山水集團(tuán)平陰粉磨站100t/h生產(chǎn)線自2005年5月份改造投產(chǎn)以來(lái)，收塵風(fēng)機(jī)變頻器一直運(yùn)行十分穩(wěn)定，不但節(jié)約了大量的電能，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且降低了運(yùn)行、檢修人員的工作強(qiáng)度，因此在山水集團(tuán)新建的粉磨站如昌樂(lè)、濱州等地的粉磨站收塵風(fēng)機(jī)先后都采用了我公司制造的變頻器。隨著國(guó)家相關(guān)政策的具體落實(shí)，相信在今后的應(yīng)用中，高壓變頻器將越來(lái)越多的在水泥行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。