一、引言
在水泥行業,由于電費的成本已成為原材料成本,人工成本之后的第三大開支;在用電緊張的今天,節省電費已成為企業經營者考慮的一件大事;而水泥廠的立窯風機是水泥廠的重要設備之一,也是主要的耗電設備之一。立窯風機的容量是按照機械立窯最大的設計產量來選型的,且留有一定的余量。在使用中,立窯風機長期固定在最大的轉速下運行。由于季節、晝夜和生產工況的變化,機立窯的實際風量需求在絕大部分時間內遠比設計負載低;在轉速固定的情況下,當立窯風機的風量過剩時,只能通過旁通風管排放掉(或控制風門的進風量),這樣就造成立窯風機功耗的嚴重浪費,故對立窯風機進行變頻節能改造具有一定的現實意義。
二、變頻節電原理
對于風機來說,風量Q與轉速n成正比,風壓F與轉速n的二次方成正比,而軸功率P 與轉速n的三次方成正比(見表1),從表中我們可以看出上述幾個量的變化關系:
轉速N%
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風量Q%
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頻率H%
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風壓F%
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軸功率P%
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100
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100
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50
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100
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100
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90
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90
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45
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81
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72.9
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80
|
80
|
40
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64
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51.2
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70
|
70
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35
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49
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34.3
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60
|
60
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30
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36
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21.6
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50
|
50
|
25
|
25
|
12.5
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顯然,變風量控制系統的節能效果是十分突出的。如圖一示為風機風壓H-風量Q曲線特性圖:
n1-代表風機在額定轉速運行時的特性;
n2-代表風機降速運行在n2轉速時的特性;
R1-代表風機管路阻力最小時的阻力特性;
R2-代表風機管路阻力增大到某一數組時的阻力特性。
風機在管路特性曲線R1工作時,工況點為A,其流量壓力分別為Q1、H1,此時風機所需的功率正比于H1與Q1的乘積,即正比于AH1OQ1的面積。由于工藝要求需減小風量到Q2,實際上通過增加管網管阻,使風機的工作點移到R2上的B點,風壓增大到H2,這時風機所需的功率正比H2Q2的面積,即正比于BH2OQ2的面積。顯然風機所需的功率增大了。這種調節方式控制雖然簡單、但功率消耗大,不利于節能,是以高運行成本換取簡單控制方式。
若采用變頻調速,風機轉速由n1下降到n2,這時工作點由A點移到C點,流量仍是Q2,壓力由H1降到H3,這時變頻調速后風機所需的功率正比于H3與Q2的乘積,即正比于CH3OQ2的面積,由圖可見功率的減少是明顯的。
三、 立窯基本參數和工作原理
1、窯爐的基本參數
1)機械立窯參數
1、規格:(窯徑×高度)2.0×8.5 ,2、 年產量:普通水泥5~7萬噸
3、喂料方法:單嘴布料溜子11KW, 4、溜子回轉速度:6.48轉/分
5、塔篦子形式:整體雙偏心, 6、塔篦子轉速1.2~12.2轉/分,
7、傳動方式:中心傳動,功率15KW , 8、料封形式:垂直管料封,
9、出料粒度:不大于
2)風機參數
風機功率:132KW,額定電壓:380V,額定電流: 2、立窯燒成工作原理
由料斗提升機將配置好的生料加一定比例的水,送至成球機成球,然后由布料器勻均地施入窯爐中,圓球狀的生料顆粒由底部的離心風機送風在窯爐中部充分燃燒,到窯爐底部冷卻后,由塔篦子旋轉,將燒好的熟料下到漏斗中,經適量噴水,經熟料破碎機后進入下道工序。由此可見,機立窯風機的配置的好壞直接影響到水泥的產量,故此,許多水泥廠廠家在風機上做文章,加大電機功率,加大風量與風壓,往往適得其反。
從整個立窯系統裝機的設備功率來看,羅茨風機電機功率為132KW,是整個機立窯系統裝機功率的一半,對煅燒來說是一個用電較大的設備。它的改造成功將對廠家有較深遠的意義。
四、 用戶對變頻節能改造后功能的要求
a) 要求變頻器的跟隨性能好,質量穩定可靠,故障率低。
b) 要求壹臺變頻器可兩地操作(也就是提供兩塊操作面板),一塊用延長線聯結至窯面上,替代原操作系統;該塊操作面板可以任意設定、修改參數,根據生產情況任意調節風量大小,能控制變頻器的啟停。另一塊操作面板必須放在有人值班低壓配電室內,只提供運行參數監視和開啟、關閉變頻器,不能設定參數和修改參數,不能調整風量的大小。
c) 在窯面和低壓配電室兩處都必須安裝應急緊急停車按鈕。
在用風量較小的情況下,必須保證電機的溫升和電機的噪聲不得超過允許的范圍
五、立窯風機變頻調速節能改造方案設計
1)根據現場情況和用戶的要求,我們設計安裝一臺品質優良、性能穩定可靠的平方轉矩(風機水泵型)英威騰變頻器,其型號CHF100 2)在變頻器的硬件上只要通過一條485通訊外接鍵盤,就可制作成兩路面板控制;鍵盤和主板之間可用變頻節能系統特點
1、采用CHF100變頻器,調速范圍寬,變頻器調速范圍能適應各種調速設備的要求,頻率范圍0.00-400.00Hz可調;
2、控制精度高,變頻器的數字設定分辨率為±0.01%,模擬設定分辨率為±0.1%;
3、控制功能強,能滿足各種不同的控制系統,通過端子可與各種頻率設定信號連接,如:0~10V,4~20mA?赏ㄟ^端子控制正反轉等多種操作;
4、通過合理調整轉矩提升,轉矩限定功能,電流限幅功能參數,可滿足大起動轉矩,運行中負載突化也不會引起跳閘等事故;
5、保護功能齊全,變頻器有23種保護功能,對過壓、欠壓、過流、過載、過熱均能通過cpu高速計算并給予保護,且能對發生故障的原因給予紀錄;
6、16段的簡易PLC,多段速成及PID控制,擺頻功能
7、瞬時停電不停機功能,自動電壓調整功能,當電網電變化時,能自動控制保持 輸出電壓恒定。
8、轉速追蹤再起動功能,實現對旋轉中的電機的無沖擊平滑起動
9、提供RS485物進通訊端子轉接口,采用MODBUS協議,支技RTU和ASCII兩種傳輸格式 ,可方便組網,實現上位機監控
10、獨創多種快捷調試模式,方便用戶調試。

六、變頻參數的設定
變頻器安裝完畢后,必須對變頻器的參數進行合理的設定,有些參數和設定,將直接影響變頻器的運行,導致電機不能啟動,造成工程改造的失敗。所以在設定時要耐心細致,使參數設定和電機匹配。下面的參數是根據煅燒工藝和窯爐操作工現場試運行確認的參數。僅供大家參考。
基本參數
序號
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功能描述
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設定值
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備注
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1
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控制方式
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鍵盤控制
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P0.03=0/1
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2
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上限頻率
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50HZ
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P0.05=50
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3
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加速時間
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110S
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P0.07=110
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4
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減速時間
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110S
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P0.08=110
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5
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轉矩提升
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2%
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P0.10=7
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6
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載波頻率
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8KHZ
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P0.03=8
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7
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停車方式
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自由停車
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P0.03=1
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8
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運行頻率給定
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0/1
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P3.01=0/1
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七、立窯風機變頻改造中注意事項
1) 變頻器的停車方式設定為自由停車。由于風機是大慣量負載,若加減速時間設定過短,在加速時過程中容易會出現過流、過載,在減速時容易出過電壓保護,但設定時間過長,會導致風量調節緩慢,跟隨性能會變差,使系統易處在短期不穩定狀態中,有時滿足不了窯爐生產的要求。因此,在滿足變頻器正常運行(不跳故障)的前題下,盡量把加減速時間設定合理。
八、變頻改造后的節電效果
為了了解應用變頻調速技術后產生的節電效果,我們和廠方一起做了在相同工況條件下的節電效果測試,具體原始數據如下:
時間
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8月31日(24H)
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9月1日(24H)
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9月2日(24H)
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9月3日(24H)
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9月4日(24H)
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9月5日(24H)
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9月6日(24H)
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工頻運行
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2640
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2720
|
2680
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2688
|
2656
|
2704
|
2712
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變頻運行
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2240
|
2280
|
2264
|
2248
|
2224
|
2256
|
2232
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節省用電
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400度
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440度
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416度
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440度
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432度
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448度
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480度
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從上面數所可知立窯風機每天平均節約電費436.5度;按廠家提供的數據,水泥廠立窯風機全年運行 10個月(即300天計算), 電價每KW.h為0.50元,則全年節約電費為:
300天×436.5度×0.50=65,475(元)
此后該項目每年可為廠家節約電費6.5萬元,經濟效益非常顯。
九 、本系統的特點
1)采用節能單機控制,根據生產的實際需要通過調節風機的轉速調節送風量,在滿足使用要求的前提下達到最大限度的節能。
2)實現了風機的高效調速,調速平穩、精度高,調速過程中轉差損耗小,由于降速運行和軟啟動,使電機啟動電流大大減小,起動時定、轉子消耗減少,對延長電機壽命十分有利。
3)CHF轉速追蹤功能,能實現對旋轉中的電機快速啟動。
4)系統具有過載、過流、過壓、短路、欠壓保護措施,使系統的運轉率和安全性、可靠性大大提高,有效地防止了噴窯的發生.