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首頁(yè)-技術(shù)文章-變頻器在水泥行業(yè)的應(yīng)用

變頻器在水泥行業(yè)的應(yīng)用

更新時(shí)間:2024-01-16      點(diǎn)擊次數(shù):414

房地產(chǎn)和重大工程建設(shè)項(xiàng)目的持續(xù)升溫,建材行業(yè)也得到的發(fā)展。建材行業(yè)作為典型的高能耗產(chǎn)業(yè),與我國(guó)能源短缺,價(jià)格高漲形成尖銳的矛盾。降低水泥,玻璃,電解鋁等產(chǎn)業(yè)的耗電量,除了提高管理水平外,必須從技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步中來(lái)尋找突破口。變頻器作為節(jié)能降耗的一個(gè)主要產(chǎn)業(yè),技術(shù)成熟,產(chǎn)品穩(wěn)定,價(jià)格日益降低,客戶使用維護(hù)水平提升,都為變頻器在建材行業(yè)的大量使用提供了條件。目前除了大批量改造項(xiàng)目以外,新建的建材項(xiàng)目在配置時(shí)都已經(jīng)將電機(jī)的變頻調(diào)速作為節(jié)能降耗的首要考慮。麥格米特變頻器在上述產(chǎn)業(yè)中都有大量成功應(yīng)用,為我國(guó)的節(jié)能降耗作出了應(yīng)用的貢獻(xiàn)。

一、變頻器調(diào)速的節(jié)能原理

世界用電量約有60%是通過電動(dòng)機(jī)消耗掉的。

生產(chǎn)機(jī)械中電動(dòng)機(jī)的負(fù)載千差萬(wàn)別,依照通用分類法則,可將負(fù)載分為平方負(fù)載,恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,恒功率負(fù)載等。這三種負(fù)載與能耗關(guān)系如下圖(P代表功率,M代表轉(zhuǎn)矩,n代表轉(zhuǎn)速):

    

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從節(jié)能角度考慮,我們主要分析平方類負(fù)載,而這類負(fù)載在建材行業(yè)約要消耗70%以上的能量。那么這類負(fù)載為什么會(huì)存在節(jié)能控制?

1、設(shè)計(jì)裕量的考慮。建材項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)要考慮項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng),前后期工藝差異大,必須留有足夠的裕量。如鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)定風(fēng)量要達(dá)到5-10%的裕量,因此在選型設(shè)計(jì)時(shí)是以最大風(fēng)量和風(fēng)壓裕量來(lái)作為依據(jù)的,而風(fēng)機(jī)系列是有限的,在選不到合適的型號(hào)時(shí)只能往上靠,這有電機(jī)選型功率比實(shí)際需要的功率大20-30%就比較常見。

2、在實(shí)際生產(chǎn)操作時(shí),對(duì)于靠閥門擋板等進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)的風(fēng)機(jī)負(fù)載,它們?cè)黾恿讼到y(tǒng)管路的阻尼系數(shù),造成電能的浪費(fèi)。而選擇變頻器,則可以根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要進(jìn)行精確的流量調(diào)節(jié)。

二、變頻調(diào)速的理論節(jié)能分析

各種風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載,因P ∝n3,理論上功耗與轉(zhuǎn)速是三次方關(guān)系,故應(yīng)用變頻器后,節(jié)電顯著,下表是為風(fēng)機(jī),泵類負(fù)載應(yīng)用變頻器后,在不同流量Q*,轉(zhuǎn)速n*,軸功率P*(額定值的相對(duì)值百分?jǐn)?shù))以某頻率值時(shí)的節(jié)電率。

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可以看到,當(dāng)流量降低時(shí),降低電機(jī)轉(zhuǎn)速,可以達(dá)到很高的節(jié)電率 。

三、水泥廠變頻器應(yīng)用

1、變頻器在立窯羅茨風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

我國(guó)的大多數(shù)2KT/D以下水泥廠在立窯上配備有160~220KW羅茨風(fēng)機(jī)(產(chǎn)量較大的生產(chǎn)線立窯上配套使用的風(fēng)機(jī)功率更大),傳統(tǒng)的風(fēng)量控制方法是依靠放風(fēng)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于羅茨風(fēng)機(jī)的風(fēng)量較為恒定,而煅燒時(shí)根據(jù)窯內(nèi)情況需要隨時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)量,當(dāng)窯內(nèi)需要減少風(fēng)量時(shí),是通過放風(fēng)閥放走多余的風(fēng)量,造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。

水泥立窯煅燒熟料所耗的電能中,羅茨鼓風(fēng)機(jī)的電能消耗占60%左右,隨著電價(jià)的調(diào)整(整體上是上升趨勢(shì)),電費(fèi)在水泥生產(chǎn)中所占生產(chǎn)成本的比重將越來(lái)越高。因此降低鼓風(fēng)機(jī)的能源消耗成為提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要環(huán)節(jié)。

水泥生產(chǎn)工藝要求風(fēng)量隨窯內(nèi)條件進(jìn)行調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)量,對(duì)羅茨風(fēng)機(jī)可由變頻器改變風(fēng)機(jī)的供電電源頻率來(lái)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量,給變頻器的應(yīng)用與節(jié)能留下較大的空間。實(shí)踐中也證明確實(shí)如此:某2KT/D水泥廠132KW羅茨風(fēng)機(jī)上安裝麥格米特MV300變頻器后,節(jié)電率高達(dá)60%,噸熟料電耗由安裝變頻器前的15度下降為安裝后6度;某1KT/D水泥廠在水泥熟料旋窯生產(chǎn)線流態(tài)化系統(tǒng)55KW羅茨風(fēng)機(jī)上安裝變頻器后,節(jié)電率高達(dá)70%,日耗電量由原來(lái)的600度下降到安裝以后的180度,日節(jié)電420度。

紅星水泥廠在風(fēng)機(jī)應(yīng)用變頻器前后的電耗的對(duì)比表:

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2、離心風(fēng)機(jī),水泵類設(shè)備上的應(yīng)用

除羅茨風(fēng)機(jī)外,水泥廠還存在大量的用離心式風(fēng)機(jī)進(jìn)行供風(fēng)的地方,該種水泥窯的風(fēng)量調(diào)節(jié)是通過風(fēng)門開度對(duì)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)離心式風(fēng)機(jī),水泵的變頻改造同樣有巨大的節(jié)能潛力。離心式風(fēng)機(jī)泵類設(shè)備流量與轉(zhuǎn)速成正比。因此在調(diào)節(jié)風(fēng)量或流量時(shí),如降低20%流量或風(fēng)量,功耗將下降近50%,但是轉(zhuǎn)速與壓力成平方關(guān)系,當(dāng)轉(zhuǎn)速下降20%時(shí)壓力將下降36%,這是與羅茨風(fēng)機(jī)不一樣的地方,改造時(shí)需要考慮。

供水泵使用變頻器后,是通過安裝在管網(wǎng)出口處的壓力傳感器與變頻器內(nèi)部設(shè)置的壓力構(gòu)成閉環(huán)自動(dòng)控制回路,使整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)控制流量保持壓力恒定,使供水泵在最佳節(jié)能狀態(tài)下運(yùn)行,這與傳統(tǒng)帶有儲(chǔ)水池的供水設(shè)備相比較,節(jié)省建筑面積,節(jié)電效果理想,同時(shí)還有節(jié)水降噪,提高可靠性,無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。

3、 空壓機(jī)上的節(jié)能應(yīng)用

空氣壓縮機(jī)恒壓供氣使用變頻器與壓力構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng),使壓力波動(dòng)降到1%以下,此外還具有降低噪音,減少震動(dòng),保證設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行,從而減少設(shè)備維護(hù),延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。變頻調(diào)速改造以前壓力波動(dòng)比較大,并且要求空壓機(jī)不能帶壓?jiǎn)?dòng)?,F(xiàn)在變頻器可以在任何壓力下隨意啟動(dòng),啟動(dòng)電流大大降低。通過變頻器的實(shí)際應(yīng)用,多數(shù)壓縮機(jī)的節(jié)電率在25%以上。但是壓縮機(jī)的電機(jī)功率都較大,從幾十個(gè)千瓦到幾百個(gè)千瓦,變頻器的應(yīng)用使控制的品質(zhì)大幅提高,同時(shí)經(jīng)濟(jì)效益也十分明顯。

4、 卸料機(jī)/選粉機(jī)上的應(yīng)用

立窯卸料機(jī)上一般采用18.5—30KW滑差調(diào)速電機(jī),轉(zhuǎn)速通??刂圃?00-1000RPM(工藝上要求)。滑差電機(jī)的特性就是轉(zhuǎn)速越低,效率越低,且特性很軟。采用變頻器調(diào)速取代原來(lái)的滑差調(diào)速,經(jīng)過幾家的應(yīng)用結(jié)果證明平均節(jié)能在40%左右?;铍姍C(jī)原理如下:

由此可見滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速越低,能源效率越低,而卸料機(jī)的轉(zhuǎn)速一般在400RPM左右運(yùn)行,因此應(yīng)用變頻器調(diào)速的方法取得40%以上的節(jié)能效果是必然的。

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選粉機(jī)設(shè)備原來(lái)使用75KW滑差電機(jī)拖動(dòng),設(shè)備簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉。但是電機(jī)本體噪音高,震動(dòng)大,能耗高,無(wú)功損耗大軸承的故障也高,滑差控制儀安裝在粉塵飛揚(yáng)的電機(jī)旁邊,多次出現(xiàn)無(wú)法調(diào)速,突然失速等故障,現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)量大,影響整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制電機(jī)運(yùn)行在594RPM,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的電氣參數(shù)輸入電壓385V,輸入電流72A,功率因數(shù)0.82,輸入功率為40KW,經(jīng)進(jìn)行變頻調(diào)速改造后(配MV300G-4T75變頻器),現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量參數(shù)為輸入電壓387V,輸入電流18A。功率因數(shù)為0.92,輸入功率為11KW(變頻器標(biāo)配直流電抗器)。因此滑差電機(jī)調(diào)速更改為變頻調(diào)速后,設(shè)備節(jié)能效果明顯,大大降低維護(hù)量。

5、在預(yù)加水成球系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前,預(yù)加水成球工藝技術(shù)在立窯中已經(jīng)非常普遍。該工藝在提高成球質(zhì)量,改善煅燒操作條件,提高立窯熟料產(chǎn)量和質(zhì)量取得比較明顯的效果。利用變頻器自身良好的系統(tǒng)集成性,通過現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS-DP與上位機(jī)進(jìn)行總線通信,利用集中控制實(shí)現(xiàn)雙回路調(diào)節(jié),能夠?qū)崿F(xiàn)水料比例自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)。使預(yù)加水系統(tǒng)真正起到加濕成球作用,提高成球質(zhì)量,為立窯生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的熟料創(chuàng)造了條件。

四、水泥行業(yè)變頻器潛在市場(chǎng)分析

變頻器在水泥廠的應(yīng)用不僅僅在以上幾個(gè)方面,在回轉(zhuǎn)窯、球磨機(jī)、卸料機(jī)、圓盤給料機(jī)、雙管絞刀、群板喂料機(jī)調(diào)速皮帶稱、喂料絞刀、蓖冷機(jī)等需要進(jìn)行交流調(diào)速部分。隨著國(guó)家在環(huán)保方面制度不斷出臺(tái),對(duì)環(huán)保的要求也會(huì)越來(lái)越高。旋風(fēng)除塵,布袋式除塵器等產(chǎn)品應(yīng)用節(jié)能改造項(xiàng)目將更加明顯。

五、總結(jié)分析 

從以上理論結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用情況可以看出,水泥廠使用變頻器有以下突出的優(yōu)點(diǎn):

1、滿足工藝要求,MV300G矢量控制變頻器調(diào)速范圍達(dá)到1001,而水泥工藝過程中調(diào)速范圍在10:1范圍內(nèi)即可滿足工藝要求。

2、變頻器的使用便于進(jìn)行集中控制,提高工廠的自動(dòng)化水平。麥格米特MV300G不僅標(biāo)配RS485通訊接口,支持MODBUS協(xié)議,而且支持PROFIBUS-DP,CANOPEN等現(xiàn)場(chǎng)總線,通過內(nèi)置的專用通信卡,和DCS系統(tǒng)或PLC系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫集成,使設(shè)備的集中監(jiān)控成為可能,大大降低人員維護(hù)費(fèi)用提高設(shè)備可靠性。

3、變頻器產(chǎn)品平滑的調(diào)速特性,精確的速度控制大大提高產(chǎn)品質(zhì)量。麥格米特變頻器自身在適應(yīng)惡劣的電網(wǎng)環(huán)境,現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等方面都進(jìn)行了針對(duì)的處理,如專門的防電網(wǎng)沖擊電路,瞬停不停功能,以及電路/散熱的分離設(shè)計(jì),三防漆處理都手段,既提高了變頻器可靠性,也保證了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行,同時(shí)變頻器具備的軟啟動(dòng)特性,也減輕了電流沖擊和機(jī)械沖擊的磨損。

4、變頻器可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能,降低成本消耗,獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。


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