佛朗克變頻器在水泥行業的應用
2011/5/13 9:01:00
1 、引言
(1) 水泥工藝概述
水泥是建筑中三大才之首的建筑材料，是建筑中三大膠凝劑(石灰、石膏、水泥)之一，和石油、鋼鐵并稱為國民經濟三大基礎命脈。
水泥工藝過程，通常簡要地概括為“兩磨一燒”，即首先將原料粉磨成生料，然后經過煅燒形成熟料，再將熟料粉磨成水泥。除了水泥生產中主要單元操作外，水泥生產中還包括其他重要生產環節:如破碎、烘干、配料、均化、儲存、計量、輸送、收塵等。
(2) 水泥廠的變頻節能
水泥廠亦是個耗電大戶，近幾年來應用變頻器的項目逐日擴大。主要是立窯的羅茨鼓風機、園盤給料機，予加水成球，螺旋輸送機、粉碎機、破碎機、皮帶輸送機，以及排風扇等。應用后不但節省了電費支出，并提高了產品質量，亦增加了使用上的靈活性，對不同工藝性要求適應性更強。變頻調速技術在我國水泥行業的應用日趨廣泛。在生產工藝需要調速的許多環節，如回轉窯、單冷機、喂料機、配料系統、風機、水泵等，以交流變頻調速取代調壓調速、滑差調速以及直流調速已成為一種必然趨勢。
(3) 水泥廠的變頻器安裝和使用
水泥廠因生產線粉塵較大，調速機械大多安裝在室外或庫下，環境較其它行業相比較為惡劣，而操作人員一般集中在電控室，變頻器作為較精密的儀器設備，生產現場時常無人且環境較差，對設備不利。故在水泥生產線上，變頻器應安裝在電控室內。如要求多臺變頻器安裝在同一電控室的某一個控制屏內，則必須采用抗干擾的措施以保證系統正常工作。
變頻器控制線必須采用屏蔽電纜，并且在布線范圍內必須與動力線相距>0.1m，相交時必須轉90°，千萬不要將控制線與動力線放在同一電纜托架(或線框)內，以避免變頻器控制信號受到干擾。變頻器負載輸出線也要采取屏蔽措施，選用鎧裝電纜，以避免變頻器對附近儀表產生干擾。部分變頻器頂部有散熱孔，灰塵和金屬物易于由此進入裝置內部，應采取防護措施，防止內部短路。在變頻器接線時要特別注意電源的輸入線和輸出線絕不能接錯，將電源輸入線接上變頻器輸出位置，會立刻損壞設備。
通常變頻器連接到電機的電纜長度要求不能超過50m，使用屏蔽電纜不能超過25m。這就必須要考慮變頻器到受控電機之間的距離問題，在水泥廠中一般會碰到超過規定距離的情況。通常解決的方法有兩個，其一是在超過規定距離的線路上串入電流值適合的出線電抗器;其二是加大變頻器功率一個等級，這種方式特別適合于多臺集中群控、安裝位置狹小擁擠、要求規范(如微機配料系統)等場合。
2、 機立窯供風系統變頻調速裝置
在風機上的應用濕法水泥回轉窯大都采用離心通風機調節窯內風量，由于生產過程中工礦的不斷變化及其他多種因素的影響，設計選型時，離心通風機通常預留較大富裕量; 所以在實際的使用過程中，為滿足大窯的工礦要求，在進風管道中設置電動閥門、擋風板等裝置，通過閥門開度來調節風量，這種通過增加系統阻力來改變風量的辦法，造成大量的電能消耗。而采用調速方式調節風量節電效果就十分理想。風機調速節電原理:對風機進行調速控制屬于減少空氣動力節電方法，是一種比較理想的節電方式。它和調節風門控制風量方法向比較，有明顯的節電效果。
因此不少立窯爐水泥廠都已選用變頻器對立窯尤其是羅茨鼓風機進行技術改造后，都收到了十分顯著的經濟效果，節電率可達30％~50％，改變了過去以調節出口(進口)閥門開度方式來調節風壓或風量的生產方式，勞動強度減輕，調節的及時性好，提高了產品的合格率，單耗明顯下降，這是個成功的應用范例，值得向大家推薦的。
羅茨鼓風機個恒轉矩負載，其節電率與轉速降成正比，雖然不同于一般風機、水泵節電率更高，但因它的功率較大，而且只要爐墻不壞，是連續24小時工作的，并開動時間亦很長。因此節電潛力大，節電費用高，值得向大家推廣使用變頻器，這一先進的技術成果，投資回收期亦短約在一年內。
國內中小城市及縣級水泥廠數以千計，大都是立窯生產水泥的，故大有市場潛在力，若再配上水泥微機配料自動裝置后，更是錦上添花的大好事。
3、 回轉窯變頻調速系統
3.1 回轉窯傳動現狀
在水泥廠回轉窯拖動上的應用近十幾年來，回轉窯主拖動一直使用直流調速。但這種調速電路復雜，維修難度大，操作繁瑣，導致轉速不平穩，增加了操作人員的看火難度;直流電動機在溫度高、粉塵大的惡劣環境中工作，其炭刷、整流子損壞嚴重，維修費用高。
回轉窯負載的特點分析:啟動時回轉窯內的物料處于正下方，在窯起動并不斷加速的過程中，整個窯體及窯內的物料克服自身慣性而升速，當物料偏移正下方最大角度時，此時所需轉矩最大，這是個加速過程，一個克服設備巨大慣性的過程。一旦驅動電流克服了這種大慣性負載而起動起來，維持正常運轉所需的驅動能量及轉矩就很小了。根據回轉窯的這種負載特點，選擇變頻器及電動機的功率就比較復雜，功率選擇過大，起動沒問題，但正常運轉時出現大馬拉小車現象，能耗大，一次性投資加大;功率選擇小些適合于正常運行，效率高投資小，但不能正常起動。
當然，所謂窯的基本特性為恒轉矩，是指它在正常運轉條件下的特性，但在啟動過渡過程中卻遠非如此。窯啟動轉矩與上次停窯時的工況、窯內物料理化狀況、停窯時間以及此間的窯彎曲變形、各軸承油膜傷失程度、物料溫度降低等因素相關，難以確切量化。但從窯啟動的角度來說，克服堵轉轉矩和越過窯內物料滾落點轉矩為其關鍵所在。
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