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佛朗克變頻器在水泥行業(yè)的應(yīng)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(jīng)濟(jì)三大基礎(chǔ)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(jīng)過煅燒形成熟料，再將熟料粉磨成水泥。除了水泥生產(chǎn)中主要單元操作外，水泥生產(chǎn)中還包括其他重要生產(chǎn)環(huán)節(jié):如破碎、烘干、配料、均化、儲(chǔ)存、計(jì)量、輸送、收塵等。

(2) 水泥廠的變頻節(jié)能

水泥廠亦是個(gè)耗電大戶，近幾年來應(yīng)用變頻器的項(xiàng)目逐日擴(kuò)大。主要是立窯的羅茨鼓風(fēng)機(jī)、園盤給料機(jī)，予加水成球，螺旋輸送機(jī)、粉碎機(jī)、破碎機(jī)、皮帶輸送機(jī)，以及排風(fēng)扇等。應(yīng)用后不但節(jié)省了電費(fèi)支出，并提高了產(chǎn)品質(zhì)量，亦增加了使用上的靈活性，對不同工藝性要求適應(yīng)性更強(qiáng)。變頻調(diào)速技術(shù)在我國水泥行業(yè)的應(yīng)用日趨廣泛。在生產(chǎn)工藝需要調(diào)速的許多環(huán)節(jié)，如回轉(zhuǎn)窯、單冷機(jī)、喂料機(jī)、配料系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)、水泵等，以交流變頻調(diào)速取代調(diào)壓調(diào)速、滑差調(diào)速以及直流調(diào)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(chǎn)線粉塵較大，調(diào)速機(jī)械大多安裝在室外或庫下，環(huán)境較其它行業(yè)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(shè)備，生產(chǎn)現(xiàn)場時(shí)常無人且環(huán)境較差，對設(shè)備不利。故在水泥生產(chǎn)線上，變頻器應(yīng)安裝在電控室內(nèi)。如要求多臺(tái)變頻器安裝在同一電控室的某一個(gè)控制屏內(nèi)，則必須采用抗干擾的措施以保證系統(tǒng)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(nèi)必須與動(dòng)力線相距>0.1m，相交時(shí)必須轉(zhuǎn)90°，千萬不要將控制線與動(dòng)力線放在同一電纜托架(或線框)內(nèi)，以避免變頻器控制信號(hào)受到干擾。變頻器負(fù)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(chǎn)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(jìn)入裝置內(nèi)部，應(yīng)采取防護(hù)措施，防止內(nèi)部短路。在變頻器接線時(shí)要特別注意電源的輸入線和輸出線絕不能接錯(cuò)，將電源輸入線接上變頻器輸出位置，會(huì)立刻損壞設(shè)備。

通常變頻器連接到電機(jī)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(jī)之間的距離問題，在水泥廠中一般會(huì)碰到超過規(guī)定距離的情況。通常解決的方法有兩個(gè)，其一是在超過規(guī)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(gè)等級，這種方式特別適合于多臺(tái)集中群控、安裝位置狹小擁擠、要求規(guī)范(如微機(jī)配料系統(tǒng))等場合。

2、 機(jī)立窯供風(fēng)系統(tǒng)變頻調(diào)速裝置

在風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用濕法水泥回轉(zhuǎn)窯大都采用離心通風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)窯內(nèi)風(fēng)量，由于生產(chǎn)過程中工礦的不斷變化及其他多種因素的影響，設(shè)計(jì)選型時(shí)，離心通風(fēng)機(jī)通常預(yù)留較大富裕量; 所以在實(shí)際的使用過程中，為滿足大窯的工礦要求，在進(jìn)風(fēng)管道中設(shè)置電動(dòng)閥門、擋風(fēng)板等裝置，通過閥門開度來調(diào)節(jié)風(fēng)量，這種通過增加系統(tǒng)阻力來改變風(fēng)量的辦法，造成大量的電能消耗。而采用調(diào)速方式調(diào)節(jié)風(fēng)量節(jié)電效果就十分理想。風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)電原理:對風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制屬于減少空氣動(dòng)力節(jié)電方法，是一種比較理想的節(jié)電方式。它和調(diào)節(jié)風(fēng)門控制風(fēng)量方法向比較，有明顯的節(jié)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(fēng)機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造后，都收到了十分顯著的經(jīng)濟(jì)效果，節(jié)電率可達(dá)30％~50％，改變了過去以調(diào)節(jié)出口(進(jìn)口)閥門開度方式來調(diào)節(jié)風(fēng)壓或風(fēng)量的生產(chǎn)方式，勞動(dòng)強(qiáng)度減輕，調(diào)節(jié)的及時(shí)性好，提高了產(chǎn)品的合格率，單耗明顯下降，這是個(gè)成功的應(yīng)用范例，值得向大家推薦的。

羅茨鼓風(fēng)機(jī)個(gè)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其節(jié)電率與轉(zhuǎn)速降成正比，雖然不同于一般風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)電率更高，但因它的功率較大，而且只要爐墻不壞，是連續(xù)24小時(shí)工作的，并開動(dòng)時(shí)間亦很長。因此節(jié)電潛力大，節(jié)電費(fèi)用高，值得向大家推廣使用變頻器，這一先進(jìn)的技術(shù)成果，投資回收期亦短約在一年內(nèi)。

國內(nèi)中小城市及縣級水泥廠數(shù)以千計(jì)，大都是立窯生產(chǎn)水泥的，故大有市場潛在力，若再配上水泥微機(jī)配料自動(dòng)裝置后，更是錦上添花的大好事。

3、 回轉(zhuǎn)窯變頻調(diào)速系統(tǒng)

3.1 回轉(zhuǎn)窯傳動(dòng)現(xiàn)狀

在水泥廠回轉(zhuǎn)窯拖動(dòng)上的應(yīng)用近十幾年來，回轉(zhuǎn)窯主拖動(dòng)一直使用直流調(diào)速。但這種調(diào)速電路復(fù)雜，維修難度大，操作繁瑣，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速不平穩(wěn)，增加了操作人員的看火難度;直流電動(dòng)機(jī)在溫度高、粉塵大的惡劣環(huán)境中工作，其炭刷、整流子損壞嚴(yán)重，維修費(fèi)用高。

回轉(zhuǎn)窯負(fù)載的特點(diǎn)分析:啟動(dòng)時(shí)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的物料處于正下方，在窯起動(dòng)并不斷加速的過程中，整個(gè)窯體及窯內(nèi)的物料克服自身慣性而升速，當(dāng)物料偏移正下方最大角度時(shí)，此時(shí)所需轉(zhuǎn)矩最大，這是個(gè)加速過程，一個(gè)克服設(shè)備巨大慣性的過程。一旦驅(qū)動(dòng)電流克服了這種大慣性負(fù)載而起動(dòng)起來，維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的驅(qū)動(dòng)能量及轉(zhuǎn)矩就很小了。根據(jù)回轉(zhuǎn)窯的這種負(fù)載特點(diǎn)，選擇變頻器及電動(dòng)機(jī)的功率就比較復(fù)雜，功率選擇過大，起動(dòng)沒問題，但正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)大馬拉小車現(xiàn)象，能耗大，一次性投資加大;功率選擇小些適合于正常運(yùn)行，效率高投資小，但不能正常起動(dòng)。

當(dāng)然，所謂窯的基本特性為恒轉(zhuǎn)矩，是指它在正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的特性，但在啟動(dòng)過渡過程中卻遠(yuǎn)非如此。窯啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與上次停窯時(shí)的工況、窯內(nèi)物料理化狀況、停窯時(shí)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(guān)，難以確切量化。但從窯啟動(dòng)的角度來說，克服堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和越過窯內(nèi)物料滾落點(diǎn)轉(zhuǎn)矩為其關(guān)鍵所在。