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高压变频器在水泥厂引风机上的应用

时间:2010-03-31 来源:未知 编辑:电气自动化技术网 点击:次 字体设置:

1.前言

 

  水泥企业是国民经济生产中的能源消耗大户,水泥行业已被列为国家节约资源的重点领域之一。在国务院提出加快建设节约型社会的政策环境下,提高水泥行业的节约型制造和应用水平,建立节约型水泥工业体系意义重大。在当前国内外能源供需矛盾突出的情况下,水泥行业必须通过各种途径降低能耗,以获得最佳的经济效益和最高的劳动生产率。水泥生产中电动机负载电耗就占成本近30%,而拖动风机用的高压电动机在电机中占有很大的比重,对一条水泥生产线,其中有25%~30%的电能是用于拖动各种类型风机上,因此做好电动机的降耗增效工作就显得极为重要。

  新疆伊犁南岗建材(集团)有限责任公司是以生产水泥、化工产品为主导的产业化集团。在2001年2月,经新疆兵团农四师批准,依法改制为伊犁南岗建材有限责任公司,由新疆伊力特实业股份有限公司、农四师73团、75团等11家单位共同投资在伊宁市边境经济合作区注册成立。注册资本1.73亿元。目前,水泥年生产能力将达200万吨。

2.英威腾CHH系列高压变频器技术特点

  深圳市英威腾电气股份有限公司,提供的CHH100系列变频器除了具有一般厂家的高压变频器功能外,还有以下几方面的特点。

  1)具有较强的功能,能够满足不同工况

  CHH100系列高压变频器采用DSP系统与可编程系统巧妙的结合,控制系统高度集成化,设备器件主要采用进口器件,完成了比一般高压变频器的功能,具有300多个功能码,可以对启动特性、运行模式等功能根据现场工况进行不同设定。CHH100系列高压变频器具有标准的RS485接口,可以通过RS485通讯接口(采用标准通信协议)与DCS进行连接,也可以通过硬接线的方式与DCS系统进行连接。多种接口方式选择可以DCS系统很方便的对变频调速系统进行监控。也可以进行不同参数设置,满足现场其它各种不同工况。

  2)全面的保护功能

  CHH100系列变频器的功率单元自身就有多达11种的故障保护;主控系统采用DSP+PFGA巧妙配合,电气部分对输出电压、输出电流、输入电压、输入电流都有全面检测,对变频器电源及电机都有过压、过流、过载、欠压、温度等具有多达二十几种超强综合保护功能,并且重要的保护定值可以根据现场不同的工况进行参数设定。内置雷击过流保护装置,有效提高设备保护功能和系统保护功能,完全能够保证电源及电机的安全运行。

  3)全面的参数记录

  CHH100系列高压变频器显示多项运行参数过过程变量,包括每个模块的温度、母线电压都有检测与显示。具有故障、事故显示、记录功能,具有自诊断功能,所在信息可以通过通讯上传至DCS系统,异常时对变频器的状态都有全面的记录,以便现场人员更准确、更快捷地解决问题。

  4)最大的电压、电流冗余量设计

  深圳市英威腾电气股份有限公司生产的CHH100系列高压变频器,以安全、可靠、使用寿命长为首要设计原则,采用1700V高压IGBT,9级或6级串联,电压裕量为2.0倍左右。功率器件电压安全设计冗余量较高。

  5)电机转速自动跟踪功能

  CHH100系列高压变频器在主电源母线切换(10秒内)过程中,变频器能够自动跟踪电机的转速,当主电源恢复后变频器自动运行起来,保证了机组安全可靠运行。

  6)功率模块自动旁路技术

  模块自动旁路技术提高了系统的稳定性,CHH100系列高压变频器采用功率模块自动旁路技术,可在1ms内旁路故障模块,变频器降额并可长期运行,等适当时候停机处理。

  7)良好的电压波动适应能力

  CHH100系列高压变频器对电网电压在±15%范围内波动,变频器能满载输出;电网电压短时(30秒)下降至额定电压的65%时,可继续降额运行,不进行保护。

  8)最有效的电磁干扰解决方案

  深圳市英威腾电气股份有限公司生产的CHH100系列高压变频器在模块设计上,独家采用后进线、前出线设计方案;结构方面和电气方面全面考虑电磁抗干扰措施,尤其是核心的控制板件,最有效保证变频器的可靠运行。

  9)合理的散热系统

  功率采用独立的散热风道,系统集中散热的方式,散热性能良好,满载长时间运行温升不超过25℃,良好的散热系统可以确保变频装置的高可靠性,并延长变频装置内部的器件使用寿命。

  10)模块化设计

  CHH100系列变频器,遵循模块化设计理念,功率单元采用模块化结构,各个相同的功率单元的结构、配置完全相同,可以非常方便的互换,从而利于生产的标准化,以及维修的标准化。

  11)最简洁操作、最快捷维护

  深圳市英威腾电气股份有限公司生产的CHH100系列高压变频器具有人性化的接口设计、界面简洁清晰;操作方便,采用抽屉式模块设计,更换模块仅需5分钟;滤网更换方便、快捷。

3.原来用液力耦合器缺陷:

  1.液力耦合器属于一种机械调速设备。液力耦合器的原理决定了液力耦合器有5-8%的速度损失。同时功率损失变为热量,使液压油温过高。需要大量冷却水冷却液压油。

  2. 在实际运行中油温高于95℃以上,使冷却器的水易结垢堵塞,造成故障。

  3. 由于液力耦合器是用液压油传递功率,因此速度控制不稳定、功率因数低、调速精度差。

  4. 液力耦合器整机效率低,功率因数低,调速精度差,调速本身的损耗大、维护量大、二次成本过高,所以节能效果不明显。

4.窑尾窑尾高温风机系统简介

  新疆伊犁南岗建材(集团)有限责任公司水泥厂生产线为干法悬窑,其窑烧成系统流程简图如图1所示:

 


图1 窑烧成系统流程简图

 

  从预热器来的生料从窑尾进入到窑中,借助窑的转动来促进生料在旋窑内高温下混合、煅烧,物料依靠窑筒体的斜度及窑的转动在窑内向前运动。窑内燃烧产生的余热废气,在窑尾高温风机的作用下,通过预热器对进入窑尾前的生料进行预热均化,降温后的余热废气再通过高温风机抽出进入废气处理(除尘及排出)。

5.窑尾高温风机改造过程简述

  近两年,高压变频器发展迅猛,涌现出生产高压变频器的大小厂数十家。但是,各厂家的主拓扑结构都相差无几。通过各种途径的考察与比较,新疆伊犁南岗建材集团最终选择深圳英威腾电气股份有限公司的自主研发、生产的多单元串联的高─高形式的CHH100系列高压变频器, 在2008年11月在该项水泥厂的其中一条3#生产线的窑尾高温风机安装高压变频器, 进行变频节能改造,都取得良好的节能效果,下面对改造情况作一简单介绍。

  1.为减小安装成本,动力电缆保留了原高压柜至电机的电缆,将电缆原接线由高压柜牵至高压变频器,再重新由高压柜到高压变频器敷设一根动力电缆,由于高压变频器房紧邻高压室,此电缆长度较短。

  2.高压变频器具有远程和本机控制功能。本机控制时通过高压变频器控制柜上触摸屏可就地人工启动、停止高压变频器,可以调整电机转速、频率。远程控制放在控制室,设有操作台和上位机,由配电工操作控制。通过上位机配电工可以随时了解设备的运行情况,通过操作台可实现对高压变频器进行简单的远方操作。配电工可以根据工况自由选定高压变频器“手动/自动”调速运行。

  3.系统要求控制的压力值由手操器给定(4~20mA电流信号),母管压力反馈信号经压力变送器检测后,再由DCS供给。压力比较和PID运算均由DCS完成,其变换出来信号作为变频器给定信号,以控制电动机转速,使管网的压力稳定在压力设定值上,达到自动跟踪管网压力的目的。同时,通过变频器的模拟量输出接口将管网压力、实际电压、电流、频率反馈到DCS监控系统上。变频器仍然作为一个执行机构,类似挡板特性,只是时间系数需要重新调整,这种调节方式比较简便合理,只需要DCS根据以往的工频调节方式增加变频调节回路,以前的工频挡板控制方式继续保留备用。

6.窑尾高温风机效益分析

  1.改造项目参数:

  电压:6000V; 电流:76A 额定功率:630KW 转速:990R/MIN 功率因数:0.85

  2.改造项目分析计算:

  由于现场对风机的风压没有特殊的要求,不考虑风压的情况下,没用高压变频之前( 液力偶合装置)电压:6300V 运行电流:45A-50A 根据流量的对高压风机节能进行计算:

  液力偶合装置时的功率P1=1.732UicosQ=1.732*6300*45*0.85W=417KW

  变频调速时,生产中电机转速为: 600r/min-700r/min变频器效率取97%

  变频调速的功率F2=630*(650/990)3/085/0.97=220KW

  考虑其它方面的照明、冷却损耗约:P3=15 kW

  变频器节约的电能:P4= P1-P2-P4=417-220-15=182KW

  一年按照7000小时计算:

  一年总的节电:W=182*7000=127.4万度。

7.窑尾高温风机变频改造总结

  根据我公司在山水水泥厂各个风机的高压变频器的安装及使用情况,总结高压变频器改造有以下优点:

  1.安装简单,即将原高压开关柜与电动机之间插入安装高压变频器,对原有接线改动不大。

  2.操作使用方便,高压变频器操作只有简单的开机、停机和频率调整。

  3.能进行无级调速,调速范围广,且调速精度高,适用性强。

  4.保护功能完善,故障率低,排风机启动平稳,启动电流小,可靠性高。

  5.电动机不需长期高速运行,工作电流大幅度下降,节电效果显著。

  6.由于高压变频器取代了液耦调速,消除了机械及液压高故障率的缺陷,设备维护费用降低。

  7.电动机运行振动及噪声明显下降,轴承温度也有很大的下降。

  8.交流变频调速器,以适用性强、可靠性高、操作使用方便等性能,受到用户的欢迎。它应用在调速、节电、软启动方面,对企业有很大的实用价值。我公司高压变频器在这个水泥厂对电机进行了成功的改造,其节能效果明显,且同时提高了整个系统的工艺性能,得到用户的好评,并在当地水泥行业中产生了很大的影响。

8.结束语

  目前,水泥行业的竞争非常激烈,但关键还是制造成本的竞争,而电动机电耗就占成本近30%,而拖动风机用的高压电动机在电机中占有很大的比重,因此做好电动机的降耗增效工作就显得极为重要。高压变频器技术目前已经比较成熟,故障率较小,是水泥厂节能改造的理想设备,具有很高的应用价值。

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