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一、引言

在水泥行業(yè)，由于電費(fèi)的成本已成為原材料成本，人工成本之后的第三大開(kāi)支；在用電緊張的今天，節(jié)省電費(fèi)已成為企業(yè)經(jīng)營(yíng)者考慮的一件大事；而水泥廠的立窯風(fēng)機(jī)是水泥廠的重要設(shè)備之一，也是主要的耗電設(shè)備之一。立窯風(fēng)機(jī)的容量是按照機(jī)械立窯最大的設(shè)計(jì)產(chǎn)量來(lái)選型的，且留有一定的余量。在使用中，立窯風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期固定在最大的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。由于季節(jié)、晝夜和生產(chǎn)工況的變化，機(jī)立窯的實(shí)際風(fēng)量需求在絕大部分時(shí)間內(nèi)遠(yuǎn)比設(shè)計(jì)負(fù)載低；在轉(zhuǎn)速固定的情況下，當(dāng)立窯風(fēng)機(jī)的風(fēng)量過(guò)剩時(shí)，只能通過(guò)旁通風(fēng)管排放掉（或控制風(fēng)門(mén)的進(jìn)風(fēng)量），這樣就造成立窯風(fēng)機(jī)功耗的嚴(yán)重浪費(fèi)，故對(duì)立窯風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能改造具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

二、變頻節(jié)電原理

對(duì)于風(fēng)機(jī)來(lái)說(shuō)，風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速n成正比，風(fēng)壓F與轉(zhuǎn)速n的二次方成正比，而軸功率P 與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比（見(jiàn)表1），從表中我們可以看出上述幾個(gè)量的變化關(guān)系：
 

顯然，變風(fēng)量控制系統(tǒng)的節(jié)能效果是十分突出的。如圖一示為風(fēng)機(jī)風(fēng)壓H-風(fēng)量Q曲線特性圖:

n1-代表風(fēng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)的特性；

n2-代表風(fēng)機(jī)降速運(yùn)行在n2轉(zhuǎn)速時(shí)的特性；

R1-代表風(fēng)機(jī)管路阻力最小時(shí)的阻力特性；

R2-代表風(fēng)機(jī)管路阻力增大到某一數(shù)組時(shí)的阻力特性。

風(fēng)機(jī)在管路特性曲線R1工作時(shí)，工況點(diǎn)為A，其流量壓力分別為Q1、H1，此時(shí)風(fēng)機(jī)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(fēng)量到Q2，實(shí)際上通過(guò)增加管網(wǎng)管阻，使風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)移到R2上的B點(diǎn)，風(fēng)壓增大到H2，這時(shí)風(fēng)機(jī)所需的功率正比H2Q2的面積，即正比于BH2OQ2的面積。顯然風(fēng)機(jī)所需的功率增大了。這種調(diào)節(jié)方式控制雖然簡(jiǎn)單、但功率消耗大，不利于節(jié)能，是以高運(yùn)行成本換取簡(jiǎn)單控制方式。

若采用變頻調(diào)速，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，這時(shí)工作點(diǎn)由A點(diǎn)移到C點(diǎn)，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時(shí)變頻調(diào)速后風(fēng)機(jī)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(jiàn)功率的減少是明顯的。

三、 立窯基本參數(shù)和工作原理

1、窯爐的基本參數(shù)

1）機(jī)械立窯參數(shù)

1、規(guī)格：（窯徑×高度）2.0×8.5 ,2、 年產(chǎn)量：普通水泥5～7萬(wàn)噸

3、喂料方法：?jiǎn)巫觳剂狭镒?1KW， 4、溜子回轉(zhuǎn)速度：6.48轉(zhuǎn)/分

5、塔篦子形式：整體雙偏心， 6、塔篦子轉(zhuǎn)速1.2～12.2轉(zhuǎn)/分,

7、傳動(dòng)方式：中心傳動(dòng)，功率15KW ， 8、料封形式：垂直管料封，

9、出料粒度：不大于100毫米
 

2）風(fēng)機(jī)參數(shù)

　風(fēng)機(jī)功率：132KW，額定電壓：380V，額定電流：245A，轉(zhuǎn)速2980轉(zhuǎn)/分，
　運(yùn)行電流：120A～180A；風(fēng)量：12776m3/h；風(fēng)壓：21995Pa；起動(dòng)方式：△/Y

2、立窯燒成工作原理

由料斗提升機(jī)將配置好的生料加一定比例的水，送至成球機(jī)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(fēng)機(jī)送風(fēng)在窯爐中部充分燃燒，到窯爐底部冷卻后，由塔篦子旋轉(zhuǎn)，將燒好的熟料下到漏斗中，經(jīng)適量噴水，經(jīng)熟料破碎機(jī)后進(jìn)入下道工序。由此可見(jiàn)，機(jī)立窯風(fēng)機(jī)的配置的好壞直接影響到水泥的產(chǎn)量，故此，許多水泥廠廠家在風(fēng)機(jī)上做文章，加大電機(jī)功率，加大風(fēng)量與風(fēng)壓，往往適得其反。

從整個(gè)立窯系統(tǒng)裝機(jī)的設(shè)備功率來(lái)看，羅茨風(fēng)機(jī)電機(jī)功率為132KW，是整個(gè)機(jī)立窯系統(tǒng)裝機(jī)功率的一半，對(duì)煅燒來(lái)說(shuō)是一個(gè)用電較大的設(shè)備。它的改造成功將對(duì)廠家有較深遠(yuǎn)的意義。

四、 用戶(hù)對(duì)變頻節(jié)能改造后功能的要求

　a） 要求變頻器的跟隨性能好，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，故障率低。

　b） 要求壹臺(tái)變頻器可兩地操作（也就是提供兩塊操作面板），一塊用延長(zhǎng)線聯(lián)結(jié)至窯面上，替代原操作系統(tǒng)；該塊操作面板可以任意設(shè)定、修改參數(shù)，根據(jù)生產(chǎn)情況任意調(diào)節(jié)風(fēng)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(nèi)，只提供運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視和開(kāi)啟、關(guān)閉變頻器，不能設(shè)定參數(shù)和修改參數(shù)，不能調(diào)整風(fēng)量的大小。

　c） 在窯面和低壓配電室兩處都必須安裝應(yīng)急緊急停車(chē)按鈕。
在用風(fēng)量較小的情況下，必須保證電機(jī)的溫升和電機(jī)的噪聲不得超過(guò)允許的范圍

五、立窯風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能改造方案設(shè)計(jì)

　1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和用戶(hù)的要求，我們?cè)O(shè)計(jì)安裝一臺(tái)品質(zhì)優(yōu)良、性能穩(wěn)定可靠的平方轉(zhuǎn)矩（風(fēng)機(jī)水泵型）英威騰變頻器，其型號(hào)CHF100-132G/160P-4，容量為132KW；并聯(lián)在原風(fēng)機(jī)起動(dòng)柜主回路電路中，并和原主電路做成安全電器互鎖；對(duì)立窯風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能控制，具體的控制頻率，由窯爐操作員工根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)工藝和窯爐的煅燒情況，通過(guò)控制變頻器面板上的上、下鍵操作，就能控制窯爐風(fēng)量的大小。從而放棄了立窯風(fēng)機(jī)過(guò)去傳統(tǒng)的控制方式，改造成了目前調(diào)速效果最好、節(jié)電效果最佳的變頻調(diào)速。

　2）在變頻器的硬件上只要通過(guò)一條485通訊外接鍵盤(pán)，就可制作成兩路面板控制；鍵盤(pán)和主板之間可用1200米以?xún)?nèi)的屏蔽線聯(lián)結(jié)，以滿(mǎn)足用戶(hù)的要求。保留原風(fēng)機(jī)窯面和值班室兩處的緊急停車(chē)按鈕，在空開(kāi)和變頻器之間的主電路中，增設(shè)交流按觸器。用鋼材把原放風(fēng)閥封牢。變頻改造后要依次合理調(diào)節(jié)每一個(gè)窯爐風(fēng)腰的開(kāi)度。

變頻節(jié)能系統(tǒng)特點(diǎn)

1、采用CHF100變頻器，調(diào)速范圍寬，變頻器調(diào)速范圍能適應(yīng)各種調(diào)速設(shè)備的要求，頻率范圍0.00-400.00Hz可調(diào)；

2、控制精度高，變頻器的數(shù)字設(shè)定分辨率為±0.01%,模擬設(shè)定分辨率為±0.1%；

3、控制功能強(qiáng)，能滿(mǎn)足各種不同的控制系統(tǒng)，通過(guò)端子可與各種頻率設(shè)定信號(hào)連接，如：0~10V，4~20mA?？赏ㄟ^(guò)端子控制正反轉(zhuǎn)等多種操作；

4、通過(guò)合理調(diào)整轉(zhuǎn)矩提升，轉(zhuǎn)矩限定功能，電流限幅功能參數(shù)，可滿(mǎn)足大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，運(yùn)行中負(fù)載突化也不會(huì)引起跳閘等事故；

5、保護(hù)功能齊全，變頻器有23種保護(hù)功能，對(duì)過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)載、過(guò)熱均能通過(guò)cpu高速計(jì)算并給予保護(hù)，且能對(duì)發(fā)生故障的原因給予紀(jì)錄；

6、16段的簡(jiǎn)易PLC，多段速成及PID控制，擺頻功能

7、瞬時(shí)停電不停機(jī)功能，自動(dòng)電壓調(diào)整功能，當(dāng)電網(wǎng)電變化時(shí)，能自動(dòng)控制保持 輸出電壓恒定。

8、轉(zhuǎn)速追蹤再起動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)中的電機(jī)的無(wú)沖擊平滑起動(dòng)

9、提供RS485物進(jìn)通訊端子轉(zhuǎn)接口，采用MODBUS協(xié)議，支技RTU和ASCII兩種傳輸格式 ，可方便組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控

10、獨(dú)創(chuàng)多種快捷調(diào)試模式，方便用戶(hù)調(diào)試。

六、變頻參數(shù)的設(shè)定

變頻器安裝完畢后，必須對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)定，有些參數(shù)和設(shè)定，將直接影響變頻器的運(yùn)行，導(dǎo)致電機(jī)不能啟動(dòng)，造成工程改造的失敗。所以在設(shè)定時(shí)要耐心細(xì)致，使參數(shù)設(shè)定和電機(jī)匹配。下面的參數(shù)是根據(jù)煅燒工藝和窯爐操作工現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行確認(rèn)的參數(shù)。僅供大家參考。

基本參數(shù)

七、立窯風(fēng)機(jī)變頻改造中注意事項(xiàng)

1） 變頻器的停車(chē)方式設(shè)定為自由停車(chē)。由于風(fēng)機(jī)是大慣量負(fù)載，若加減速時(shí)間設(shè)定過(guò)短，在加速時(shí)過(guò)程中容易會(huì)出現(xiàn)過(guò)流、過(guò)載，在減速時(shí)容易出過(guò)電壓保護(hù)，但設(shè)定時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)量調(diào)節(jié)緩慢，跟隨性能會(huì)變差，使系統(tǒng)易處在短期不穩(wěn)定狀態(tài)中，有時(shí)滿(mǎn)足不了窯爐生產(chǎn)的要求。因此，在滿(mǎn)足變頻器正常運(yùn)行（不跳故障）的前題下，盡量把加減速時(shí)間設(shè)定合理。

八、變頻改造后的節(jié)電效果

為了了解應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)后產(chǎn)生的節(jié)電效果，我們和廠方一起做了在相同工況條件下的節(jié)電效果測(cè)試，具體原始數(shù)據(jù)如下：
 

從上面數(shù)所可知立窯風(fēng)機(jī)每天平均節(jié)約電費(fèi)436.5度；按廠家提供的數(shù)據(jù)，水泥廠立窯風(fēng)機(jī)全年運(yùn)行　10個(gè)月（即300天計(jì)算）, 電價(jià)每KW.h為0.50元，則全年節(jié)約電費(fèi)為：

    300天×436.5度×0.50=65,475（元）

此后該項(xiàng)目每年可為廠家節(jié)約電費(fèi)6.5萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益非常顯。

九 、本系統(tǒng)的特點(diǎn)

   1）采用節(jié)能單機(jī)控制，根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需要通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)送風(fēng)量，在滿(mǎn)足使用要求的前提下達(dá)到最大限度的節(jié)能。

   2）實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)的高效調(diào)速，調(diào)速平穩(wěn)、精度高，調(diào)速過(guò)程中轉(zhuǎn)差損耗小，由于降速運(yùn)行和軟啟動(dòng)，使電機(jī)啟動(dòng)電流大大減小，起動(dòng)時(shí)定、轉(zhuǎn)子消耗減少，對(duì)延長(zhǎng)電機(jī)壽命十分有利。

   3）CHF轉(zhuǎn)速追蹤功能，能實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)中的電機(jī)快速啟動(dòng)。

   4）系統(tǒng)具有過(guò)載、過(guò)流、過(guò)壓、短路、欠壓保護(hù)措施，使系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)率和安全性、可靠性大大提高，有效地防止了噴窯的發(fā)生.