10000t/d生產(chǎn)線窯尾高溫風(fēng)機(jī)變頻改造

　　我公司2條10000t/d生產(chǎn)線窯尾高溫風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的風(fēng)壓控制原由液力偶合器調(diào)節(jié)，液力偶合器本身能耗達(dá)10%以上，而且需要油泵及冷卻水來輔助運(yùn)行，故障率較高，特別是在夏季產(chǎn)生熱量較大，需加入4組冷油器，用循環(huán)水強(qiáng)降溫，水消耗量大，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。風(fēng)機(jī)采用液體電阻降壓啟動，還存在以下2個問題：①轉(zhuǎn)子部分帶有集電環(huán)、碳刷等配件，運(yùn)行過程中需要對這些配件進(jìn)行更換或處理，運(yùn)行維護(hù)量大；②部分電能消耗在水電阻上。因此公司決定采用變頻調(diào)速技術(shù)來對其進(jìn)行節(jié)能改造。

　　1 設(shè)備配置情況
　　原窯尾高溫風(fēng)機(jī)及其拖動電動機(jī)參數(shù)見表1。

表1風(fēng)機(jī)及其拖動電動機(jī)參數(shù)

　　對比國內(nèi)外市場上不同的中壓變頻調(diào)速方案，決定選用ABB公司的ACS5000中壓變頻器（6kV)，其型號是ACS5066_36L35D_1a35_A1，容量為3000 kVA，變頻器前面選用ABB公司的ZTS-3200/6/6×1.92隔離變壓器（容量為3200 kVA）。

　　2 設(shè)備的改造情況
　　改造前期，認(rèn)真跟蹤電氣備件材料的到貨情況，實(shí)施電纜敷設(shè)、現(xiàn)場系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計(jì)和出圖等工作。根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，用原料電力室多余的空間來安裝變頻器，此地方距中壓控制柜較近，動力電纜敷設(shè)方便。由于ABB變頻器冷卻方式是風(fēng)冷，空氣流通量較大，為保障變頻器盡量少受外界灰塵的影響，有足夠的通風(fēng)冷卻效果，在變壓器柜上部安裝了整體風(fēng)道，引出室外通風(fēng)，保證變頻器整體冷卻通風(fēng)要求。保留中壓斷路器至電動機(jī)的動力電纜，將其分為兩段接入隔離柜。按照液力偶合器的連接尺寸設(shè)計(jì)制作了一套直接連接軸來代替，連接軸的基座安裝尺寸、中心尺寸、軸徑尺寸，以及軸與電動機(jī)及風(fēng)機(jī)側(cè)的聯(lián)軸器的連接均與原液力偶合器一致。安裝時(shí)，拆除液力偶合器，裝上連接軸，現(xiàn)場僅作少量調(diào)整即可達(dá)到安裝要求。對原電動機(jī)滑環(huán)進(jìn)行短接處理，廢除原水電阻啟動器。

　　3 電氣控制改造情況
　　3.1 ABB變頻器的控制要求
　　1）增加隔離變壓器，有效地消除對電網(wǎng)的諧波污染。隔離變壓器報(bào)警信號中，只有過流信號進(jìn)入變頻器柜。
　　2）中壓斷路器的控制命令通過變頻器發(fā)出；中壓斷路器需要控制系統(tǒng)電源失壓保護(hù)。
　　3）隔離柜的位置信號是中壓柜的備妥信號。
　　4）變頻器的啟動方式分“動態(tài)”和“靜止”：“動態(tài)”風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速大于10r/min才能啟動，“靜止”風(fēng)機(jī)停止不動或轉(zhuǎn)速小于10r/min。由于高溫風(fēng)機(jī)啟動前轉(zhuǎn)速已大于10r/min，所以采用“動態(tài)”啟動方式。變頻器通過PROFIBUS-DP總線與DCS控制系統(tǒng)連接，變頻器需要提供UPS電源。

　　3.2改造的具體內(nèi)容
　　3.2.1中壓控制柜
　　1）因西門子中壓斷路器沒有控制電源失壓保護(hù)，所以設(shè)計(jì)的方案是：在斷路器控制小車內(nèi)分閘線圈旁并聯(lián)1個線圈作為失壓線圈,原分閘線圈電磁鐵擋片機(jī)構(gòu)延長與失壓線圈共用，以便兩分閘線圈共同控制斷路器，2列直流屏互為新加失壓線圈電源，從而實(shí)現(xiàn)了中壓斷路器控制系統(tǒng)電源失壓保護(hù)。

　　2）解除中壓控制柜的PROFIBUS-DP總線連接,取消差動報(bào)警、水電阻硬連鎖、中壓電容柜及其硬連鎖。

　　3）接入變頻器控制信號,并將中壓控制柜狀態(tài)信號送給變頻柜。

　　3.2.2 DCS系統(tǒng)

　　1）在原料電力室PC柜增加一塊通訊模板CI854,用PROFIBUS-DP總線與變頻器連接，即將變頻器控制系統(tǒng)接入DCS系統(tǒng)中。為充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器同時(shí)加裝工頻旁路裝置，可在變頻回路故障時(shí)將電動機(jī)切換至工頻狀態(tài)下運(yùn)行。
　　2）取消原高溫風(fēng)機(jī)及液力偶合器油泵、執(zhí)行器、壓力、溫度、轉(zhuǎn)速等控制程序,建立與變頻器的通訊并重新改寫程序。
　　3）整流變壓器的溫度、壓力、瓦斯報(bào)警信號直接接入DCS控制系統(tǒng)。
　　4）中壓變頻器啟動時(shí)間任意可調(diào)，實(shí)現(xiàn)平滑啟動，對設(shè)備運(yùn)行起到良好的保護(hù)。

　　3.2.3現(xiàn)場
　　1）將現(xiàn)場控制按鈕箱改成現(xiàn)場只能停機(jī)，風(fēng)機(jī)油站的運(yùn)行信號是中壓柜的啟動連鎖，故障信號是中壓柜的安全硬連鎖。
　　2）由于選擇啟動方式是“動態(tài)”，因此增加速度開關(guān)檢測風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，此信號是中控控制的啟動連鎖。
　　3）拆除液力偶合器油泵、執(zhí)行器、壓力、溫度、轉(zhuǎn)速等接線。
　　4）在B3GT低壓配電柜增加空氣開關(guān)，引出變頻柜、整流變壓器、旁路開關(guān)柜的電源;UPS電源也從在B3GT配電柜內(nèi)引出，通過隔離柜的空端子引入變頻柜。改造后，電動機(jī)主接線見圖1。

　　4 效果
　　為比較節(jié)電效果，限定產(chǎn)量10 600t/d，按電度表實(shí)際讀數(shù)進(jìn)行核算。一臺高溫風(fēng)機(jī)改造后11天（2009年1月份）的用電量與改造前11天（2008年10月份）的用電量進(jìn)行比較，具體數(shù)據(jù)見表2。

　　從表2看出，改造前后的用電量分別為505300kWh和367 000kWh，平均單位熟料電耗改造前后分別為3.14kWh/t和4.30kWh/t，電耗降低1.16kWh/t，節(jié)電率達(dá)27.4%。

　　改造從2008年11月24日開始，12月4日順利投入使用。目前該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流從原來的210A下降到150A左右，大大降低了電耗。按電費(fèi)為0.6元/kWh，窯運(yùn)轉(zhuǎn)率為92%計(jì)算，我公司2臺窯尾高溫風(fēng)機(jī)年節(jié)約電費(fèi)近500萬元，14個月即可收回改造成本。節(jié)省的電耗折算余熱發(fā)電的標(biāo)煤可達(dá)近3 000t，不但節(jié)約了資源，還減少了環(huán)境污染。

表2 變頻改造前后電能數(shù)據(jù)

　　5 結(jié)束語
　　根據(jù)我公司對萬噸線高溫風(fēng)機(jī)的中壓變頻器的安裝及使用情況，總結(jié)變頻器改造有以下優(yōu)點(diǎn)：
　　1）安裝簡單，即將原中壓開關(guān)柜與電動機(jī)之間插入安裝變頻器，對原有接線改動不大。
　　2）操作使用方便，變頻器操作只有簡單的開機(jī)、停機(jī)和轉(zhuǎn)速調(diào)整。
　　3）能進(jìn)行無級調(diào)速，調(diào)速范圍廣，且調(diào)速精度高，適用性強(qiáng)。
　　4）保護(hù)功能完善，故障率低，風(fēng)機(jī)啟動平穩(wěn)，啟動電流小，可靠性高。到目前為止，僅壞過一個IGCT電路板，故障原因正在和ABB公司技術(shù)人員交流（可能是過壓原因，并已適當(dāng)減小了供電電源電壓）。
　　5）由于變頻器取代了液力偶合器調(diào)速，消除了機(jī)械及液壓高故障率的缺陷，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用降低。
　　6）電動機(jī)運(yùn)行振動及噪聲明顯下降，電動機(jī)負(fù)荷端振動由3.4mm/s下降到1.9mm/s，軸承溫度也有很大的下降，由51.2℃下降到29.7℃（1月份）。