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技术 | 高温风机高压变频调速系统技术改造

来源:《甘谷祁连山水泥有限公司》 发布日期:2021/11/25 编辑:张翀
核心提示:高温风机高压变频调速系统技术改造

前言


高压变频调速系统自2000年投入国内市场后,在电力、冶金、石油、石化、水泥、煤炭等行业陆续投入运行。由于其安装便捷、操作简单、运行稳定、安全可靠、维护方便,并在节能、节电、省人、省力、自动控制、远程监控等方面效果显著,以及优异的产品性价比和周到的服务,受到用户的广泛欢迎。而目前,水泥企业面临成本高、市场压力大,因此需要通过各种技术改造来节能降耗。我公司高温风机原采用液力耦合器调速,存在调速范围有限,调速精度低,启动电流大,故障率高等缺陷。对此,某公司进行了高温风机高压变频调速系统技术改造,以下作一介绍。


一、液力耦合器与变频调速方式的优缺点


该公司高温风机原采用液力耦合器调速,连接方式见图1


图1 高温风机液力耦合器电机连接方式


液力耦合器调速主要存在以下缺点:


(1)调速范围有限(为50%~95%),转速不稳定,高速段减小了设备的出力能力,低速段影响节能效益的发挥;


(2)调速越低时效率越低,低速时发热厉害;


(3)调速精度低,线性度差,响应慢,不大适应自动控制要求;


(4)电机虽然可以不带载启动,但仍然有5倍左右的冲击电流,影响电网稳定;


(5)必须串入电机和机械的连接轴中,不适合于设备改造;液力耦合器故障时,没有工频旁路系统,负载机械将无法运转,必须停机检修;


(6)漏油严重,对环境污染大;可靠性差,维修难度大,严重浪费人力及影响生产。


(7)产生的热量需要油泵及冷却水等辅助运行,故障率较高,特别是在夏季因耦合器产生热量较大,需要加入冷油器,用循环水强降温,水消耗量大,资源浪费严重。


而高压变频调速由于应用了先进的电力电子技术、计算机控制技术、现代通信技术和高压电气、电机拖动等综合性领域的学科技术,因此具有其他调速方式无法比拟的优点:


(1)变频器采用液晶显示数字界面,调整触摸式面板,可随时显示电压、电流、频率、电机转速,非常直观地显示电机在任何时间的实时状态。


(2)精确的频率分辨率和高的调速精度,完全可以满足各种生产工艺工况的需要。


(3)高压变频器具有国际通用的外部接口,可以同可编程控制器(PLC)和工控机等各种仪表连接,并可以与原设备控制回路相连接,构成部分闭环系统,如与原DCS系统实现数据交换和联锁控制。


(4)具有电力电子保护和工业电气保护功能,保证变频器和电机在正常运行和故障时安全可靠。


(5)电机可实现软启动、软制动;启动电流小,小于电机的额定电流;电机启动的时间连续可调,减少了对电网的影响。


(6)具有就地和异地操作功能,另可通过互联网实现远程监控功能。


(7)减少配件损耗,延长设备使用寿命,提高劳动生产效率。


该公司于2013年计划对42线2500t/d水泥生产系统中的高温风机、窑尾排风机进行变频器节能改造,经慎重选择,最终使用HARSVERT-VA10/130型高压变频调速系统。


二、高温风机变频改造方案及改造效果


2.1 高压变频器安装要求


HARSVERT-VA10/130高压变频器,主要由变压器柜、功率柜、控制柜、旁路柜组成。为了安装变频器,我们在生料配电室旁另建一变频器专用房,此处距高压室较近,动力电缆敷设方便。


高压变频器属于大型电子设备,在运行过程中本身的能量消耗较大,变频器消耗的能量全部转换为热量。采取风道开放式冷却,另外,由于现场灰尘较大,而变频器为强迫风冷,设备内空气流通量较大,为保障变频器尽量少受外界灰尘的影响,变频室的墙壁上另外开两个口,安装上滤网,作为进风孔。


2.2 风机电机传动部位改造


现场进行变频改造,代替了液耦调速方式,并且由于液力耦合器自身的种种弊端,考虑到长期运行的稳定性,因此需拆除液力耦合器,将电机移位与负载采用直接连接,见图2


图2 高温风机电机连接方式


2.3 风机启动方式改造


变频器设备接入风机侧高压开关和拟改造电机之间,电机、高压断路器仍采用原有设备,将原先的中控驱动高压断路器合闸串水阻启动方式改变为变频控制启动,变频器控制接入原有的DCS系统。高温风机系统主回路见图3,其中QF、M均为现场原有设备。


图3 高温风机系统主回路


此方案是手动旁路的典型方案。原理是由3个高压隔离开关QS41、QS42和QS43和高压开关QF、电动机M组成。要求QS42和QS43之间存在机械互锁逻辑,不能同时闭合。变频运行时,QS43断开,QS41和QS42闭合;工频运行时,QS41和QS42断开,QS43闭合。


将高压变频器串联进现有高压开关柜与高压电机之间,将绕线式电机转子三根引出线短接,即将绕线式异步电机改造成鼠笼式电机。正常工作时采用变频回路;工频运行时,采用原有的启动方式,再将短接的转子三根引出线复原,之后就可工频启动。


安装高压变频器,原绕线电机对滑环进行短接,废除原水阻启动器,每年对碳刷及水阻启动器和电机的维护减少,综合成本大幅度下降,且高压变频器启动时间任意可调,实现平滑启动,对设备运行起到良好的保护。


设备额定参数见表1,高温风机运行参数见表2,工频与变频用电量及单耗对比见表3



通过上表对7个月的实际运行数据进行分析可知,高温风机改造前月平均用电量为1071734.3kWh,月平均单耗为15.5kWh/t,经变频改造后月平均用电量为968400kWh,月平均单耗单耗为13.2kWh/t,由公式可计算出月节电量为103334.3kWh,节电率为9.64%。


三、结语


该公司2500t/d水泥生产线高温风机变频节能改造项目,高温风机月节电量103334.3kWh,月节电费45467.1元(0.44元,kWh),节电率为9.64%;平均节电20%以上,取得了显着的经济效益。


变频改造后的优点:


(1)实现电机软启动,启动电流小于额定电流值,启动更平滑。


(2)系统效率得到提高,消除了风门挡板的损失,取得节能效果。


(3)由于风机采用转速调节后,工作特性改变,设备工况得到改善,延长设备使用寿命。


(4)利德华福变频器为电压源型结构,功率因数可高达0.95。


(5)厂房设备噪声污染大大降低。


HARSVERT系列高压变频器可靠性高,输入、输出波形质量好,采用矢量控制技术,适合于水泥厂风机的变频改造,成功解决了水泥生产中的塌料引起的负载波动问题,大大提高设备运行的可靠性,节约大量能源,为水泥厂带来较大的经济效益和社会效益,具有很高的推广价值。


作者:蒋国平

来源:《甘谷祁连山水泥有限公司》

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