高压变频器在水泥行业中的应用_10

2019-07-10 11:41

大连小野田水泥有限公司是中日合资的大型水泥生产企业,成立于1989年7月28日,总投资1.88亿美元,现有员工400人。该公司日产熟料4000吨,年产水泥137万吨,是国内规模较大,设备最先进的水泥生产企业之一。生产线汇集了当今世界水泥制造业最先进的RSP五级窑外分解技术以及德国、法国、日本等工业发达国家先进的水泥制造设备。该公司注重挖掘企业自身潜力,强化节能意识,并付诸于实施,对其窑尾EP罗茨风机进行高压变频器改造,取得了良好的经济效益与社会效益。
一、窑尾EP罗茨风机改高压变频器拖动的必要性
大连小野田水泥厂冷却机EP罗茨风机(电除尘风机)为日本安川转子绕线异步电动机拖动,原有的运行方式为电机全速运行,依靠调整出口挡风板的开度来调节风量的大小,由于企业自身电网容量有限,电机不允许全压直接启动,因此选用转子绕线式异步电动机,启动方式是转子串水电阻启动,启动结束后再自动短接转子滑环,电机全速运行(项目初期运行时,是采用水电阻调速运行方式,但是投运后发现这种调速方式反而比风门调节更加不经济,索性其只作为启动时使用),这样的运行方式存在如下弊端:
1.风门调节反应滞后,调节速度慢,调节精度不高。
依靠风门调节执行器来调节风门开度,本身是一个不得已的举措,因风门调节机构含有相当一部分的机械机构,受机械部分限制调节速度有限,调节精度亦受到影响,往往对现场的风量控制不是很到位,甚至满足不了现场工艺的要求 。
2.风门调节浪费电能,不科学,不经济。
采用风门调节固然结构简单,投资较小,但是在节能意识日益加强的今天显然不合适,水泥厂初期投建的时候,出于后续可能扩建及运行安全的角度,电机及风机的裕量选用较大,存在严重的大马拉小车的现象。事实上,电机额定电流为45A,而电机实际运行电流平均仅为35A 左右,采用风门调节,人为改变了风道的阻力曲线,大量的能源白白浪费在了风门上,在能源日益紧缺的今天,显然已经严重落伍,改造势在必行。
3.电机全速运行受到考验,维护周期短。
因电机全速运行,电机轴承等机械部分磨损严重,另外,由于是转子绕线式异步电动机,转子的高速运行对于其机械部分一样有百害无一益,转子滑环上的碳刷磨损相当严重,更换周期短。
4.启动过程复杂,水电阻装置维护工作量大。
由于企业自身电网容量有限,电机不允许全压直接启动,因此选用转子绕线式异步电动机,启动方式是转子串水电阻启动,启动结束后再自动短接转子滑环,这样的启动方式附带了很多电气二次回路,启动过程复杂,而且本身水电阻装置维护工作量就比较大,只有在启动过程的20几秒内投入使用,使用效率不高,然而却不可缺,显然已经属于落后工艺。
综上所述,窑尾EP罗茨风机改造势在必行,要想彻底改变现有工艺,必须从源头上下功夫,即通过改变电机转速来调节风机转速,从而达到调节风量的目的,以此来满足现场工艺的要求。
二、调速方式的选择
目前,大功率高压异步电动机的主要调速方式有以下几种:串级调速、内反馈串级调速、液力耦合器调速及变频调速等。
1.串级调速优点是可以回收转差功率,所以调速效率比较高,但存在的问题也很多:它不适合于现有的转子绕线式异步电机,必须更换电机:不能实现软启动,启动过程非常复杂;启动电流大;调速范围有限;响应慢,不易实现闭环控制;功率因数和效率低,并随着转速的调低急剧下降;很难实现同PLC和DCS等控制系统的配合,对提高装置的整体自动化程度和实现优化控制无益;同时因控制装置比较复杂、谐波污染大对电网有较大干扰;进一步限制了它的使用,属落后技术。
2.内反馈串级调速内反馈串级调速是在串级调速基础上发展起来的,它在普通绕线电动机的定子绕组(称主绕组)同槽放置一套绕组(称调节绕组)而制造成的内反馈串级调速电机,将该电动机部分转子能量取出以改变电动机用以产生拖动转矩,使主绕组从电网吸收的能量下降来实现节能。优点:具有串级调速的全部优点,体积小。缺点:需更换专用电机,滑环处理不当容易出现事故;虽采用频敏变阻器启动,但启动电流仍很大(3-4Ie),对电机和电网的冲击很大,启动复杂;调速范围很小;输入功率因数和效率低;电机侧由于可控硅的逆变衍生出大量的高次谐波,对电机的绝缘造成老化,引起电机的转矩脉动、附加发热和噪声污染,所以电缆要求加粗使用;电机喘振现象无法消除。仍属于落后技术。
3.液力耦合器调速属低效调速方式,调速范围有限,高速丢转约5%-10%,低速转差损耗大,最高可达额定功率的15%,因效率与转速成正比,低速时效率极低,精度低、线性度差、响应慢、启动电流大、装置大,必须加装在设备和电机之间,不适合改造;无法软启动,耦合器故障时,无法切换运行,维护复杂、费用大,不能满足提高装置整体自动化水平的需要。
4.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,可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;电机启动的时间可连续可调,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。
通过对几种调速方式的比较,最终,大连小野田水泥厂决定采用高压变频器对EP风机进行改造,对比了国内外的所有厂家,基于以下几点原因,选用了利德华福生产的高压变频器:
①国内高压变频器厂家中业绩最多;
②系统运行稳定;
③全中文界面显示,适合国内用户;
④针对国内用户量身定做,尽量考虑国内电网的综合因素,在其可靠性,安全性方面有其独到的技术优势;
⑤内置PLC,易于改变控制逻辑关系,适应多变的现场需要。
三、改造项目具体实施方案及过程

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