高压变频器在水泥磨循环风机上的应用

一、用户简介

河南泰隆建材集团公司是河南省南阳市最大的一家民营水泥生产企业。下辖：内乡泰隆公司、内乡宝天曼公司、内乡万基公司、唐河泰隆公司、襄阳宝天曼公司和邓州万进公司。其中内乡宝天曼公司、唐河泰隆公司和内乡泰隆公司各拥有1条新型干法水泥生产线；集团公司总占地1800余亩，拥有员工1600余人，年水泥生产能力700万吨，年销售收入15亿元，税利3.5亿元。泰隆建材集团公司是集建材产品科研、开发、生产为一体的现代化企业，主导产品为“宝天曼牌”、“内宛牌”、“吉固牌”和“唐塔牌”通用硅酸盐水泥及熟料，强度等级有32.5、42.5（含42.5R型）和52.5（含52.5R型）等。

内乡泰隆水泥公司是河南泰隆集团公司的一家下属公司，拥有1条年产120万吨的新型干法水泥生产线。2012年，内乡泰隆水泥公司通过对国内各高压变频器厂家技术对比，最后选用森兰科技股份有限公司生产的SBH-100-560型高压变频器，对水泥磨循环风机进行变频节能改造。设备于2012年8月安装、调试，9月正式投运，投运以来，设备运行稳定，节能效果明显，完全满足生产需要。

二、改造方案

1、水泥磨循环风机配套电机参数

电机型号：YRKK560-6；

制造厂商：长利电机厂有限责任公司；

额定功率：560kW；

额定电压：10kV；

额定电流：42A；

额定转速：960r/min；

功率因数：0.8

2、配套高压变频器参数

型号：SBH-100-560

额定功率：560kW；

额定电压：10kV；

额定电流：42A；

功率因数：0.96

3、变频改造方案

3.1 一次回路方案

此次对循环风机改造采用的为SBH-100-560自动一拖一旁路高压变频调速系统，一次回路接线图如图 1所示。

互锁及要求：

1）QS1、QS2为隔离开关，KM1、KM2、KM3为真空接触器。

2）QS1与KM1、QS2与KM2相互联锁，即隔离开关合上后，与隔离开关相对应的真空接触才能合上，真空接触器断开后，与真空接触相对应的隔离开关才能分合。

3）KM2与KM3互锁，即其中一个真空接触器合上后，互锁回路的另外一个真空接触器不能合闸。

3.2控制回路方案

按照用户要求，变频器可以根据系统反馈的风压信号来调节风机的风压，也可以与用户的风门进行开、合联动。

变频器控制柜有“本机控制/远程控制”选择开关，可以方便地选择本地操作或远程操作，变频器支持MODBUS、PROFIBUS、TCP/IP等协议及硬接线连接来实现远程操作，本套系统与用户中控室DCS采用硬接线连接。即DCS给变频器发启动、停止指令及一路频率给定信号，变频器反馈给DCS“就绪”、“运行”、“报警”、“故障”四路开关量信号及“电机转速”、“电机电流”两路模拟量信号。

变频器系统以及概略图如下：

三、节能效果分析

1、节能计算

通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：Q∝n，H∝n2，P∝n3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。

在采用变频器以前，只能通过调节风门的出口挡板调节风量来满足生产工艺要求，大量电能白白浪费在挡板上。采用变频器拖动电动机的方式，风门调到全开的位置，通过改变送给交流电动机的交流电频率，来调节电动机的转速从而不用档板，既可达到控制流量的目的，又能达到节能的效果。

2、森兰高压变频器在水泥磨循环风机上的节能效益

根据现场记录，风机上变频调速改造前后的运行情况见下表。

由上表可知：

变频改造前，循环风机电机运行功率为497kW，变频装置投入后，循环风机电机运行在46Hz，运行功率约为380kW。变频投入运行后，减小的输入功率为：117kW。

节电率=117/497×100%=23.5%，

按每天三班工作制，每天300天工作日计算，

年节电费用=（497-380）×24×300KW/h=842400（KW·h）

按该水泥厂用电的平均价格0.63元/度计算，

节电费用=842400×0.63元=53万元。

由上述数据看出，森兰科技股份有限公司生产的SBH系列高压变频器后，该新型干法窑生产中水泥磨循环风机设备全年节约电费均可达53万元左右，节能经济效益显著。另外，采用变频调速控制后，其他方面的效益也是明显的，如：

（1）采用变频调节后，系统实现软启动，电机启动电流只是额定电流，启动时间相应延长，对电网和变压器无大的冲击，减轻了起动机械转矩对电机机械损伤，同时也减少了电机的维护费用，有效的延长了电机的使用寿命；

（2）变频改造前，风量的调节要靠调整档板的开度来完成，一次风量的改变通常要反复调节多次才能完成。变频改造后，电机转速的改变只要在DCS设定即可，大大降低了劳动强度，提高了生产效率，风量调节更平稳、精确；

（3）设备适应电网电压波动能力强，有时电网电压高达11kV，或者电压低至9kV变频器仍能正常运行，提高了电动机适应能力。

四、结束语

电机节能主要依靠变频调速，从而达到提高电机效率、节能等效果。使用高压变频器的电机系统节电率普遍达20%左右，某些较高场合可达30%-50%。目前，国产变频器已经在新型干法水泥生产线的生料磨循环风机、煤磨循环风机、窑头排风机、窑尾高温风机、窑尾排风机等负载上广泛应用，加上国务院发布的《“十二五”节能减排综合性工作方案》明确提出要求加快高压变频调速技术的推广应用。因此高压变频调速装置在水泥行业推广的潜力巨大。