一、概述
众所周知，水泥行业是国民经济生产中的耗能大户和污染大户。在水泥生产过程中，负载风机的耗电量占到其生产成本的35%～45%,而用于拖动高温风机、收尘风机、排风机及引风机的高压类负载耗电量更高；所以从高压风机负载节约成本显得尤其重要。近几年，国家实行节能减排政策，针对冶金和水泥建材等耗能大户重点改造；通过几年的发展和总结，现国产高压变频器在风机水泵负载上的节能技术日趋成熟，运行稳定，并且在某些方面已超越国外产品。
矿渣微粉作为钢铁厂废渣再利用的产物，其意义重大；不仅节约能源，还有效的保护了自然环境。2005年我国产钢3.49亿吨，冶炼产生的废渣14619万吨，(其中钢渣约为5000万吨，高炉矿渣约9000万吨)，综合利用12848万吨，加上历年累积，总贮存量为2亿吨，占地3万亩；这些露天储存的冶炼废渣堆存侵占土地，污染毒化土壤、水体和大气，严重影响生态环境，造成明显或潜在的经济损失和资源浪费。据估算以每吨冶炼废渣堆存的经济损失14.25元计，每年造成经济损失28.5亿元。所以，冶炼废渣的无害化、资源化处理是我国乃至世界各国十分重视的焦点，也是我们推进循环经济的中心内容之一。
二、微粉成分及工艺
2.1 矿渣微粉
在高炉炼铁过程中，除了铁矿石和燃料（焦炭）之外，为降低冶炼温度，还要加入适当数量的石灰石和白云石作为助熔剂。它们在高炉内分解所得到的氧化钙、氧化镁、和铁矿石中的废矿、以及焦炭中的灰分相熔化，生成了以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的熔融物，浮在铁水表面，定期从排渣口排出，经空气或水急冷处理，形成粒状颗粒物，这就是粒化高炉矿渣。
2.2 微粉制造工艺
2.2.1破碎及预均化
（1）破碎
微粉生产过程中，大部分原料要进行破碎，在物料进入粉磨设备之前，尽可能将大块物料破碎至细小、均匀的粒度，以减轻粉磨设备的负荷，提高磨机的产量。物料破碎后，可减少在运输和贮存过程中不同粒度物料的分离现象，有得于制得成分均匀的生料，提高配料的准确性。
（2）原料预均化
预均化技术就是在原料的存、取过程中，运用科学的堆取料技术，实现原料的初步均化，使原料堆场同时具备贮存与均化的功能。
2.2.2 微粉制备
微粉生产过程中，粉磨作业需要消耗的动力约占全厂动力的60%以上，其中微粉粉磨占30%以上，因此，合理选择粉磨设备和工艺流程，优化工艺参数，正确操作，控制作业制度，对保证产品质量、降低能耗具有重大意义。
工作过程中电动机通过减速装置带动磨盘转动，物料通过锁风喂料装置经下料溜子落到磨盘中央，在离心力的作用下被甩向磨盘边缘受到磨辊的辗压粉磨，粉碎后的物料从磨盘的边缘溢出，被来自喷嘴高速向上的热气流带起烘干，根据气流速度的不同，部分物料被气流带到高效选粉机内，粗粉经分离后返回到磨盘上，重新粉磨；细粉则随气流出磨，在系统收尘装置中收集下来，即为产品。没有被热气流带起的粗颗粒物料，溢出磨盘后被外循环的斗式提升机喂入选粉机，粗颗粒落回磨盘，再次挤压粉磨。采用立式磨单独粉磨矿渣，可以利用立磨热风炉提供的热气，实现矿渣的烘干兼粉磨过程，合格的矿渣微粉进入矿渣粉库。
三、节能改造
此现场工艺中，收尘环节的风量需求远小于风机的额定值；之前一直采用调节入口挡板来调节风量，而根据空气动力学原理，这种方式会使很多能量直接损失在挡板上，且效果也不如意。为了降低能耗，该公司决定在收尘主风机环节采用变频调速装置；在众多竞争者中，汇川高压变频器力压群雄，中标此项目。后来的运行状况，也证明了选用汇川HD90高压变频器实为明智之举。
3.1 现场状况
河北某水泥现场的主抽风机采用汇川技术HD90高压变频器，负载为：10kV 1250kW电机拖动的收尘主风机
运行状况：全天24小时运行
风量控制：入口挡板调节，正常工作时阀门开度为40% ；详细参数如下：
3.2 改造方案
3.2.1 前期考察
通过对现场工艺及电控方式的考察，负载风机为常见的W8系列离心风机，而电控采用DCS控制方式。最后综合分析现场各因数，为其选配的高压变频器型号为：HD90-J100/1600-DN。
图3 主回路电气图
3.2.2 技术方案
a）主回路：采用一拖一手动旁路方案，见图3。
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。高压开关QF、电动机M为现场原有设备。
b) 控制回路：利用原有的DCS控制平台，远程调速、远程监控运行频率和输出电流等。
四、汇川技术HD90高压变频器改造优势
4.1 HD90高压变频器技术特点
汇川技术HD90高压变频器以高速浮点DSP为控制核心，采用功率单元串联多电平技术，属高-高电压源型变频器，其谐波指标远小于IEE519-1992的谐波国家标准，输入功率因数高，输出波形质量好，不必采用输入谐波滤波器、功率因数补偿装置和输出滤波器；不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，可以使用普通的异步电机。汇川技术HD90高压变频器除具有以下特点：
(1)采用高速DSP+RAM+FPGA作为核心处理器，运算速度更快，控制更精准。
(2)飞车启动功能。能够识别电机的速度并在电机不停转的情况下直接启动。
(3)具备突发相间短路保护功能。如果由于设备原因及其他原因造成输出短路，此时如果变频器不具备相间短路保护功能，将会导致重大事故。汇川变频器在发生类似问题时能够立即封锁变频器输出，保护设备不受损害，避免事故的发生。
(3) 节能数据实时显示功能。HD90系列高压变频器的人机界面采用汇川技术自己的HMI产品实现，具备多个参数实时显示功能，特别是可以显示HD90高压变频器的节电数据。
(4) 来电自启动及低电压穿越功能，当现场电压瞬间跌落或波动时、系统可保证瞬间失电不跳闸，且在失电后5个周期内变频器运行不受影响，超过5个周期变频器自动降额运行，失电超过9s后变频器停机。该特点保证设备在电网波动的情况下，最大限度实现连续生产，从而提高系统的生产效率。
(5）远程监控功能，HD90可以选配无线通讯、现场总线两种模式，实现远程数据中心24小时记录数据。
4.2 变频改造
经汇川HD90高压变频改造后，各项性能指标均达到了设计要求。并对变频器在各种工况下进行了鉴定性测试。测试项目及结果为：
1） 加速时间：满载时，从0Hz加速至50Hz，只需要38秒，远远低于客户要求的加速时间最大值60秒。
2） 减速时间：满载时，从50Hz减速至0Hz，只需要65秒，同样也远远低于客户要求的减速时间最大值100秒。
3） 实际节电：正常生产后，不再控制风机的风门，而将其全部打开，变频器只需运行到32～35Hz，其输出功率就可以满足生产，实际的输出功率为590kW左右，保守估计每年节约电费为180万元。
4） 该用户之前在给水泵上选用过某其他厂家高压变频器，每次从高频向低频调速时，都会报过压故障。针对此问题，应客户要求，此次对汇川HD90高压变频器连续做了5次减速停车实验，期间速度响应快，且无任何故障发生。
5） 节省人力：改造前，需要专门人员调节风门；变频改造后，只需在DCS控制台进行远程调速即可。
6） 将运行风机改用变频控制后，可彻底避免大功率电动机启动时的冲击力矩对电机的损坏。延长了电机和管道的检修周期，减轻了检修人员的维护工作量；提高了机组自动装置的稳定性，为机组的经济优化运行提供了可靠保证；风机的运行参数得到了改善，提高了运行效率。
7） 采用变频调速，电动机转速降低使环境噪音影响得到大大改善。
8） 变频器启动，属于无扰启动，不会对其他负载产生电流冲击。
图5 现场应用照片
五、结束语
HD90系列高压变频器为苏州汇川技术有限公司的成熟产品，此次现场的良好运行，也有力证明了我公司的磁链闭环控制技术较同类厂家的控制方式更先进。近年来，HD90系列高压变频器广泛用于冶金、电力、石化、矿山、建材和市政等领域；拖动的负载有风机、水泵、提升机、皮带机、空压机、密炼机和搅拌机等。其良好的性能，已经赢得了用户的口碑。
高压变频器经历了残酷的价格战洗礼，现在市场已趋于平稳；而性能和质量已成为当今用户追求的重点。汇川HD90系列高压变频器从问世之初，就以高性能和好质量定位；之前的事实已经说明，HD90系列高压变频器已经从诸强中脱颖而出。
深圳市汇川技术股份有限公司
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