10000t/d生產(chǎn)線窯尾高溫風機變頻改造

　　我公司2條10000t/d生產(chǎn)線窯尾高溫風機系統(tǒng)的風壓控制原由液力偶合器調節(jié)，液力偶合器本身能耗達10%以上，而且需要油泵及冷卻水來輔助運行，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)水強降溫，水消耗量大，資源浪費嚴重。風機采用液體電阻降壓啟動，還存在以下2個問題：①轉子部分帶有集電環(huán)、碳刷等配件，運行過程中需要對這些配件進行更換或處理，運行維護量大；②部分電能消耗在水電阻上。因此公司決定采用變頻調速技術來對其進行節(jié)能改造。

　　1 設備配置情況
　　原窯尾高溫風機及其拖動電動機參數(shù)見表1。

表1風機及其拖動電動機參數(shù)

　　對比國內外市場上不同的中壓變頻調速方案，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 設備的改造情況
　　改造前期，認真跟蹤電氣備件材料的到貨情況，實施電纜敷設、現(xiàn)場系統(tǒng)設備的設計和出圖等工作。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，動力電纜敷設方便。由于ABB變頻器冷卻方式是風冷，空氣流通量較大，為保障變頻器盡量少受外界灰塵的影響，有足夠的通風冷卻效果，在變壓器柜上部安裝了整體風道，引出室外通風，保證變頻器整體冷卻通風要求。保留中壓斷路器至電動機的動力電纜，將其分為兩段接入隔離柜。按照液力偶合器的連接尺寸設計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，以及軸與電動機及風機側的聯(lián)軸器的連接均與原液力偶合器一致。安裝時，拆除液力偶合器，裝上連接軸，現(xiàn)場僅作少量調整即可達到安裝要求。對原電動機滑環(huán)進行短接處理，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。隔離變壓器報警信號中，只有過流信號進入變頻器柜。
　　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。
　　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)”風機轉速大于10r/min才能啟動，“靜止”風機停止不動或轉速小于10r/min。由于高溫風機啟動前轉速已大于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，所以設計的方案是：在斷路器控制小車內分閘線圈旁并聯(lián)1個線圈作為失壓線圈,原分閘線圈電磁鐵擋片機構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，從而實現(xiàn)了中壓斷路器控制系統(tǒng)電源失壓保護。

　　2）解除中壓控制柜的PROFIBUS-DP總線連接,取消差動報警、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，變頻器同時加裝工頻旁路裝置，可在變頻回路故障時將電動機切換至工頻狀態(tài)下運行。
　　2）取消原高溫風機及液力偶合器油泵、執(zhí)行器、壓力、溫度、轉速等控制程序,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、瓦斯報警信號直接接入DCS控制系統(tǒng)。
　　4）中壓變頻器啟動時間任意可調，實現(xiàn)平滑啟動，對設備運行起到良好的保護。

　　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，風機油站的運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)”，因此增加速度開關檢測風機的轉速，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、轉速等接線。
　　4）在B3GT低壓配電柜增加空氣開關，引出變頻柜、整流變壓器、旁路開關柜的電源;UPS電源也從在B3GT配電柜內引出，通過隔離柜的空端子引入變頻柜。改造后，電動機主接線見圖1。

　　4 效果
　　為比較節(jié)電效果，限定產(chǎn)量10 600t/d，按電度表實際讀數(shù)進行核算。一臺高溫風機改造后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)運行穩(wěn)定，風機運行電流從原來的210A下降到150A左右，大大降低了電耗。按電費為0.6元/kWh，窯運轉率為92%計算，我公司2臺窯尾高溫風機年節(jié)約電費近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)電的標煤可達近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 結束語
　　根據(jù)我公司對萬噸線高溫風機的中壓變頻器的安裝及使用情況，總結變頻器改造有以下優(yōu)點：
　　1）安裝簡單，即將原中壓開關柜與電動機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、停機和轉速調整。
　　3）能進行無級調速，調速范圍廣，且調速精度高，適用性強。
　　4）保護功能完善，故障率低，風機啟動平穩(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公司技術人員交流（可能是過壓原因，并已適當減小了供電電源電壓）。
　　5）由于變頻器取代了液力偶合器調速，消除了機械及液壓高故障率的缺陷，設備維護費用降低。
　　6）電動機運行振動及噪聲明顯下降，電動機負荷端振動由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）。