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水泥厂工艺及电机变频改造

来源：江南JN体育-新闻发布时间：2023-11-07 19:13:40

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1、水泥厂工艺及电机变频改造目录一、水泥厂生产的基本工艺及主要设备 11 水泥生产线水泥生产线二、水泥厂主要使用电机简介 4三、高温风机变频节约能源改造 51 高温风机特殊工艺对变频器的要求 52 高温风机变频改造案例 6四、窑头、窑尾排风机工艺及变频改造 141 窑头、窑尾排风机工艺 142 窑头、窑尾排风机变频改造案例 14五、水泥粉磨工艺中变频改造特点 19六、高压变频器在水泥生产线风机应用的主体问题与应对措施 20水泥生产企业是国民经济生产中的能源消耗大户，水泥行业已被列为国家节约资源的重点领域之一。在国务院提出加快建设节约型社会的政策环境下，提高

2、水泥行业的节约型制造和应用水平，建立节约型水泥工业体系意义重大。在当前国内外能源供需矛盾突出的情况下，水泥生产企业必须通过各种途径降低能耗，以获得最佳的经济效益和最高的劳动生产率。在水泥的生产中，电动机负载电耗就占成本近30%，而拖动风机用的高压电动机在电机中占有很大的比重，对于一条水泥生产线%勺电能是用于拖动各种类型风机上，因此做好风机电动机的降耗增效工作就显得极为重要。一、水泥厂生产工艺及主要设备1、水泥生产线介绍水泥生产线（水泥厂设备）是生产水泥的一系列设备组成的水泥设备生产线。主要由破碎及预均化、生料制备均化、预热分解、水泥熟料的烧成、水泥粉磨包装等

3、过程构成。2、水泥生产线主要设备水泥设备包括：水泥回转窑、旋风预热器、篦式冷却器水泥回转窑是煅烧水泥熟料的主要设备，已被广泛用于水泥、冶金、化工等行业。该设备由筒体、支承装置、带挡轮支承装置、传动装置、活动窑头、窑尾密封装置、燃烧装置等部件组成，该回转窑具有结构简单，运转可靠，生产过程容易控制等特点。旋风预热器适于各种窑型配套使用（见目录中所列），在转化、消化引进日本川崎日产800吨、日产1000吨水泥熟料的主要设备基础上，研制了日产500吨、 2000吨带分解炉的五级悬浮预热器。预热器可广泛应用于大中小水泥厂设备的新建和改造。篦式冷却机是一种骤冷式冷却机，其原理是：用鼓风机吹冷风

5、和gypsum 厂SR皿图i-i水泥生产工艺流程?破碎及预均化（1）破碎水泥生产过程中，大部分原料要进行破碎，如石灰石、黏土、铁矿石及煤等。石灰石是生产水泥用量最大的原料，开采后的粒度较大，硬度较高, 因此石灰石的破碎在水泥机械的物料破碎中占有比较重要的地位。（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。? 生料制备水泥生产过程中，每生产1吨硅酸盐水泥设备至少要粉磨 3吨物料（包括各种原料、燃料、熟料、混合料、石膏），据统计，干法水泥生产线粉磨作业需要消耗的动力约占全厂动力的60%以上，其中生料粉磨占3

6、0%以上，煤磨占约3% 水泥粉磨约占40%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。? 生料均化新型干法水泥生产过程中，稳定入窖生料成分是稳定熟料烧成热工制度的前提，生料均化系统起着稳定入窖生料成分的最后一道把关作用。? 预热分解水泥机械把生料的预热和部分分解由预热器来完成，代替回转窑部分功能，达到缩短回窑长度，同时使窑内以堆积状态进行气料换热过程，移到预热器内在悬浮状态下进行，使生料能够同窑内排出的炽热气体充分混合，增大了气料接触面积，传热速度快，热交换效率高，达到提高窑系统生产效率、降低熟料烧成热耗的目的。

7、（1）物料分散换热80%在入口管道内进行的。喂入预热器管道中的生料，在与高速上升气流的冲击下，物料折转向上随气流运动，同时被分散。（2）气固分离当气流携带料粉进入旋风筒后，被迫在旋风筒筒体与内筒（排气管）之间的环状空间内做旋转流动，并且一边旋转一边向下运动，由筒体到锥体，一直可以延伸到锥体的端部，然后转而向上旋转上升，由排气管排出。（3）预分解预分解技术的出现是水泥设备煅烧工艺的一次技术飞跃。它是在预热器和回转窑之间增设分解炉和利用窑尾上升烟道，设燃料喷入装置，使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程，在分解炉内以悬浮态或流化态下迅速进行，使入窑生料的分解率提高到90%

8、以上。将原来在回转窑内进行的碳酸盐分解任务，移到分解炉内进行；燃料大部分从分解炉内加入，少部分由窑头加入，减轻了窑内煅烧带的热负荷，延长了衬料寿命，有利于生产大型化；由于燃料与生料混合均匀，燃料燃烧热及时传递给物料，使燃烧、换热及碳酸盐分解过程得到优化。因而具有优质、高效、低耗等一系列优良性能及特点。? 水泥熟料的烧成生料在旋风预热器中完成预热和预分解后，下一道工序是进入回转窑中进行熟料的烧成。在回转窑中碳酸盐进一步的迅速分解并发生一系列的固相反应，生成水泥熟料中的等矿物。随着物料温度升高近时，等矿物会变成液相，溶解于液相中的和进行反应生成大量（熟料）。熟料烧成后，温度开始降低

9、。最后由水泥熟料冷却机将回转窑卸出的高温熟料冷却到下游输送、贮存库和水泥机械所能承受的温度，同时回收高温熟料的显热，提高系统的热效率和熟料质量。? 水泥粉磨水泥机械是水泥制造的最后工序，也是耗电最多的工序。其主要功能在于将水泥熟料（及胶凝剂、性能调节材料等）粉磨至适宜的粒度（以细度、比表面积等表示），形成一定的颗粒级配，增大其水化面积，加速水化速度，满足水泥浆体凝结、硬化要求。? 水泥包装水泥出厂有袋装和散装两种发运方式。二、水泥厂主要使用电机简介1，窑尾高温风机电机。高温风机是烧成系统的动力源，窑系统，预热器系统环境负压，气体流动都由高温风机提供动力。一般5000t/d线度，最大450度。2,窑头风机电机窑头排风机为窑头收尘器提供负压，并将废弃排入大气。3，窑尾风机电机。窑尾排风机为窑尾收尘器提供负压，并将废弃排入大气。工作环境温度100150 度。4,水泥磨排风机为系统提供负压，保证气体在水泥磨得风速，并将收尘器排出的废弃排空。5，窑主直流传动电机直流水泥窑电动机的启动力矩可达额定力矩的2.5倍。而且可以连续过载1-3min，12.电机可承受短时1min过载，经常使用时1.3倍，偶尔使用时1.5倍6,下面是某水泥厂用到的主要的高压电机设备名称型号功率电压数量石灰石破碎电机YRKK500-6800KW1

12、KW10KV1辊压机系统排风机电机YPKK450-8315KW10KV1F面就介绍一下主要电机的变频改造及注意事项三、高温风机变频节能改造（一）高温风机特殊工艺对变频器的要求回转窑（旋窑）是一个有一定斜度的圆筒状物，预热机来的料从窑尾进入到窑中，借助窑的转动来促进料在旋窑内搅拌，使料互相混合、接触进行反应，物料依靠窑筒体的斜度及窑的转动在窑内向前运动。窑内燃烧产生的余热废气，在窑尾高温风机的作用下，通过预热器对进入窑尾前的生料进行预热均化，降温后的余热废气再通过高温风机抽出进入废气处理（除尘及排出）。均化好的生料预热后在回转窑内煅烧成熟料，回转窑内需要合适的气压及温度，才能使煤粉有一定的

13、悬浮时间进行充分燃烧，生料才能在窑内达到很好的热处理。窑内因物料的堆积变化很大，所以瞬时气压变化频繁。窑尾高温风机一方面用来调整窑内气压，另一方面回转窑内锻烧后的高温熟料出来有废气，废气带灰，通过窑尾高温风机引出由电收尘器将灰尘进行处理，再将废气排掉。干法水泥生产线的窑尾高温风机是保证窑内负压的重要负载，但是在以往工频运行、采用液力耦合器调速的高温风机常见由于管道“塌料”导致高温风机电机过负荷跳闸，导致生产中断。高温风机由于“塌料”导致的过负荷是由于在旋窑水泥生产线生产过程中的预热器管壁上的粉尘粘附到一定厚度时就会坍塌脱落，造成管道内粉尘浓度增大，阻力增加，负压升高，使排风机负荷

14、增加。此外，如果垂直烟道或预热器内在清洁皮或有物料塌料时，同样也会造成气流波动，使排风管内气流紊乱，造成高温风机过负荷停机，该现象的频繁出现对高温风机电动机造成损坏。在实际使用过程中的“塌料”现象，会不定期的导致电机运行电流在极短的时间内超出正常电流的数倍，如使用一般厂家的通用型高压变频器会导致变频器运行过程中频繁跳机，直接影响高温风机与生产线的正常运行。（二）高温风机的变频改造案例1引言在国务院提出加快建设节约型社会的政策环境下，提高水泥行业的节约型制造和应用水平，建立节约型水泥工业体系意义重大。在当前国内外能源供需矛盾突出的情况下，水泥生产企业必须通过各种途径降低能耗，以获得

15、最佳的经济效益和最高的劳动生产率。水泥生产企业是国民经济生产中的能源消耗大户，水泥行业已被列为国家节约世界资源的重点领域之一。在水泥的生产中，电动机负载电耗就占成本近 30 %，而拖动风机用的高压电动机在电机中占有很大的比重，对于一条水泥生产线%的电能是用于拖动很多类型风机上，因此做好风机电动机的降耗增效工作就显得极为重要。如果利用变频调速技术改变设备的运行速度，以调节风量的大小，可以既满足生产要求，又达到节约电能，同时减少因调节挡板而造成挡板和管道的磨损及经常停机检修所造成的经济损失。随着电力电子技术及电子技术的发展，变频技术日趋成熟，国际上对于风机的风量、风压调节已

16、普遍摒弃靠调整配套的风门开度的手段，改而采用变速的电气传动调节，变频调速已成为风机、泵类节能降耗的最佳、首选的电气传动方案。高压变频器器成为国家水泥节能设计规范标准要求的设备。我国在 2007年10 月25日颁布、2008年5月1日起执行的强制性标准GB50443-2007水泥厂节能设计规范中的第435条规定：“窑尾高温风机应采用变频调速装置”。 2现场工艺情况及调速方式选择淄博鲁中水泥有限公司经过十年的持续健康发展，目前已初步形成集水泥制造、热力发电和氟化盐生产为一体的循环型经济实体，连续三年荣膺“淄博市百强工业企业”，并跨入中国水泥五十强。淄博鲁中水泥有限公司新上5000t

17、/d新型干法水泥生产线，旋窑内燃烧产生的余热废气，在窑尾高温风机的作用下，通过预热器对进入窑尾前的生料进行预热均化，降温后的余热废气再通过高温风机抽出进入废气处理（除尘及排出）。均化好的生料预热后在回转窑内煅烧成熟料，回转窑内需要合适的气压及温度，才能使煤粉有一定的悬浮时间进行充分燃烧，生料才能在窑内达到很好的热处理。窑内因物料的堆积变化很大，所以瞬时气压变化频繁。窑尾高温风机一方面用来调整窑内气压，另一方面回转窑内锻烧后的高温熟料出来有废气，废气带灰，通过窑尾高温风机引出由电收尘器将灰尘进行处理，再将废气排掉。由于其工艺上的要求控制窑尾预热器的压力，通过 DCS的控制来对高温风机的

18、风量进行调节，高温风机的电机以前一般采用采用液力耦合器、绕线式电机转子串水阻等方式进行调速，水泥厂领导经过慎重考察，比较液力耦合器调速与高压变频调速两种高压电机调速方式，认为：高压变频器调速范围为0-100%,而液力耦合器的调速范围一般为 40-95%，即高速段造成的5%的速度损失，液力耦合器最低一般只能到额定速度的40%。高压变频器在整个调速范围内都具有较高的效率（大于96%），而液力耦合器在调速越低时效率越低，本身带来不小的损耗，调速的节能效果大打折扣。高压变频器对电机及负载机械实现真正的软启动，如果工艺需要，电机可以在短时间内多次重复启动，液力耦合器不能解决电机启动问题，电

19、机仍然为直接启动，需要启动装置，启动冲击也大，并且不能频繁启动。高压变频器是高科技产品，可靠性高，基本免维护，万一变频器故障，电机还可以直接挂电网工频运行，不会造成生产损失，而液力耦合器本身包含油路，水路等多套系统，故障率高，液力耦合器一旦故障，负载机械将无法运行，只能停机维修。维修工作量大，造成有效工作时间的缩短。高压变频器不会因为电机速度的高低而增加成本，而低速大容量的电机用液力耦合器调速，成本将大大增加，有些时候甚至无法实现。用变频调速取代液力耦合器初始投资大一些，投资回收期很短，从经济角度考虑是值得的，从节能减排的角度考虑更具有很大的社会效益。由于变频调速性能优于其他调速技术，

20、安装现场条件又比较灵活。随着高压变频器的价格逐步下降，高压变频器的性价比优势越来越突出，而且水泥行业变频改造已非常普遍。经过招标方式，选取山东新风光电子科技发展有限公司生产的JD-BP38-2500F型（2500KW/10KV ）高压变频器对窑尾高温风机进行变频拖动控制，改造取得了成功，本文对风光牌 JD-BP38-2500F型高压变频器在 5000t/d窑尾高温风机的应用情况进行简要介绍。3现场窑尾高温风机及电机参数3.1电机参数*1电贬数型号YP*3aOO-6孤定电压1000 Q颔左电益Z颔定功率（KV）2500鞭定频率（血）500,9埶宦轉速匕皿）的5絶隊手级F生产厂商兰州电机股

21、份有限公司3.2窑尾高温风机参数*2窑區高掘恻机羞数农载吝称高温风机所带负裁类型离心风机KB-2A03151额走功率（KV）2500920000颔定特遠（rpix）995生产厂裔江苏金通员风机般份有限公司4山东新风光电子JD-BP38系列突出特点2007年9月，风光牌JD-BP38系列高压变频调速系统荣获“中国名牌”称号，山东新风光是国家高新技术企业，生产的风光牌JD-BP38系列高压变频调速系统以高速DSP为控制核心，采用无速度矢量控制技术、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

22、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。产品2003年被列为国家重点新产品，高压提升机变频调速系统 2005年被列为国家火炬计划项目，获科技部中小企业技术创新基金项目资助。2007年，高压变频调速系统荣获山东省重大节能成果奖。（1）采用高速DSP作为中央处理器，运算速度更快，让控制更精准。（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起动。（3）完整的工频/变频自动互切技术：现在的高压变频调速系统一般设置工频旁路切换柜，变频器发生故障时能使高压电机转至工频运行，旁路切

23、换有手动旁路和自动旁路切换两种型式，手动旁路需人工操作，时间较长，适应于无备用装置或不重要的运行工况，自动旁路可在变频器发生故障后直接自动转换至工频运行。我公司提供的自动旁路切换柜，不仅可实现变频故障情况下自动由变频转换至工频运行状态，还可实现在变频检修完毕后由工频瞬间转换至变频的功能，整个转换过程不会对用户设备的运行造成任何影响。（4）旋转中再启动功能：运行过程中高压瞬时掉电三十秒钟内恢复，高压变频器不停机，高压恢复后变频自动运行到掉电前的频率。（5）线电压自动均衡技术（星点漂移技术）：变频器某相有单元故障后，为了使线电压平衡，传统的处理方法是将另外两相的电压也降至与故障相相同的电压，

24、而线电压自动均衡技术通过调整相与相之间的夹角，在相电压输出最大且不相等的前提下保证最大的线）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。我公司的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。5高压变频器在水泥行业应用中的主要问题及应对措施5.1高温风机的管道“塌料”问题导致电机过流甚至跳停问题在实际使用过程中的“塌料”现象，会不定期的导致电机运行电流在极短的时间内超出正常电流的数倍，如使用目前国内外一般厂家的通用型高压变频器，可能导致变频器运行过程中频

25、繁跳机，直接影响高温风机与水泥生产线的正常运行。新风光公司生产的水泥行业专用变频器采用无速度矢量控制技术，技术人员针对水泥厂高温风机塌料引起的电机过载保护现象，采用矢量控制原理，在塌料发生时，变频器能够根据测量到电压、电流信号的变化，以及事先测得的电机参数，根据内建的电机模型，计算出电机的磁通位置、磁通幅值、输出转矩和电机转速。而后根据该转速与给定转速的偏差，对输出转矩进行控制，使得即使塌料发生时变频器照样运行不过载，有效地避免了其他厂家的通用高压变频器载运行中由于“塌料”所导致的反复跳机，保证了生产的连续运行。5.2高温风机变频的电源波动与运行可靠性问题水泥行业连续生产的性质决定

26、了用于水泥厂用的高压变频器需要有很高的可靠性，保证安全生产。国内的许多企业往往装备多条生产线，每条生产线均有主要辅机设备组成，每当大容量辅机设备启动时，电源母线电压都有较大的跌落（超过-15%），会影响到同条母线上的其他设备正常运行，针对这种现象，风光高压变频器在软件上进行了特殊设计，保证了电网电压在-35%-15%波动时变频器维持运行，不停机。5.3变频器应用的环境与散热问题由于水泥现场粉尘较大，环境相对恶劣，作为电子与电力电子设备，而且由于产生约34%的损耗发热需要散热，而一般采用风冷散热，新风光公司生产的水泥行业专用变频调速系统，系统的器件选型设计裕度大，单元布局独特布局，

27、优化散热器与风道设计，提高单元散热效果，以确保系统运行温升低，环境适应能力强，实践证明可以经受住水泥厂恶劣环境的考验。6项目实施改造方案根据用户现场的实际情况，旁路柜采用了一拖一工变频自动转换方案。如图1所示。旁路柜中，共有2个高压隔离开关和2个真空接触器，为了确保不向变频器输出端反送电，KM3与KM4采用电气互锁。当K1、K3、KM1和KM3闭合，KM4断开时，电机变频运行；当 KM1、KM3断开，KM4闭合时，电机工频运行，此时变频器从高压中隔离出来，便于检修、维护和调试。旁路柜必须与上级高压断路器 DL连锁，DL合闸时，绝对不允许操作变频输出隔离开关，以防止出现拉弧现象，确保操作

28、人员和设备的安全。旁路柜用户选配自动旁路柜，并且选择“手动”模式，则具体转换过程如下:Stepl:执行变频调速系统停机操作。Step2:断开交流进线:断开变频调速系统的输入侧刀闸 K1。Step4:断开变频调速系统的输出侧刀闸 K3。Step5:合变频调速系统的旁路开关KM4。Step6:关闭所有的门（控制柜除外）。Step7:合交流进线断路器。用户选选择“自动”模式，则变频调速系统根据故障情况自动完成到工频旁路运行的转换。具体转换过程如下：JD-BP38系列变频器在变频运行中出现故障后，控制器发出节点信号控制进线和变频器输出线、，然后控制器向 PLC发送变频转工频信号，延时一定时间后，旁路开关KM4进行合闸。保护：保持原有对电机的保护及其整定值不变。风光高压变频器调试非常方便，在确认现场接线正确无误后，用变频器人机界面设定基本参数后，即可完成设置。高压变频器一次安装调试成功， 2009年 9月份投入正常使用，通过近半年的运行观察，改造达到了预期目的。7运行效果高压变频器控制窑尾高温风机，主要有以下优点：（1）运行稳定，安全可靠。从变频器顺利投运以来，对变频器输入变压器温升、功率单元温升、输出电压、输出电流等各项参数定期巡检，完全正常。变频器运行一直十分稳定，为水泥厂安全可靠生产提供了强有力的保证。对于用户来说，

30、只需定期对变频器除尘，不用停机，保证了水泥生产的连续性。（2）电机及机组运行平稳，各项指标满足工艺要求。在整个运行范围内，电机始终运行平稳，温升正常。风机启动时的噪音和启动电流非常小，无任何异常振动和噪音。（3）变频器的三相输出波形完美，非常接近于标准正弦波。经过现场测试，变频器的三相输出电压波形、电流波形非常标准，说明变频器完全可以控制一般的普通电动机运行，对电机无任何特殊要求。（4）运行工况改善，工人劳动强度降低。随着水泥厂高温风机生产的基本工艺的需要，调节风机的转速，进而调节风机风量，满足生产工艺的需要，工作强度大大降低。独有的飞车启动功能，可以使风机电机在旋转的状态下，自动识别电

31、机转向，跟踪电机转速直接启动，不必使电机停止后再启动，变频启动非常方便。（5）人机界面采用全中文界面，界面显示电压、电流、转速、频率、各种运行状态指示，故障报警指示，操作简便直观，方便国人使用习惯。(6) 节能效果明显为了对窑尾高温风机系统变频改造后的效果进行评价，在系统投入正常运行后对设备实际使用和节电情况进行了测定和数据分析。工、变频生产工况基本相同，随机抽取一个正常工作日，将系统切换工频运行采用风门调节风量，网侧记录运行数据，然后将系统切换变频运行，记录运行数据，具体数据如下表 3示:a 3 工、变频运行数据对比工频运行变频运行生产量310t/h生产量312t/h凤门开窿80

33、3 元=1577160 元。8结束语淄博鲁中水泥有限公司通过对窑尾高温风机的变频调速改造，改善了生产工艺，取得了良好的经济效益。在水泥行业应用高压变频器节能降耗，是国家大力提倡节能降耗的技术手段。随着高压变频器技术的进一步成熟，将会有越来越多的水泥厂加入改造之列。四、窑头、窑尾排风机工艺及变频改造（一）、窑头、窑尾排风机工艺（1）水泥生产中，需要经常通过调节窑头排风机、预热器高温风机和窑尾排风机的风量大小来满足工艺生产需要。由于窑况在变化，工艺在变化，风量就需要调整，窑头排风机的风量调节是通过调节风门的大小来调节风量的，大量的能量无端地损失在挡风板上。（2）窑头排风机风门调节方式控

34、制引风量变化，控制窑头微负压，调节精度差。因为开合度大小不与流量成比例，所以不能充分满足工艺要求。同时启动电流大，噪音大，因此工作效率低。（3）窑尾排风机在作为废气处理风机的同时，也承担着原料磨烘干生料的任务。当原料磨运行时，窑尾排风机负荷最大，基本为满负荷，风门基本全开；当原料磨停止运行时，窑尾排风机所需风量减小，此时需要调节出口风门来调节风量。（4）依靠调整风门档板的开度来调节风量的大小，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，对现场的风量控制不是很到位，甚至会出现满足不了现场生产的情况。2）风门调节浪费电能，不科学，不经济。采用风门调节虽

35、然结构相对比较简单，投资较小，但是采用风门调节，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，电机轴承等机械部分磨损严重，同时转子滑环上的碳刷磨损相当严重，更换周期短。（二）窑头、窑尾排风机的变频改造案例1、工矿简介安徽菲达水泥有限公司地处安徽省广德县新杭镇，是苏浙皖三省八县（市）交界处，东临杭嘉湖、北倚苏锡常，交通便捷，运输发达。公司拥有二条日产 2500吨新型干法水泥熟料生产线亿元，两条熟料生产线万吨，产品主要销往浙江、江苏、上海等地。水泥厂1#、2#窑头

36、排风机采用异步电动机拖动，原来的电机运行方式为全速运行，风量调节采用挡板控制开度，电能白白消耗在挡板上，风机效率低下，针对这种状况，水泥厂领导下决心对窑头排风机进行调速改造。2、窑头排风机调速方案选择目前，大功率异步电动机调速方式，主要采用以下几种方式：（1）液力耦合器方式。即在电机和负载之间串入一个液力耦合装置，通过液面的高低调节电机和负载之间耦合力的大小，实现负载的速度调节，调速范围有限，高速丢转约5%-10%，低速转差损耗大，精度低、线性度差、响应慢。这种调速方法实质上是转差功率消耗型的做法，其主要缺点是随着转速下降效率越来越低、维护工作量大，属低效调速方式。（2）串级调速。串

37、级调速必须采用绕线式异步电动机，将转子绕组的一部分能量通过整流、逆变再送回到电网，而现在工业现场几乎都采用鼠笼式异步电动机，更换电机非常麻烦。这种调速方式的调速范围一般在70%-95%左右，调速范围窄。容易造成对电网的谐波污染，功率因数低；串级调速电机受转子滑环的影响，维护工作量大，属于落后技术。（3）变频调速技术是20世纪年代末兴起的一种新型电力传动调速技术，它以转矩大、精度高、功能强、可靠性高，操作方便，便于通讯等功能优于以往的传统调速方式（如变极调速、调压调速等）。变频调速运行，是根据负载转速的变化要求，改变供电电流的频率，并配合电压的调节，以获得合理的点击运行工况。在不同的

38、转速情况下，均保持较高的运行效率。变频控制技术的应用，不仅降低了电能消耗，同时能改善启动性能，保护电动机及负载设备免受瞬时启动冲击，延长其工作寿命，还提高电动机及负载设备的工作精确度。通过对以上高压电机调速方式比较，水泥厂领导决定采用高压变频器对 1#、 2#窑头排风机进行改造。经过多方比较性价比，通过招标方式，选用了中国名牌产品 -山东新风光电子科技发展有限公司生产的JD-BP38-280F型高压变频器，一拖一控制，共计 2 台高压变频器。改造取得了成功。3、现场窑头排风机及电机参数现场窑头排风机及电机参数如表1和表2所示表1电机裁数1將头諏机所带负致类型亂风机电机型号MKbtXHQ

39、極定电压(V)10000靈定电流(A)210瓏功率280癡孵(血)50M睪因数站4额罡蘇(rpd594F生产商南阳腓集团有限公司表2风机参数幽风机X3NQ 260龜飓(Pa)1450霰定代* (m7h)420000貌定竦速W594额定功率(浮)260皿度代)230主立商浙江鹘星諏矿4、项目实施改造方案根据现场的实际情况，旁路柜采用了一拖一手动方案。此结构是手动旁路的典型方案手动旁路柜。如图1所示。旁路柜中，共有3个高压隔离开关，为了确保不向变频器输出端反送电，K2与K3采用电磁互锁操动机构，实现电磁互锁。当K1、K3闭合，K2断开时，电机变频运行；当K1、K3断开，K2闭合时，电机工频

40、运行，此时变频器从高压中隔离出来，便于检修、维护和调试。旁路柜必须与上级高压断路器 DL连锁，DL合闸时，绝对不允许操作旁路隔离开关与变频输出隔离开关，以防止出现拉弧现象，确保操作人员和设备的安全。1手动旁路柜一次回路图故障分闸：将变频器“高压分断”信号与旁路柜“变频投入”信号串联后，并联于高压开关分闸回路。在变频投入状态下，当变频器出现故障时，分断变频器高压输入；旁路投入状态下，变频器故障分闸无效。保护：保持原有对电机的保护及其整定值不变。风光高压变频器调试非常方便，在确认现场接线正确无误后，用变频器人机界面设定基本参数后，即可完成设置。人机界面采用全中文界面，方便国人使用习惯。改

41、造需要注意的几点：由于现场灰尘太多，而变频器为强迫风冷，为避免灰尘对变频器造成影响，在房间通风设计上，采用大面积专用进风窗，房间不设其他窗户，基本上是密闭设计，通风窗采用专用过滤网，最大限度地减少进入变频器室内的灰尘，过滤网定期除尘，保证变频器长期安全运行。水泥行业连续生产的性质决定了用于水泥厂用的高压变频器需要有很高的可靠性，保证安全生产。水泥厂一般地处偏远，供电质量相对不高，对设备的电网适应性问题突出。相对适应进口品牌高压变频器，风光牌高压变频器拓扑结构采用功率单元串联技术方案，产品具有对电网电压的适应范围宽(一65%115% Un)，单元故障自动旁路、工频旁路、瞬时停电再启动功能、

42、相间短路等多项完善的保护功能技术，提高了抗电网波动和负载扰动能力，大大提高应用的可靠性。5、改造效果(1) 节能效果明显。改造前，风机挡板开度为 50%左右，安装高压变频器后，风机挡板开度为 100%，改造前，运行电流一般为18A左右，平均每小时耗电230.7KW h,变频器改造后，变频器运行频率一般为 34.7Hz，运行电流下降到6A左右，平均每小时耗电93.5KW h，每小时省电137.2KW h，年按7000小时计算，年节省电量 960400KW h0(2) 安装简单，即将原高压开关柜与电动机之间插入安装变频器，对原有接线) 提高了窑头排风机系统运行效率，实现了风

43、机系统的最佳工况运行。(4) 减少了维护工作量和维护费用，延长了设备的使用寿命。原窑头排风机在运行过程中，风机和电机始终满负荷运行，维护工作量大，检修费用高。采用变频技术调速后，设备随生产工艺变负荷运行，大大降低了设备负荷率，延长了风机、电机等设备的使用寿命。(5) 变频器具有多项保护功能，十分完善。与原来旧系统相比较，变频器具有过流、短路、过压、欠压、缺相、温升保护等多项保护功能，更精确地保护了电机。(6) 调速范围宽，调速精度高。与过去挡板调节风量相比较，采用变频拖动风机可以在 250Hz范围内任意调节，调节精度高，调节频率波动可保持在 0.10.01Hz范围内，便于实现风机系统

44、自动化控制。&结束语总之，山东新风光电子科技发展有限公司生产的JD-BP38-280F高压大功率变频器在安徽菲达水泥有限公司窑头排风机上的改造是成功的，它不仅满足了风机系统生产工艺的要求，节能效果显著，而且性能稳定，运行可靠。鉴于风光牌 JD-BP37型高压大功率变频器的出色表现，同时改造的2#窑头排风机系统，该公司也采用我公司生产的高压大功率变频器。五、水泥粉磨工艺中变频改造特点在水泥粉磨工艺中球磨机入磨物料粒度的大小，对其台时产量影响较大，预破碎工艺作为提高磨机台时产量、降低粉磨电耗的重要途径，引起了许多水泥企业的重视。根据工艺要求，水泥立窑放料每次持续23min，间隔23min，但目前

45、几乎所有水泥企业中破碎机处于工频恒速运行状态，24h连续运转，造成电能的巨大浪费，并影响电机和破碎机的使用寿命。另一方面，由于破碎机具有十分大的惯性，不易频繁启停，所以即使使用变频器也难以解决系统制动时产生的泵升电压引起保护电路动作，使系统无法正常工作。针对系统的以上特点，利用系列变频器实现破碎机的变频调速和软启动；利用再生能量回馈单元克服破碎机制动过程中产生的过高的泵升电压；利用PLC实现系统的逻辑闭环控制，使破碎机的工作与立窑放料同步，实现间歇运行。从而在改善工艺控制质量的同时，最大限度地节约了电能，降低了生产成本。现场调试和运行结果表明，系统运行可靠，节电率可达 60%以

46、上。上述系统已在某水泥厂投入实际运行。系统根据送料信号自动实现启制动运行，破碎机工作速度连续可调。电机可以实现频繁软启动，基本无启动电流冲击，启动力矩足够。系统在变频运行条件下，若变频器突然故障，则自动切换至工频”状态继续运行，同时发出声光报警信号（内部可选）。根据现场工况需要，将有放料信号时变频运行给定频率设为43Hz，系统运行电流为 27A，运行电压280V,改造后的系统平均每年耗电5.7万度。根据现场记录，系统在改造前工作频率为工频50Hz,运行电流为32A，运行电压400V，平均每年耗电19.42万度。改造后的节电率为70.6%。该系统的突出优点如下：1、利用变频调速技术

47、改造了水泥熟料破碎机的拖动系统，满足了破碎机的低速、间歇运行特点，保证了工艺控制质量，节约能源的效果明显，并有利于延长破碎机和电机的使用寿命。2、利用能量回馈控制技术克服破碎机大惯性引起的泵升电压，有效地保证了变频器的安全运行。系统除了变频器和能量回馈装置所具有的20余种保护功能和故障自诊断功能外，还增设了电机过热、控制回路保护及报警。3、利用可编程控制器PLC实现了各种逻辑控制、变频器启制动自动控制及手动 /自动、工频/变频转换和故障自切换等功能，使系统控制灵活方便，功能齐全o六、高压变频器在水泥生产线风机应用的主体问题与应对措施水泥厂因生产线风机从工艺上对风量、压力的调节要求，高压变频器

48、需要针对性有一定的技术要求；更加特别的是设备的应用现场水泥生产线一般粉尘较大，调速机械大多安装在室外或库下，环境较其它行业相比较为恶劣，而高压变频器作为电力电子器件与较精密电子控制组成的系统设备，对环境有相对较高的要求，因此在水泥生产线风机应用的高压变频器设备在设计、安装、运行、维护过程中具有一定的特殊性，比较突出的问题如下：(1) 高温风机的管道塌料”问题导致电机过流甚至跳停问题，目前国内的高压变频器基本解决了高温风机变频器由于塌料”导致的跳闸停运、生产中断的问题，大大由于高温风机停运对生产造成的影响，降低电机设备故障率，取得节能、增效的巨大效益，得到用户普遍认可。(2) 风

49、机高压变频改造对原配液耦、水阻的处理目前国内高压变频技术已经成熟，选用运行可靠的成熟品牌的高压变频器进行风机变频改造后，原来采用绕线式电机转子串水阻调速的，可将转子短接，使滑环不再通过电流，从而降低烧损；原来采用液力耦合器的，可以取消原液力耦合器，可按照液力耦合器的联接尺寸设计制作一套连轴器代替液耦，连接轴的基座安装尺寸、轴连接中心尺寸、轴径尺寸、轴与电机及风机侧的连接靠背轮均与原液耦一致，安装时仅需将原液耦拆除，将连接轴代替液力耦合器，现场仅作少量调整即可达到安装要求。因此高压变频器的改造对于风机及电机不作任何改变，安装方便快捷，运行工艺调节更加方便。(3) 新设计水泥生产线、机采用高压变频器后的电机及其配套选型对于新设计的生产线，设计选用单元级联式的高压变频器后，高压电机可选用一般普通的异步电动机，而不必采用专用变频调速的变频电机” 变频电机”是指对于输出谐波含量较大、电压变化率dv/dt较大的低压变频器和前些年的其他电路结构的进口品牌高压变频器为避免发热绝缘损坏特别设计的加强绝缘、增加散热措施的电动机，变频电机的价格较普通电机要高得多。由于国内市场的主流电路拓扑结构的高压变频器采用的单元级联多电平的输出技术，输出电压的变化率满足一般电机绝缘要求、电流谐波失真小，额外发热很小，鉴于风机的二次方转矩负载特性，一般运行转速在 50%以上时风机不必施加特别散热

51、措施。大量的实际改造运行可以证明，出于降低设备投资考虑，选择合适的高压变频器，不必专用变频电机”不必增加额外的散热措施。另外在如果为避免高压变频器故障后导致的产线停产，不建议再设计液力耦合器，为提高的运行利用率，特别对于窑尾高温风机，为进一步提高生产设备的可靠性，在设计上可依旧选择采用绕线电机转子串水阻调速的设计，作为工频旁路后的工频启动与调速的备用手段。(4) 电网电压波动等电源质量对高压变频器运行可靠性影响问题水泥行业连续生产的性质决定了用于水泥厂用的高压变频器需要有很高的可靠性，保证安全生产。水泥厂一般地处偏远，供电质量相对不高，对设备的电网适应性问题突出。相对适应欧

52、美电网供电质量的进口品牌高压变频器，目前国内高压变频器主流拓扑结构采用功率单元串联技术方案，而不是功率器件直接串联，避免了器件直接串联带来的均压问题，并在系统适应性上做了较多应用性研究工作，提高了高压变频器对国内电源电压工作的鲁棒性。产品具有对电网电压的适应范围宽(65%115% Un)、单元故障自动旁路、工频旁路、瞬时停电再启动功能、包括相间短路保护功能的完善的保护功能等技术，在提咼起动力矩和转速精度的同时，提高了抗电网波动和负载扰动能力，大大提高应用的可靠性。智光电气的高压变频器在几十条生产线的成功运行经验证明，国产高压变频调速技术成熟，适应水泥生产企业的供电水平，满足水泥生产线、对设备的可靠性要求。(5) 高压变频器应用的谐波与干扰影响的问题变频器应用的谐波与干扰问题一方面是变频器输入谐波对电网的影响，如果变频器输入电流谐波较大(比如传统的电流源型变频器)，会产生如下危害：供电系统的继电保护装置误动作，可能会引起大面积停电。测量仪器仪表误差增大，影响计量精度和控制性能。影响其它电力电子装置，电子计算机系统及通信设备的正常工作。谐波使电机，变压器和电容器等用电设备损耗增大，严重时会过热或烧损。目前国内市场的主流电路拓扑结构的高压变频器采用的输入多重化移相整流技术、单元级联多电平的输出技术，输入、输出电流谐波失真极小，满足IEEE 满足IEEE519-1992

54、和GB/T14549-93标准的要求，不会对电网、电机产生超标的谐波污染。大、中型水泥厂自动化水平高，大多数采用自动化仪表和计算机控制系统，对用电系统的谐波要求很高，单元级联式高压变频器在这方面具有很大的优势。变频器应用的谐波与干扰问题的另一方面是外部谐波对高压变频器的影响，由于旋窑的主窑直流传动系统采用直流电机，主电路必然产生较大的谐波，必须采取相应的治理措施，以保证高压变频器的输入电压稳态总谐波含量THD不超过10%,其中任何奇次谐波均不超过5%,任何偶次谐波均不超过2%,短时（持续时间小于30s）出现的任意一次谐波含量不超过 10%。否则对母线别的设备、高压变频器等均可能造成运行中的影响与损害。还有，为避免控制干扰，高压变频器的控制线须采用屏蔽电缆，单端接地，并且在布线时注意与动力线的距离，避免控制线与动力线并行敷设在同一电缆托架（或线框）内；变频器负载输出线需采取屏蔽铠装电缆，单端接地，以避免变频器对附近仪表产生干扰。

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