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高压变频器在水泥粉磨站收尘风机上的应用

作者:本站    来源:原创    时间:2016-08-29     浏览量:806

  一、引言
  粉磨站具有一套年产100万吨水泥生产线,工程设计初期收尘器的收尘风机是定速运行,其风量调节依靠档板开度来控制。考虑产量变化及生产品种的变化(水泥成品的颗粒细度不同),需要不同的风量来满足工艺要求。若用档板调节,不但控制精度较差,而且依靠档板截流来减少风量,电机的出力变化较小,造成大量电能被白白浪费。为了改善工艺、降低能耗,水泥厂的设计人员决定对收尘风机采用变频调速改造,风量的调整决定通过变频器来改变收尘风机的转速来实现。用户通过大量考察论证,最后选用湖南中科电气有限公司的一台高压变频器(型号为CSHF-550/06-A)驱动收尘风机。
  二、现场工艺简介
  1、水泥生产工艺
  水泥的生产步骤,可分为以下八个步骤:
  原料的提取(采矿) 原料的破碎 原料的储存和预均化 原料的粉磨(球磨机) 生料的均化和储存 煅烧(生料通过旋风筒预热后再进入回转窑烘烤物料,煅烧成熟料) 水泥的粉磨(根据水泥的品质,混合其他的化学原料粉磨)。
  水泥的储存与运输 其中物料的粉磨工艺流程是:
  电动机通过减速机带动磨盘转动,物料从下料口落到磨盘中央,在离心力的作用下向磨盘边缘移动并受到磨辊的碾压,粉碎后的物料离开磨盘,被高速向上的气流带至与立磨一体的分离器,粗粉经分离器后返回到磨盘上,重新粉磨;细粉则随气流出磨,在系统的收尘装置中收集下来。
  收尘风机的转速(收尘器所需风量)主要由管磨机内工艺情况(产量及粉的细度)决定。
  2、水泥粉磨系统主要设备:(表一)
设备名称 规格 主要性能 电机功率(kW)
辊压机 RP120-80 辊直径1200mm,
有效宽度899mm
2×500 kW
管磨机 ∮4.2×11.5 能力120t/h 2800 kW
高效选粉机 XWS40 处理能力150 t/h 220 kW
袋式收尘器 LPM2X70 处理风量157000m3/h

 

排风机 R6-2X40No15.57 风量160000 m3/h,
风压7300Pa
450 kW

  3.水泥生产工艺图
  三、收尘风机系统控制方案
  1、主回路方案
  工作原理:变频器为一拖一配置,即一台变频器拖动一台电机。变频器高压进线端直接接于6kV电压等级的主动力电源,输出侧直接连接电机。QF1为用户现场高压断路器,为了实现对变频器故障保护,变频器与QF1的合、分闸回路实现连锁,只有变频器控制系统正常才允许QF1合闸,而变频器重故障则跳开QF1。
  2、控制回路方案
  按照用户要求,变频器可以根据用户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“备妥”、“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。
  变频器概略图如下:
  3、主要技术参数
  序号规 范单位参 数备注
  1使用标准 Q/CP BLH003-2004
  2型式及型号 CSHF-550-06-A
  3制造商及产地 湖南中科电气有限公司
  4技术方案 多级模块串联,交直交、高高方式
  5对电动机要求 普通鼠笼式异步电机
  6额定输入电压/允许变化范围kV6kV±15%
  7系统输入电压kV6kV
  8额定输入频率/允许变化范围 50Hz±10%
  9对电网电压波动的敏感性 +15%~-35%
  10变频器效率 >0.98
  11谐波 输入电流<4%,输出电流<2%
  12可靠性指标(平均无故障工作时间)H20000小时
  13输入侧功率因数 >0.95(>20%负载)
  14控制方式 多级正弦PWM控制
  15控制电源 外供220V±10%AC,3kVA,220V±10%DC,3kVA
  16UPS型式、参数及容量 掉电可维持30分钟
  17变换器型式及元件 42脉冲,二极管三相全桥
  18逆变器型式及元件 IGBT 逆变桥 串连
  19电隔离部分是否采用光纤电缆 采用安捷伦HFBR-EUS100光纤
  20噪声等级 ≤75dB
  21冷却方式 强迫风冷
  22过载能力 120% 1min,150%立即保护(<10μs)
  23标准控制连接 与DCS硬连接
  24模拟量信号(输入)规格及数量 4~20mA或0~10V,4路
  25模拟量信号(输出)规格及数量 4~20mA或0~10V,2路
  26开关量信号(输入)规格及数量 继电器干式接点,6点
  27开关量信号(输出)规格及数量 继电器干式接点,5点
  28防护等级 IP20
  29操作键盘 标准操作面板
  30界面语言 简体中文
  31变频装置外形尺寸 3956×1200×2574mm
  32变频装置重量 5000Kg
  四、节能效果分析
  1、变频器参数
  型号 HARSVERT-A06/055 输入电压 6kV
  额定电流 55A 额定功率 450kW
  2、电机参数
  额定功率 450kW 额定电压 6kV
  额定转速 985rpm 额定电流 55A
  3、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。
  根据风机工作特性:原来系统采用档板调节时,风机工作点将由A沿曲线向B点移动;目前系统采用电机转速调节时,风机转速由n0 调整为n’时,风机工作点将由B点降至C点。因此采用高压变频器调速,其节电量如下图所示。
  根据工艺要求,收尘风机的电机转速降为额定转速的80%时,调速系统(变频器+电机)从电网侧吸收功率约降为额定转速时的51%,即0.83×100%=51%。因此若工艺要求收尘系统风量下降即收尘风机转速下降时,节能效果将十分明显。
  现在,粉磨站的生产任务繁重,生产线基本在满负荷甚至超负荷运行,水泥生产量基本在120-130t/h,在最大负荷下,变频器运行频率约为37.5Hz,输入电流(从变频器网侧吸收)约为28A。对比相同工况下的另外一条生产线,在产量基本相同情况下,没有变频改造的收尘风机运行电流约为44A,从比较情况来看,经变频改造的收尘风机节能效果非常明显。
  五、变频改造对系统产生的其他效果
  通过对粉磨站的变频节能分析测算表明,设备进行变频改造后,具有显著的经济效益,并且在其它方面也产生了一些显著的影响:
  (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,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)收尘风机改变频后,由于变频器采用单元串联移相技术,因此在理论上可以消除41次以下谐波。由于实际制造工艺的限制,网侧电压谐波总含量可以控制在2%以内,电流谐波总含量小于4%;
  (4)变频输出采用PWM技术控制,输出电压波形基本接近正弦波,谐波总含量小于1%,上述指标均满足IEEE-519国际电能质量谐波标准要求;
  (5)该变频器为电压源型结构,功率因数可高达0.95;
  (6)厂房设备噪声污染大大降低。
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