佛朗克变频器在水泥行业的应用

1 、引言 (1) 水泥工艺概述 水泥是建筑中三大才之首的建筑材料，是建筑中三大胶凝剂(石灰、石膏、水泥)之一，和石油、钢铁并称为国民经济三大基础命脉。 水泥工艺过程，通常简要地概括为“两磨一烧”，即首先将原料粉磨成生料，然后经过煅烧形成熟料，再将熟料粉磨成水泥。除了水泥生产中主要单元操作外，水泥生产中还包括其他重要生产环节:如破碎、烘干、配料、均化、储存、计量、输送、收尘等。  (2) 水泥厂的变频节能 水泥厂亦是个耗电大户，近几年来应用变频器的项目逐日扩大。主要是立窑的罗茨鼓风机、园盘给料机，予加水成球，螺旋输送机、粉碎机、破碎机、皮带输送机，以及排风扇等。应用后不但节省了电费支出，并提高了产品质量，亦增加了使用上的灵活性，对不同工艺性要求适应性更强。变频调速技术在我国水泥行业的应用日趋广泛。在生产工艺需要调速的许多环节，如回转窑、单冷机、喂料机、配料系统、风机、水泵等，以交流变频调速取代调压调速、滑差调速以及直流调速已成为一种必然趋势。 (3) 水泥厂的变频器安装和使用 水泥厂因生产线粉尘较大，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，而操作人员一般集中在电控室，变频器作为较精密的仪器设备，生产现场时常无人且环境较差，对设备不利。故在水泥生产线上，变频器应安装在电控室内。如要求多台变频器安装在同一电控室的某一个控制屏内，则必须采用抗干扰的措施以保证系统正常工作。 变频器控制线必须采用屏蔽电缆，并且在布线范围内必须与动力线相距>0.1m，相交时必须转90°，千万不要将控制线与动力线放在同一电缆托架(或线框)内，以避免变频器控制信号受到干扰。变频器负载输出线也要采取屏蔽措施，选用铠装电缆，以避免变频器对附近仪表产生干扰。部分变频器顶部有散热孔，灰尘和金属物易于由此进入装置内部，应采取防护措施，防止内部短路。在变频器接线时要特别注意电源的输入线和输出线绝不能接错，将电源输入线接上变频器输出位置，会立刻损坏设备。 通常变频器连接到电机的电缆长度要求不能超过50m，使用屏蔽电缆不能超过25m。这就必须要考虑变频器到受控电机之间的距离问题，在水泥厂中一般会碰到超过规定距离的情况。通常解决的方法有两个，其一是在超过规定距离的线路上串入电流值适合的出线电抗器;其二是加大变频器功率一个等级，这种方式特别适合于多台集中群控、安装位置狭小拥挤、要求规范(如微机配料系统)等场合。 2、 机立窑供风系统变频调速装置 在风机上的应用湿法水泥回转窑大都采用离心通风机调节窑内风量，由于生产过程中工矿的不断变化及其他多种因素的影响，设计选型时，离心通风机通常预留较大富裕量; 所以在实际的使用过程中，为满足大窑的工矿要求，在进风管道中设置电动阀门、挡风板等装置，通过阀门开度来调节风量，这种通过增加系统阻力来改变风量的办法，造成大量的电能消耗。而采用调速方式调节风量节电效果就十分理想。风机调速节电原理:对风机进行调速控制属于减少空气动力节电方法，是一种比较理想的节电方式。它和调节风门控制风量方法向比较，有明显的节电效果。 因此不少立窑炉水泥厂都已选用变频器对立窑尤其是罗茨鼓风机进行技术改造后，都收到了十分显著的经济效果，节电率可达30％~50％，改变了过去以调节出口(进口)阀门开度方式来调节风压或风量的生产方式，劳动强度减轻，调节的及时性好，提高了产品的合格率，单耗明显下降，这是个成功的应用范例，值得向大家推荐的。 罗茨鼓风机个恒转矩负载，其节电率与转速降成正比，虽然不同于一般风机、水泵节电率更高，但因它的功率较大，而且只要炉墙不坏，是连续24小时工作的，并开动时间亦很长。因此节电潜力大，节电费用高，值得向大家推广使用变频器，这一先进的技术成果，投资回收期亦短约在一年内。 国内中小城市及县级水泥厂数以千计，大都是立窑生产水泥的，故大有市场潜在力，若再配上水泥微机配料自动装置后，更是锦上添花的大好事。 3、 回转窑变频调速系统 3.1 回转窑传动现状 在水泥厂回转窑拖动上的应用近十几年来，回转窑主拖动一直使用直流调速。但这种调速电路复杂，维修难度大，操作繁琐，导致转速不平稳，增加了操作人员的看火难度;直流电动机在温度高、粉尘大的恶劣环境中工作，其炭刷、整流子损坏严重，维修费用高。 回转窑负载的特点分析:启动时回转窑内的物料处于正下方，在窑起动并不断加速的过程中，整个窑体及窑内的物料克服自身惯性而升速，当物料偏移正下方最大角度时，此时所需转矩最大，这是个加速过程，一个克服设备巨大惯性的过程。一旦驱动电流克服了这种大惯性负载而起动起来，维持正常运转所需的驱动能量及转矩就很小了。根据回转窑的这种负载特点，选择变频器及电动机的功率就比较复杂，功率选择过大，起动没问题，但正常运转时出现大马拉小车现象，能耗大，一次性投资加大;功率选择小些适合于正常运行，效率高投资小，但不能正常起动。 当然，所谓窑的基本特性为恒转矩，是指它在正常运转条件下的特性，但在启动过渡过程中却远非如此。窑启动转矩与上次停窑时的工况、窑内物料理化状况、停窑时间以及此间的窑弯曲变形、各轴承油膜伤失程度、物料温度降低等因素相关，难以确切量化。但从窑启动的角度来说，克服堵转转矩和越过窑内物料滚落点转矩为其关键所在。