一、引言
节能减排已成为我国的基本国策，水泥行业企业也是用电大户，据统计在水泥制造成本中，电费成本约占总成本的30%左右。对于一条水泥生产线，其中有25%～30%的电能是用于拖动各种类型风机上，因此对于节能改造对于水泥企业降低生产成本、提高生产效率有着尤为重要的意义。
安徽某水泥厂经过最终论证及多家对比，选定英威腾携手合作，对其2500T/D水泥干法旋窑生产线窑尾高温风机进行变频改造，从2011年3月运行至今运行良好，无任何因变频故障导致停产事故。
二、现场工艺及工况介绍
1. 高温风机工艺简介
高温风机又叫ID风机，即ID FAN（引风机），指的就是预热器后面的排风机。根据布置方式有两种：一种是在增湿塔之前，另一种是在增湿塔之后。
新型干法窑生产中余热利用系统高温风机，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带灰，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，有一部气体被引至生料磨对生料进行预热，在一些现场因高温风机入口风温度较高，如果直接排放造成能源浪费，所以很多现场也在高温风机入风口加了余热利用锅炉，尾气通过预热利用后再排放，达到节能的目的。高温风机系统工艺图如下图1：
图 1
2. 工况介绍
英威腾公司对安徽某水泥厂的1条日产2500吨新型干法生产线的高温风机进行了变频改造，具体电机参数如下表1所示：
| 电机型号：YKK800-6 | 电机功率：1400KW |
| 额定电压：10KV | 额定电流：95A |
| 额定转速：991RPM | 启动方式：水阻启动 |
| 补偿方式：电容补偿 | 调速方式：液耦调速 |
表 1
该高温风机目前通过液力耦合器来对风机进行调速，整个工艺过程主要是通过DCS的控制来调节液力耦合器的速度从而调整风机的风量，达到控制窑内负压。当窑系统工况变化较大时，现场值班人员根据中控制室的指令对液力耦合器的勺杆进行手动调节，运行操作非常不便。
3. 改造前存在问题
3.1、设计存在余量
这是因为在设计过程中，很难准确地计算出管网的阻力，并考虑到长期运行过程中可能发生的各种问题，通常总是把系统的最大流量和压力作为选择型号的设计值。而设备的型号和系列是有限的，往往在选用不到合适的型号时，只好往大型号上靠。所以电机及风机的裕量选用较大，存在严重的大马拉小车的现象。
3.2、生产采用传统调液力耦合器调节方法
（1）液力耦合器属于一种机械调速设备。液力耦合器的原理决定了液力耦合器有5-8%的速度损失。同时功率损失变为热量，使液压油温过高。需要大量冷却水冷却液压油。
（2）在实际运行中油温高于95℃以上，使冷却器的水易结垢堵塞，造成故障。
（3）由于液力耦合器是用液压油传递功率，因此速度控制不稳定、功率因数低、调速精度差。
（4）液力耦合器整机效率低，功率因数低，调速精度差，维护量大、成本过高。
3.3、工艺存在的问题
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突然增大，阻力增加，负压升高，使排风机负荷增加。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。
三、系统方案
1. 变频器配置
|
项目 |
参数 |
项目 |
参数 |
|
变频器型号 |
CHH100-1400-10 |
额定容量 |
1700kVA |
|
额定电压 |
10KV |
额定电流 |
98A |
2. 变频一次控制原理图
变频器设备接入用户高压开关与改造电机之间，变频调速系统由用户开关、自动旁路柜、CHH100系列高压变频器、高压电机组成。自动旁路柜是由三个真空接触器KM1、KM2、KM3和两个高压隔离开关QS1、QS2组成。电机以变频方式运行时，QS1、QS2和KM1、KM2闭合，KM3断开；电机以工频方式运行时，KM3闭合，QS1、QS2和KM1、KM2断开，QS1、QS2用于变频器维护过程中高压隔离。自动旁路柜严格按照“五防”联锁要求设计，变频输出开关KM2和工频开关KM3互锁，完全能够保证变频调速系统安全运行。
自动旁路方案优点：
（1）根据系统工艺地要求，能够快速地进行变频与工频的切换，确保系统的安全运行。
（2）变频器输入、输出设计有隔离刀闸，便于变频器的维护与检修。
（3）操作方便，可以就地操作，也可远程操作，易于实现自动控制。
四、改造效果
变频改造后，两月产量相当的月份进行节电率计算：
（1）变频改造前耗电量统计如表2：安徽某水泥有限公司用电报表（未上变频）
|
类别 |
名称 |
本月表数 |
上月表数 |
耗电量 |
|
负载 |
高温风机 |
16299390 |
15416600 |
882790 |
（计量时段：9月1日8：00~10月1日8：00）
（2）变频改造后耗电量统计如表3：
| 类别 | 名称 | 10月表数 | 9月表数 | 电量 |
| 负载 | 高温风机 | 25705831 | 2495199 | 366390 |
（计量时段：2011年4月）
（3）改造前后对比结果：
表3：通过比较2011年4月份（上变频）与2010年10月份（未上变频）用电量比较，计算节电量如下表3：
| 节电率统计 | ||||||||
| 2010年9月份耗电量（度） | 2011年10月份耗电量 （度） | 节约电量（度/月） | 节电率 | |||||
| 高温风机 |
882790 |
753840 |
128950 |
14.6% | ||||
结论：从以上调查数据分析，安徽某水泥有限公司2500T/天水泥生产线，改造前与改造后产量相当，每月节约电费接近10万元，在很短时间内将会收回投资。
五、结束语
水泥高温风机采用变频调速后，节能效果明显，并带来了一系列的潜在效益。英威腾高压变频器解决了高温风机由于塌料导致的跳闸，变频器运行可靠性高，运行良好，得到了用户和操作员的好评和认可。
参考文献：
【1】 深圳市英威腾电气股份有限公司 《CHH100系列高压变频器产品说明书》
【2】 徐甫荣 《高压变频调速技术工程实践》中国电力出版社 2012-01出版
关于英威腾：
英威腾，成立于2002年，致力于成为全球领先、受人尊敬的电气传动、工业控制、新能源领域产品与服务供应商，2010年在深交所A股上市。英威腾是国家火炬计划重点高新技术企业，总部员工1100多人，国内、外办事处30余个，控股子公司9家，业务涉及电气传动、工业自动化、新能源、轨道交通牵引、矿用防爆、能源管理、楼宇智能等领域。在基础业务变频器领域，英威腾占据国内领先地位，拥有覆盖高、中、低压通用及各行业专用丰富的产品系列，产品在市政、塑胶、油田、化工、冶金、纺织、机床、矿山等行业广泛应用，产品销售遍布全球60多个国家和地区。
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