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風機與水泵

    德弗斯變頻器D900變頻器在立窯風機中的應用


    一、引言

    在水泥行業,由于電費的成本已成為原材料成本,人工成本之后的第三大開支;在用電緊張的今天,節省電費已成為企業經營者考慮的一件大事;而水泥廠的立窯風機是水泥廠的重要設備之一,也是主要的耗電設備之一。立窯風機的容量是按照機械立窯最大的設計產量來選型的,且留有一定的余量。在使用中,立窯風機長期固定在最大的轉速下運行。由于季節、晝夜和生產工況的變化,機立窯的實際風量需求在絕大部分時間內遠比設計負載低;在轉速固定的情況下,當立窯風機的風量過剩時,只能通過旁通風管排放掉(或控制風門的進風量),這樣就造成立窯風機功耗的嚴重浪費,故對立窯風機進行變頻節能改造具有一定的現實意義。
    二、變頻節電原理

    對于風機來說,風量Q與轉速n成正比,風壓F與轉速n的二次方成正比,而軸功率P 與轉速n的三次方成正比(見表1),從表中我們可以看出上述幾個量的變化關系:

    轉速N%

    風量Q%

    頻率H%

    風壓F%

    軸功率P%

    100

    100

    50

    100

    100

    90

    90

    45

    81

    729

    80

    80

    40

    64

    512

    70

    70

    35

    49

    343

    60

    60

    30

    36

    216

    50

    50

    25

    25

    125

    顯然,變風量控制系統的節能效果是十分突出的。如圖一示為風機風壓H-風量Q曲線特性圖:

    n1-代表風機在額定轉速運行時的特性;

    n2-代表風機降速運行在n2轉速時的特性;

    R1-代表風機管路阻力最小時的阻力特性;

    R2-代表風機管路阻力增大到某一數組時的阻力特性。

    風機在管路特性曲線R1工作時,工況點為A,其流量壓力分別為Q1H1,此時風機所需的功率正比于H1Q1的乘積,即正比于AH1OQ1的面積。由于工藝要求需減小風量到Q2,實際上通過增加管網管阻,使風機的工作點移到R2上的B點,風壓增大到H2,這時風機所需的功率正比H2Q2的面積,即正比于BH2OQ2的面積。顯然風機所需的功率增大了。這種調節方式控制雖然簡單、但功率消耗大,不利于節能,是以高運行成本換取簡單控制方式。

    若采用變頻調速,風機轉速由n1下降到n2,這時工作點由A點移到C點,流量仍是Q2,壓力由H1降到H3,這時變頻調速后風機所需的功率正比于H3Q2的乘積,即正比于CH3OQ2的面積,由圖可見功率的減少是明顯的。

    三、 立窯基本參數和工作原理

    1、窯爐的基本參數
    1)機械立窯參數
    1、規格:(窯徑×高度)2.0×8.5 ,2 年產量:普通水泥57萬噸
    3、喂料方法:單嘴布料溜子11KW 4、溜子回轉速度:6.48/
    5、塔篦子形式:整體雙偏心, 6、塔篦子轉速1.212.2/,
    7、傳動方式:中心傳動,功率15KW 8、料封形式:垂直管料封,
    9、出料粒度:不大于100毫米

    2)風機參數
     風機功率:132KW,額定電壓:380V,額定電流:245A,轉速2980/分,
     運行電流:120A180A;風量:12776m3/h;風壓:21995Pa;起動方式:/Y

    2、立窯燒成工作原理
    由料斗提升機將配置好的生料加一定比例的水,送至成球機成球,然后由布料器勻均地施入窯爐中,圓球狀的生料顆粒由底部的離心風機送風在窯爐中部充分燃燒,到窯爐底部冷卻后,由塔篦子旋轉,將燒好的熟料下到漏斗中,經適量噴水,經熟料破碎機后進入下道工序。由此可見,機立窯風機的配置的好壞直接影響到水泥的產量,故此,許多水泥廠廠家在風機上做文章,加大電機功率,加大風量與風壓,往往適得其反。

    從整個立窯系統裝機的設備功率來看,羅茨風機電機功率為132KW,是整個機立窯系統裝機功率的一半,對煅燒來說是一個用電較大的設備。它的改造成功將對廠家有較深遠的意義。

    四、 用戶對變頻節能改造后功能的要求

    a 要求變頻器的跟隨性能好,質量穩定可靠,故障率低。

    b 要求壹臺變頻器可兩地操作(也就是提供兩塊操作面板),一塊用延長線聯結至窯面上,替代原操作系統;該塊操作面板可以任意設定、修改參數,根據生產情況任意調節風量大小,能控制變頻器的啟停。另一塊操作面板必須放在有人值班低壓配電室內,只提供運行參數監視和開啟、關閉變頻器,不能設定參數和修改參數,不能調整風量的大小。

    c 在窯面和低壓配電室兩處都必須安裝應急緊急停車按鈕。
    在用風量較小的情況下,必須保證電機的溫升和電機的噪聲不得超過允許的范圍

    五、立窯風機變頻調速節能改造方案設計

    1)根據現場情況和用戶的要求,我們設計安裝一臺品質優良、性能穩定可靠的平方轉矩(風機水泵型)德弗斯變頻器,其型號D900-132G/160P-4,容量為132KW;并聯在原風機起動柜主回路電路中,并和原主電路做成安全電器互鎖;對立窯風機進行變頻節能控制,具體的控制頻率,由窯爐操作員工根據實際生產工藝和窯爐的煅燒情況,通過控制變頻器面板上的上、下鍵操作,就能控制窯爐風量的大小。從而放棄了立窯風機過去傳統的控制方式,改造成了目前調速效果最好、節電效果最佳的變頻調速。

    2)在變頻器的硬件上只要通過一條485通訊外接鍵盤,就可制作成兩路面板控制;鍵盤和主板之間可用1200以內的屏蔽線聯結,以滿足用戶的要求。保留原風機窯面和值班室兩處的緊急停車按鈕,在空開和變頻器之間的主電路中,增設交流按觸器。用鋼材把原放風閥封牢。變頻改造后要依次合理調節每一個窯爐風腰的開度。

    變頻節能系統特點

    1、采用D900變頻器,調速范圍寬,變頻器調速范圍能適應各種調速設備的要求,頻率范圍0。00-400。00Hz可調;

              2、控制精度高,變頻器的數字設定分辨率為±0.01%,模擬設定分辨率為±0.1%

    3控制功能強,能滿足各種不同的控制系統,通過端子可與各種頻率設定信號連接,如:0~10V4~20mA。可通過端子控制正反轉等多種操作;

    4、通過合理調整轉矩提升,轉矩限定功能,電流限幅功能參數,可滿足大起動轉矩,運行中負載突化也不會引起跳閘等事故;

    5、保護功能齊全,變頻器有23種保護功能,對過壓、欠壓、過流、過載、過熱均能通過cpu高速計算并給予保護,且能對發生故障的原因給予紀錄;

    616段的簡易PLC,多段速成及PID控制,擺頻功能

    7、瞬時停電不停機功能,自動電壓調整功能,當電網電變化時,能自動控制保持 輸出電壓恒定。

    8、轉速追蹤再起動功能,實現對旋轉中的電機的無沖擊平滑起動

    9、提供RS485物進通訊端子轉接口,采用MODBUS協議,支技RTUASCII兩種傳輸格式 ,可方便組網,實現上位機監控

    10、獨創多種快捷調試模式,方便用戶調試。

    六、變頻參數的設定

    變頻器安裝完畢后,必須對變頻器的參數進行合理的設定,有些參數和設定,將直接影響變頻器的運行,導致電機不能啟動,造成工程改造的失敗。所以在設定時要耐心細致,使參數設定和電機匹配。下面的參數是根據煅燒工藝和窯爐操作工現場試運行確認的參數。僅供大家參考。

    基本參數

    序號

    功能描述

    設定值

    備注

    1

    控制方式

    鍵盤控制

    P0.03=0/1

    2

    上限頻率

    50HZ

    P0.05=50

    3

    加速時間

    110S

    P0.07=110

    4

    減速時間

    110S

    P0.08=110

    5

    轉矩提升

    2%

    P0。10=7

    6

    載波頻率

    8KHZ

    P0。03=8

    7

    停車方式

    自由停車

    P0.03=1

    8

    運行頻率給定

    0/1

    P3.01=0/1

    七、立窯風機變頻改造中注意事項

    1 變頻器的停車方式設定為自由停車。由于風機是大慣量負載,若加減速時間設定過短,在加速時過程中容易會出現過流、過載,在減速時容易出過電壓保護,但設定時間過長,會導致風量調節緩慢,跟隨性能會變差,使系統易處在短期不穩定狀態中,有時滿足不了窯爐生產的要求。因此,在滿足變頻器正常運行(不跳故障)的前題下,盡量把加減速時間設定合理。

    八、變頻改造后的節電效果

    為了了解應用變頻調速技術后產生的節電效果,我們和廠方一起做了在相同工況條件下的節電效果測試,具體原始數據如下:

    時間

    83124H

    9124H

    9224H

    9324H

    9424H

    9524H

    9624H

    工頻運行

    2640

    2720

    2680

    2688

    2656

    2704

    2712

    變頻運行

    2240

    2280

    2264

    2248

    2224

    2256

    2232

    節省用電

    400

    440

    416

    440

    432

    448

    480


    從上面數所可知立窯風機每天平均節約電費436。5度;按廠家提供的數據,水泥廠立窯風機全年運行 10個月(即300天計算), 電價每KW.h0.50元,則全年節約電費為:
    300×436.5×0。50=65,475(元)
    此后該項目每年可為廠家節約電費6.5萬元,經濟效益非常顯。

    、本系統的特點

    1采用節能單機控制,根據生產的實際需要通過調節風機的轉速調節送風量,在滿足使用要求的前提下達到最大限度的節能。

    2實現了風機的高效調速,調速平穩、精度高,調速過程中轉差損耗小,由于降速運行和軟啟動,使電機啟動電流大大減小,起動時定、轉子消耗減少,對延長電機壽命十分有利。

    3轉速追蹤功能,能實現對旋轉中的電機快速啟動。

    4系統具有過載、過流、過壓、短路、欠壓保護措施,使系統的運轉率和安全性、可靠性大大提高,有效地防止了噴窯的發生.



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