中压变频在水泥行业的应用

中压变频器在水泥行业的应用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，电动机负载电耗占生产成本近30％，而拖动风机用的高压电动机在电机负载中占有很大的比重。

对于一条水泥生产线其中有35%～40% 的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。

目前很多水泥厂的风机大马拉小车现象严重，同时由于工况、产量的变化，系统所需求的风量也随之变化，大部分风机采用调节进、出口阀门开度的传统做法来实现，而该方法存在人为增加风阻、风机效率低、损耗严重等缺点。

如果利用变频调速技术通过改变电机的运行速度，以调节风量的大小,可以既满足生产要求，又达到节约电能，同时减少因调节阀门而造成的挡板磨损和管道磨损，以及经常停机检修所造成的额外经济损失。

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、风压调节已普遍摒弃靠调整配套的风门开度的手段,改而采用变频调速的电气传动调节，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。

一、大型风机变频改造的必要性
徐州中联水泥有限公司10000t/d回转窑共有ABB中压变频器5台：窑尾高温风机2台ABB ACS5000中压变频器、煤磨排风机2台ABB ACS1000中压变频器及正在改造的1台窑头排风机ACS5000中压变频器。

窑尾高温风机原系统的风压控制由液力耦合器调节，液力耦合器本身能耗达10%以上，而且需要油泵及冷却水来辅助运行，故障率较高，特别是在夏季因耦合器产生热量较大，需加入四组冷油器，用循环水强降温，水消耗量大，资源浪费严重。

而两台煤磨排风机及窑头排风机都是通过风门调节风量的都存在能好浪费现象；一方面风机电机采用液体电阻降压启动（即水电阻），应用水电阻启动过程中，存在以下两个方面的问题：1、转子部分带有集电环、碳刷等配件，运行过程中需要对这些配件进行更换或处理，运行维护量大，故障率高。

2、转子部分不能完全切除，在转子还存在部分电压和电流，导致大量的无功电能消耗在水电阻上。

我公司通过多方了解认为ABB公司的ACS5000系列电压源型36 脉冲整流输入9 电平输出变频器是目前技术最先进的高压变频器之一。

其使用的新型功率半导体器件 IGCT(集成门极换流型晶闸管)是ABB 公司专为高压变频器市场研制开发的。

IGCT具有IGBT(绝缘门极双极性晶体管)的高开关频率特性，同时还具有GTO（可关断晶闸管）的高阻断电压和低导通损失率特性。

因此IGCT是无须串联即可直接应用于高压电网的高速低损耗的功率半导体器件。

IGCT继承并超越了IGBT
技术和GTO技术。

故我们都采用了ABB公司的产品进行改造。

风机采用变频调速改造后，不仅节约了大量电能，由于对电机实现真正的软启动，对电机、风机、风门、高压开关等设备以及电网的启动冲击大大减少，它们的使用寿命得以延长，可以大幅度节省这些设备的维护费用。

二、改造过程简述
下面以高温风机为例进行阐述：
为了改造顺利，我们进行了多次会议研讨，制定了详实的方案。

完成现场设计、出图等工作，保障了技改前的准备工作全部落实到位。

根据现场环境，用原料电力室多余的空间来安装变频器，此地方距高压柜较近，动力电缆敷设方便。

由于ABB变频器冷却方式是风冷，空气流通量较大，为保障变频器尽量少受外界灰尘的影响，有足够的通风冷却效果，在变压器柜上部安装了一整体风道，引出室外通风，保证变频器整体冷却通风要求，即使在夏季高温季节也不需开空调进行降温。

为减小安装成本，动力电缆保留了高压断路器至电机的电缆，将电缆分为两段接入隔离柜，节约了资源。

变频改造后，需要取消原液力耦合器，按照液力耦合器的联接尺寸设计制作了一套直接连接轴来代替液耦。

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，而不用对风机及电机作任何调整，安装方便快捷。

原来绕
线电机对滑环进行短接，废除了原水电阻启动器，每年对碳刷及水阻启动器和电机的维护减少，综合运行成本大幅度下降，同时变频器控制系统接入原有的DCS系统，由DCS系统来控制正常操作。

一方面为了充分保证系统的可靠性，变频器同时加装工频旁路装置，可在变频回路故障时将电机切换至工频状态下运行，减少损失。

三、改造方案
（1）高压控制柜
①西门子高压断路器没有控制电源失压保护，设计更改：在断路器控制小车内分闸线圈旁并一线圈作为失压线圈,机构延伸连入断路器控制，直流互用从而实现了高压断路器控制冲击大大减少，它们的使用寿命得以延长，可以大幅度节省这些设备的维护费用。

系统电源失压保护。

②解除高压控制柜的PROFIBUS-DP总线连接,取消差动报警、水电阻硬连锁、高压电容柜硬连锁。

③接入变频器控制信号,并将高压柜状态信号送给变频柜。

（2）DCS系统
①在原料电力室PC柜增加一块通讯模板CI854,用PROFIBUS-DP总线与变频器连接。

②取消原高温风机及液偶油泵、执行器、压力、温度、转速等控制程序,建立与变频器的通讯并重新改写程序。

③整流变压器的温度、压力、瓦斯报警信号直接接入DCS控制系统。

方案采用一拖一的变频驱动方式，原液力耦合器取消,电机与风机之间增加过渡连接轴。

（5）设备选型
对比国内外市场上不同的高压变频调速方案，ABB公司的ACS5000高压变频器性能特征能够满足生产需要，选用了ABB公司的ZTS-3200/6/6×1.92隔离变压器、ACS5000中压变频器、旁路开关柜，电机为原绕线电动机（转子回路端接）。

（6）进线变压器技术数据表
型号ZTS-3200/6/6*1.92额定容量3200 kVA
额定电压6KV/6X1920V额定电流366A/6X190A
额定频率50Hz相数 3 相
接线组别Y/外延三角形绕组数1/6
绝缘等级A冷却方式AF
（7）变频装置技术数据表
型号ACS5066_36L35D_1a35_A1产地ABB/瑞士
额定输入电压 6 kV /±10%，50HZ/± 2%系统输出电压0…6 kV
额定容量3000 kVA系统输出电流290 A
变频器效率98%技术方案VSI-MF
输入侧功率因数0.95控制方式DTC
变换器型式及元件36 脉，二极管
逆变器型式及元
件
24 只IGCT
传动象限一，三象限冷却方式强制空冷
四、经济效益单位：万元（人民币）
各栏目的计算依据：
改造后11天（1月份）的用电量与改造前11天（10月份）的用电量进行比较，可以看到进行变频改造后，高温风机明显效果，具体数据详见下
表：
从上表可以看出，一台高温风机改造前的10月份与改造后的1月份，其每天产量一样（10600t），但10月份11天的用电量为505300kWh，1月份11天的用电量为367000kWh，1月份比10月份11天少用电138300kWh；10月份日平均用电量为45936.36kWh，1月份日平均用电量为33363.63kWH，改造后1月份日平均用电量比10月份少12572.72kWh；1月份（高温风机）平均单位熟料电耗为3.14kWh/t，10月份为4.3kWh/t，1月份（高温风机）平
均单耗比10月份少1.16kWh/t。

按以上数据进行计算，徐州中联有限公司两台窑尾高温风机：日节约电费=0.6元/kWh×12572.72kWh×2=15087.26元；月节约电费=15087.26元×30=452617.92元；以窑运转率0.92，年节约电费=452617.92元×12×0.92=4996901.84元。

变频投资回收期=5780000/4996901.84=1.15年，即1.15年就可收回成本。

同样我们对煤磨排风机用电量进行了统计比较得出两台煤磨排风机月节电量约为15 万kWh。

窑头排风机正在改造中，估计月节电量为14.5万kWh
五、社会效益
水泥企业大型风机进行变频改造后，不但在运行方面取得良好的效果，在节能、环保、节约资源方面非常显著，根据我公司风机变频改造后的效果可以看出进行变频改造后，其效果非常明显：按发1度电耗360克标煤算两台高温风机及两台煤磨排风机及一台窑头排风机日节约标煤{12572.72×2+7000+7500}×360
÷1000000=14.272吨。

按1吨标煤，产生二氧化碳2620公斤，二氧化硫8.5公斤，氮氧化物7.4公斤计算我公司5台风机1年300天计算节约标煤14.272×300=4281吨；少向大气排放二氧化碳2620×4281=11217792公斤，二氧化硫8.5×4281=36388公斤，氮氧化物7.4×4281=31679.4公斤。

节约了宝贵资源，减少环境污染。

六、结论
大型风机改造后运行稳定，控制方便，随时可以在DCS中实现，达到了理想效果。

能够在0-50Hz范围内连续可调和软起动、软停机，减少了机械冲击，实现了电网电压的平稳运行，谐波含量较低，电力污染小，提高了功率因数。

节约能源效果显著，控制工业生产过程可靠，提高了企业自动化生产水平，取得了良好
的经济效益和社会效益。

风机的改造既满足了工艺生产技术要求，也实现了企业节能目标，性价比高，投资回报率大。

该项目的成功投运，为水泥企业1000kW以上大功率高压变频器的采用积累了宝贵的经验，利用高压变频进行节能改造，对提高系统运行安全，降低经济损失，具有更为重要的意义。

徐州中联水泥有限公司2008年对2台高温风机进行了变频改造，2009年对2台煤磨排风机进行变频改造，2010年对窑头一台排风机进行变频改造，节能工作任重而道远，需要社会各界、各行各业的广泛支持和参与，需要付出长期而艰苦的努力，徐州中联将一如既往地做好节能降耗工作，通过制定、落实持续的节能工作计划，使节能工作更加有组织、有计划地在全公司中推行下去，为实现“十一五”节能目标做出积极贡献！
（注：专业文档是经验性极强的领域，无法思考和涵盖全面，素材和资料部分来自网络，供参考。

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