变频改造方案

KT仟亿

高压变频节能设计方案

北京仟亿达科技有限公司

一、前言

高压交流变频调速技术是90年代迅速发展起来的一种新型电力传动调速技术，主要用于交流电机的变频调速，其技术和性能远远胜过以前采用的调速方式（如串级调速、液力耦合器调速、转子水阻调速等）。高压变频以其显著的节能效益、高的调速精度、宽的调速范围、完善的保护功能、方便的通信功能，得到了广大用户的认可和市场的确认，成为企业电机节电方式的首选方案。变频调速技术现已被应用于各行各业，我公司将高压变频器应用于水泥行业的电机节能改造，至今已成功用于水泥厂窑尾排风机、高温风机、窑头EP风机、生料磨循环风机的节能改造，取得了许多成功的改造经验，并取得了显著的经济效益，现以荆门某水泥厂的窑尾高温风机变频改造为例，对高压变频应用于水泥行业的节能改造进行分析与总结。

二、变频调速节电原理

异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率f来改变同步转速而实现调速的，在调速中从高速到低速都可以保持较小的转差率，因而消耗转差功率小，效率高，是异步电动机的最为合理的调速方法。

由式 n＝60f/p（1—s）

可以看出，若均匀地改变供电频率f，即可平滑地改变电动机的同步转速。异步电动机变频调速具有调速范围宽、平滑性较高、机械特性较硬的优点，目前变频调速已成为异步电动机最主要的调速方式，在很多领域都获得了广泛的应用。

变频调速具有如下显著的优点：

（1）由设备设计余量而导致“大马拉小车”现象，因电机定速旋转不可调节，这样运行自然浪费很大，而变频调节彻底解决了这一问题；

（2）由负载档板或阀门调节导致的大量节流损失，在变频后不再存在；

（3）某些工况负载需频繁调节，而档板调节线性太差，跟不上工况变化速度，故能耗很高，而变频

调节响应极快，基本与工况变化同步；

（4）异步电动机功率因数由变频前的0.85左右提高到变频后的0.95以上；

（5）可实现零转速启动，无启动冲击电流，从而降低了启动负载，减轻了冲击扭振。

（6）高压变频器本身损耗极小，整机效率在97％以上。

对离心式风机而言，流体力学有以下原理：输出风量Q与转速n成正比；输出压力H与转速n2正比；输出轴功率P与转速n3正比；即：

Q1/Q2＝n1/n2

H1/H2＝(n1/n2)2

P1/P2＝(n1/n2)3

当风机风量需要改变时，如调节风门的开度，则会使大量电能白白消耗在阀门及管路系统阻力上。如采用变频调速调节风量，可使轴功率随流量的减小大幅度下降。变频调速时，当风机低于额定转速时，理论节电为

E=〔1-( n′/n)3〕×P×T (kWh)

式中： n——额定转速

n′——实际转速

P——额定转速时电机功率

T——工作时间

可见，通过变频对风机进行改造，不但节能而且大大提高了设备运行性能。以上公式为变频节能提供了充分的理论依据。

三、水泥厂高温风机高压变频改造

1、窑尾高温风机系统简介

目前水泥厂生产线一般均为干法悬窑，其窑烧成系统流程简图如图6所示。

图6 窑烧成系统流程简图

旋窑是一个有一定斜度的圆筒状物，预热机来的料从窑尾进入到窑中，借助窑的转动来促进料在旋窑内搅拌，使料互相混合、接触进行反应，物料依靠窑筒体的斜度及窑的转动在窑内向前运动。窑内燃烧产生的余热废气，在窑尾高温风机的作用下，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高温风机抽出进入废气处理（除尘及排出）。

均化好的生料预热后在回转窑内煅烧成熟料，回转窑内需要合适的气压及温度，才能使煤粉有一定的悬浮时间进行充分燃烧，生料才能在窑内达到很好的热处理。窑内因物料的堆积变化很大，所以瞬时气压变化频繁。窑尾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，废气带灰，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。

荆门某水泥厂目前有三条干法悬窑生产线，日产为2000t、700t、2500t，分别为1995年、1998年、1999年投产，到现在已运行6～10年，并拥有一台12MW中、低温余热发电机组，由于发电成本较高，余热发电现已停运。

日产2500t的窑生产线，高温风机电机配置为6kV1600kW，日产2000t的窑生产线，高温风机电机配置为6kV1400kW。在高温风机的电机与风机之间，配有液力耦合器对风机进行调速，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。

由于设备使用年限较长，目前液力耦合器漏油严重，运行中每天需加油2～3次，以补充漏油，油面调整的控制回路失灵不能自动调节，在运行中靠手动调节置于固定转速比。在运行是时仍靠风机挡板进行风量调节，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。

2005年，水泥厂准备对于2000t、2500t的两条生产线进行提产，但由于高温风机中液力耦合器漏油严重，出力受到限制，不具备提产的条件，故提产一直未能实现。

2006年1～2月，我公司为该水泥厂2000t、2500t两条生产线的高温风机及窑头号EP风机进行了变频调速改造，目前运行情况良好，2000t的生产线的产量目前达2300t，2500t的生产线的产量目前达2900t，而高温风机变频调节的耗电量还稍少于原液力耦合器调节的耗电量。

2、高温风机变频改造方案

经过对原系统进行分析，对原系统的风压控制由原来的液力耦合器调节改为变频器调节，即取消原液力耦合器，将电机与液力耦合器之间用一连接轴取代液力耦合器连通，而由变频器对电机本身进行调速，最后达到调整窑尾预热器（高温风机入口）的压力为工况要求值。

变频器设备接入用户侧高压开关和拟改造电机之间，如图7所示，变频器控制接入原有的DCS 系统，由DCS系统来完成正常操作。

图7 变频器连接图

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，且切换方式为自动切换。变频器故障时，电机自动切换到工频运行，这时风机转速会升高，风压会发生很大变化，影响窑内物料的煅烧质量，故此时应及时在DCS上对高温风机的风门进行及时调节，降低风机输出风量至工况要求值。变频器及其工频旁路开关由变频器整体配套提供。电机、高压断路保留了用户原有设备。

根据水泥厂提供的负载参数及运行工况，我公司为2000t的窑尾高温风机配置KT系列高压变频