变频器在回转窑一次风机控制中的应用

变频调速系统在回转窑一次风机控制中的应用

摘要

一次风的大小决定着窑内煅烧带温度和其位置，在回转窑控制中，一般要求窑内煅烧带温度控制在1000--1100℃范围，煅烧带位于窑体中部，而且保持较长距离最好。一次风的给量决定着煅烧带的温度、长度、窑尾温度和煅烧带的延续程度；若风量不足，会使挥发物燃烧不充分，窑内煅烧带的温度降低，窑尾温度低，易结圈，热量利用率低；过量的给风，又会使物料烧损率过高，窑内负压降低。

变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。

关键词：回转窑一次风变频器

一、引言

异步电动机是冶金、化工等生产企业最主要的动力设备。作为高能耗设备，其输出功率不能随负荷按比例变化，过去许多设备负载变化，只能依靠挡板或阀门的开度来调节，从而造成很大的能源损耗和电能浪费。近年来，随着变频器生产技术的成熟以及变频器应用范围的日益广泛，应用变频器对异步电动机控制进行技术改造，成为各企业节能降耗、提高效益的重要手段。

我公司的4#回转窑，是2007年建成投产的。其一次风机采用星三角降压启动系统，控制落后，结构不完善，控制器件、测量仪表老化严重。在实际运行中，设备故障频繁，生产

长期依靠现场手动挡板和执行机构操作，烧损率高，耗能大，压力波动较大，满足不了生产需要。为此，2012年应用变频器对回转窑一次风机控制系统改造，通过近一年的跟踪，参数分析以及节能效果，已取得明显的成果。这种回转窑一次风机控制技术，是目前国内较为成熟和先进的控制方式之一。

回转窑煅烧工艺控制比较复杂，其煅烧后产量、质量及各项指标等产品性能受煅烧带温度、煅烧带位置、挥发份浓度、氧气浓度、窑头窑尾负压、燃料（煤气或煤粉）补给量、物料投入量及均匀性等各项工艺参数的综合影响。而煅烧带温度、位置与一次风给定量有密切关系。在旧系统控制生产中，凭操作人员堵风门和调节执行机构进行调整一次风给定量，实现煅烧带温度、位置的控制，易造成煅烧带温度，位置波动较大，能耗高等问题。对煅烧回转窑产量、质量、窑内衬寿命、燃料消耗、窑尾烟气净化等有不利影响。

二、系统的组成及原理

1 一次风对回转窑生产工艺的影响

回转窑一次风给量大小，决定着窑内煅烧待温度和其位置，在回转窑控制中，一般要求窑内煅烧带温度控制在1270±30℃范围，煅烧带位于窑体中部，而且保持较长距离最好。一次风的给量决定着煅烧带的温度、长度和煅烧带的延续程度；若风量不足，会使窑内煅烧带的温度降低，料中的挥发物挥发不充分，煅烧后品质低；过量的给风，又会使煅烧料烧损率过高。

2 一次风机控制原理

随着我公司规模的扩大和对回转窑控制系统的深入了解和探索，生产过程控制向自动、连续、多级和复合功能方向发展，对生产工艺操作规程的要求更加严格，参数间相互关系更加复杂。产品的品质指标的不断提高，直接要求控制系统的精度和功能要有较大幅度的提升，同时对能源消耗和环境污染也要求更高。一次风作为回转窑的主体设备，更应该在精度和控制功能上提高。

一次控制原来采用星三角降压启动控制，其启动电流大，电器元件易损坏，电流基本处于额定状态，耗能较大（原理如图1所示）；风量采用执行机构调整，由于其调整时影响面

广、准确性差，全凭操作人员经验操作。应用变频器调速控制，实现了远程操作、微动细调节的功能，解决了旧系统调整方法对回转窑的影响。实践证明，应用变频调速控制，实现微动细调节控制，使回转窑的一次风给定量更加准确（其原理如图2所示）。

图1星三角降压启动控制原理图

图2变频器调速控制原理图

3 系统组成

系统主要是由工控机、PLC，变频器、现场信号采样装置及监控器等组成。一次风机拖动为75kW异步电机，采用75kVA的变频器独立控制，其参数给定由回转窑总系统控制器承担。上位机根据PLC采样得到的煤粉量、一次风量和变频器频率或转速等参数，通过控制状态的解析，将实际要求的给定转速发送给PLC，然后PLC发出控制一次风转速的控制指令，变频器驱动电机，完成系统控制任务。其控制系统如图3所示。

图3 回转窑一次风机实际控制系统图

4 一次风机变频控制的功能

（1）通过对一次风机变频调速控制，使一次风量给定的调整更加迅速、准确，并实现了连续微调功能。解决了过去采用挡板只能粗调风量的缺点。

（2）一次风机的变频调速的应用,降低了风机电耗,节约了能源。

（3）变频器的无级调速功能的利用，使一次风量调整过程中，对回转窑控制系统影响降低到最小。

（4）实现了远程操作和调节的功能，更加方便分散控制操作。

（5）变频技术的应用，有利于回转窑自动控制系统和最佳煅烧工艺的实现。

（6）变频器的应用,使一次风机的运行状态实现了在线监控功能。

5 系统主要参数及要求

随着生产过程向着自动、连续和高控制方向发展，对操作条件要求更加严格，参数间相互关系更加复杂，对控制系统的精度和功能有相当多的要求，对能源消耗和环境污染也有明确的指标。一次风机的控制过程，其有关参数要求满足节能效果。（见附表）

参数附表

三、结束语

变频器的高精度、宽范围的无级调速功能，解决了旧的一次风量调节的方法所存在的调整困难、只能粗调、能源浪费的问题;变频器的多保护功能的利用，使回转窑一次风机电机烧坏的次数几乎降为零。变频器在我厂6台回转窑上应用几年来，电机无一台损坏;变频技术的应用，对回转窑控制系统的的多极控制方式实现，提供了帮助;变频器的应用，使系统控制更加准确、可靠、操作便利，设备使用寿命延长，维修量减少;同时降低了操作人员的劳动强度，达到了节能降耗、降低烧损率、提高煅烧质量的效果。

大友嘉镁钙业检修作业区

严海龙

2013年4月24日