英威腾CHF100系列变频器在立窑风机中的应用
      发布者:    来源:    点击数:2525     时间:2012/4/2 10:54:18

一、引言

在水泥行业,由于电费的成本已成为原材料成本,人工成本之后的第三大开支;在用电紧张的今天,节省电费已成为企业经营者考虑的一件大事;而水泥厂的立窑风机是水泥厂的重要设备之一,也是主要的耗电设备之一。立窑风机的容量是按照机械立窑最大的设计产量来选型的,且留有一定的余量。在使用中,立窑风机长期固定在最大的转速下运行。由于季节、昼夜和生产工况的变化,机立窑的实际风量需求在绝大部分时间内远比设计负载低;在转速固定的情况下,当立窑风机的风量过剩时,只能通过旁通风管排放掉(或控制风门的进风量),这样就造成立窑风机功耗的严重浪费,故对立窑风机进行变频节能改造具有一定的现实意义。
二、变频节电原理

对于风机来说,风量 Q与转速 n成正比,风压 F与转速 n的二次方成正比,而轴功率 P 与转速 n的三次方成正比(见表 1),从表中我们可以看出上述几个量的变化关系:

显然,变风量控制系统的节能效果是十分突出的。如图一示为风机风压H-风量Q曲线特性图:

n1-代表风机在额定转速运行时的特性;

n2-代表风机降速运行在n2转速时的特性;

R1-代表风机管路阻力最小时的阻力特性;

R2-代表风机管路阻力增大到某一数组时的阻力特性。

风机在管路特性曲线R1工作时,工况点为A,其流量压力分别为Q1、H1,此时风机所需的功率正比于H1与Q1的乘积,即正比于AH1OQ1的面积。由于工艺要求需减小风量到Q2,实际上通过增加管网管阻,使风机的工作点移到R2上的B点,风压增大到H2,这时风机所需的功率正比H2Q2的面积,即正比于BH2OQ2的面积。显然风机所需的功率增大了。这种调节方式控制虽然简单、但功率消耗大,不利于节能,是以高运行成本换取简单控制方式。

若采用变频调速,风机转速由n1下降到n2,这时工作点由A点移到C点,流量仍是Q2,压力由H1降到H3,这时变频调速后风机所需的功率正比于H3与Q2的乘积,即正比于CH3OQ2的面积,由图可见功率的减少是明显的。

三、 立窑基本参数和工作原理

1、窑炉的基本参数
1)机械立窑参数
1、规格:(窑径×高度)2.0×8.5 ,2、 年产量:普通水泥5~7万吨
3、喂料方法:单嘴布料溜子11KW, 4、溜子回转速度:6.48转/分
5、塔篦子形式:整体双偏心, 6、塔篦子转速1.2~12.2转/分,
7、传动方式:中心传动,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)风机参数
风机功率: 132KW,额定电压: 380V,额定电流:245A,转速 2980转 /分,
运行电流:120A~180A;风量:12776m3/h;风压: 21995Pa;起动方式:△/Y

2、立窑烧成工作原理
由料斗提升机将配置好的生料加一定比例的水,送至成球机成球,然后由布料器匀均地施入窑炉中,圆球状的生料颗粒由底部的离心风机送风在窑炉中部充分燃烧,到窑炉底部冷却后,由塔篦子旋转,将烧好的熟料下到漏斗中,经适量喷水,经熟料破碎机后进入下道工序。由此可见,机立窑风机的配置的好坏直接影响到水泥的产量,故此,许多水泥厂厂家在风机上做文章,加大电机功率,加大风量与风压,往往适得其反。

从整个立窑系统装机的设备功率来看,罗茨风机电机功率为 132KW,是整个机立窑系统装机功率的一半,对煅烧来说是一个用电较大的设备。它的改造成功将对厂家有较深远的意义。

四、 用户对变频节能改造后功能的要求

a) 要求变频器的跟随性能好,质量稳定可靠,故障率低。

b) 要求壹台变频器可两地操作(也就是提供两块操作面板),一块用延长线联结至窑面上,替代原操作系统;该块操作面板可以任意设定、修改参数,根据生产情况任意调节风量大小,能控制变频器的启停。另一块操作面板必须放在有人值班低压配电室内,只提供运行参数监视和开启、关闭变频器,不能设定参数和修改参数,不能调整风量的大小。

c) 在窑面和低压配电室两处都必须安装应急紧急停车按钮。
在用风量较小的情况下,必须保证电机的温升和电机的噪声不得超过允许的范围

五、立窑风机变频调速节能改造方案设计

1)根据现场情况和用户的要求,我们设计安装一台品质优良、性能稳定可靠的平方转矩(风机水泵型)英威腾变频器,其型号CHF100-132G/160P-4,容量为 132KW;并联在原风机起动柜主回路电路中,并和原主电路做成安全电器互锁;对立窑风机进行变频节能控制,具体的控制频率,由窑炉操作员工根据实际生产工艺和窑炉的煅烧情况,通过控制变频器面板上的上、下键操作,就能控制窑炉风量的大小。从而放弃了立窑风机过去传统的控制方式,改造成了目前调速效果最好、节电效果最佳的变频调速。

2)在变频器的硬件上只要通过一条 485通讯外接键盘,就可制作成两路面板控制;键盘和主板之间可用1200米以内的屏蔽线联结,以满足用户的要求。保留原风机窑面和值班室两处的紧急停车按钮,在空开和变频器之间的主电路中,增设交流按触器。用钢材把原放风阀封牢。变频改造后要依次合理调节每一个窑炉风腰的开度。

变频节能系统特点

1、采用CHF100变频器,调速范围宽,变频器调速范围能适应各种调速设备的要求,频率范围0.00-400.00Hz可调;

2、控制精度高,变频器的数字设定分辨率为±0.01%,模拟设定分辨率为±0.1%;

3、控制功能强,能满足各种不同的控制系统,通过端子可与各种频率设定信号连接,如:0~10V,4~20mA。可通过端子控制正反转等多种操作;

4、通过合理调整转矩提升,转矩限定功能,电流限幅功能参数,可满足大起动转矩,运行中负载突化也不会引起跳闸等事故;

5、保护功能齐全,变频器有23种保护功能,对过压、欠压、过流、过载、过热均能通过cpu高速计算并给予保护,且能对发生故障的原因给予纪录;

6、16段的简易PLC,多段速成及PID控制,摆频功能

7、瞬时停电不停机功能,自动电压调整功能,当电网电变化时,能自动控制保持 输出电压恒定。

8、转速追踪再起动功能,实现对旋转中的电机的无冲击平滑起动

9、提供RS485物进通讯端子转接口,采用MODBUS协议,支技RTU和ASCII两种传输格式 ,可方便组网,实现上位机监控

10、独创多种快捷调试模式,方便用户调试。

六、变频参数的设定

变频器安装完毕后,必须对变频器的参数进行合理的设定,有些参数和设定,将直接影响变频器的运行,导致电机不能启动,造成工程改造的失败。所以在设定时要耐心细致,使参数设定和电机匹配。下面的参数是根据煅烧工艺和窑炉操作工现场试运行确认的参数。仅供大家参考。

基本参数

 

七、立窑风机变频改造中注意事项

1) 变频器的停车方式设定为自由停车。由于风机是大惯量负载,若加减速时间设定过短,在加速时过程中容易会出现过流、过载,在减速时容易出过电压保护,但设定时间过长,会导致风量调节缓慢,跟随性能会变差,使系统易处在短期不稳定状态中,有时满足不了窑炉生产的要求。因此,在满足变频器正常运行(不跳故障)的前题下,尽量把加减速时间设定合理。

八、变频改造后的节电效果

为了了解应用变频调速技术后产生的节电效果,我们和厂方一起做了在相同工况条件下的节电效果测试,具体原始数据如下:

 

从上面数所可知立窑风机每天平均节约电费 436.5度;按厂家提供的数据,水泥厂立窑风机全年运行 10个月(即 300天计算) , 电价每 KW.h为 0.50元,则全年节约电费为:
300天 ×436.5度 ×0.50=65,475(元)
此后该项目每年可为厂家节约电费 6.5万元,经济效益非常显。

 

九 、本系统的特点

1)采用节能单机控制,根据生产的实际需要通过调节风机的转速调节送风量,在满足使用要求的前提下达到最大限度的节能。

2)实现了风机的高效调速,调速平稳、精度高,调速过程中转差损耗小,由于降速运行和软启动,使电机启动电流大大减小,起动时定、转子消耗减少,对延长电机寿命十分有利。

3) CHF转速追踪功能,能实现对旋转中的电机快速启动。

4)系统具有过载、过流、过压、短路、欠压保护措施,使系统的运转率和安全性、可靠性大大提高,有效地防止了喷窑的发生.

 

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