引言
水泥生产企业是国民经济生产中的能源消耗大户。在水泥生产中电动机负载电耗站近30%的成本,而拖动风机用的高压电机在电机中占有很大比重,对一条水泥生产线其中有20%-30%的电能用于拖动各类风机上,因此对风机拖动电机的节能改造尤为重要。
目前很多水泥厂风机都存在大马拉小车的现场,同时由于工况、产量的变化,系统所需要的风量也随之发生变化,大部门风机采用传统的做法即调节进出口风门的开度来实现对风量的调节,该方法是增加风阻、牺牲风机效率来达到要求,损耗严重,拖动电机出力变化很小,白白浪费电能,增加生产成本。如果利用变频调速技术改变设备的运行速度,以调节风量的大小,既能满足生产需求又能节约电能,同时又减少因调节档板而造成挡板和管道的摩擦而经常停机检修所造成的经济损失。
贵州资兆建材有限公司系贵州永固实业有限责任公司全资收购原德江县乌江水泥厂组建的民营企业。位于德江县中部共和乡,距县城暨326国道20公里,乌江白果沱码头4公里,303省道由厂门口经过,可谓既有省道连国道,又有乌江接长江。水陆交通十分便利。公司于2009年通过技改建设一条日产水泥熟料2500吨新型干法水泥生产线。
一 水泥厂生产工艺介绍
水泥生产工艺主要包括:矿山开采、原料破碎、原料均化与存贮、原料配料、原料粉磨与废气处理、生料均化与入窑、熟料烧成、熟料入库与散装发运、水泥配料及粉磨、水泥存贮等几部分。图一所示为水泥厂生产工艺过程
图一
具体的生产流程是:
水泥原料的破碎及预均化 水泥生料制备 水泥生料均化 水泥物料的预热分解 水泥熟料的烧成 水泥粉磨 水泥包装
在上述过程中原料粉磨与废气处理、煤粉制备、熟料烧成、水泥配料及粉磨工艺中设计有大功率的风机,可进行变频改造。现结合实际工艺介绍一下变频改造主要风机的作用。
(1)窑头排风机主要是把篦床产生含粉尘的高温气体引入收尘系统收尘,再排至大气。
(2)窑尾排风机兼有生料磨循环风机有废气处理风机功能;
(3) 窑尾高温风机是熟料生产线上最重要的负载,高温风机变频改造是国家在水泥行业强制执行的标准。
(4)水泥磨引风机主要使水泥磨生产工艺微负压,减小粉尘外溢,循环风机使粉尘气体通过收尘器后,排至大气。
(5)煤粉机是把煤磨机磨好的煤粉送入回转窑,为回转窑提供燃料。
(6)篦冷机是水泥厂熟料烧成系统中的重要主机设备,其主要功能是对水泥熟料进行冷却、输送;同时为回转窑及分解炉等提供热空气。
高温风机、生料循环风机、窑尾排风机、窑头排风机、水泥磨排风机均采用森兰SBH系列高压变频器,煤粉机、篦冷机采用森兰SB200系列低压变频器。
二 负载参数
2.1 拖动电机参数(表一)
表一
2.2风机参数(表二)
表二
三 高压变频器主回路方案
窑尾排风机、循环风机、水泥磨风机采用异步绕线式电机转子串电阻与水阻柜降压启动,全压运行的控制方式,高温风机采用异步鼠笼式电机用水阻柜降压启动,全压运行的控制方式。在高温风机和水泥磨引风机与负载间均安装有液力偶合器。
变频改造将绕线式电机转子侧串联的电阻拆掉,将转子用铜牌短接,去掉水阻柜,将液力偶合器调至100%。
高温风机(SBH-100-1600)采用一拖一自动旁路方案,循环风机(SBH-100-560)、窑尾排风机(SBH-100-500)、窑头排风机(SBH-100-250)、水泥磨引风机(SBH-100-400)均采用一拖一手动旁路方案。
一拖一自动旁路方案具备变频自动切换工频能力,多用于设备比较重要,用户对自动化程度要求比较高的,同时工况也应具备自动切换条件。
方案介绍:
1、QS1、QS2为手动刀闸开关,KM1 、 KM2 、 KM3为真空接触器。QF为用户侧高压开关。
2、 KM2、KM3之间存在电气连锁,QS2、KM2之间存在电气连锁,QS1 、KM1之间存在电气连锁。当QS1合闸后,才允许合KM1;QS2合闸后,才允许合KM2。KM1分闸后才允许分、合QS1;KM2分闸后才允许分、合QS2
3、 QS1、QS2 、KM1 、KM2闭合时,QF闭合时,电机处于变频运行状态。KM3闭合时,QF闭合时,电机处于工频运行状态
图二(一拖一自动旁路)
一拖一手动旁路方案适合于用户对自动化要求不高,或者用户的工况不具备自动工频切换条件。变频器发生故障后,用户可通过手动方式切换至工频起动,以保证正常的生产需求。
方案介绍:
1、QS1、QS2、QS3为手动刀闸开关,QS2、QS3之间采用机械连锁。QF为用户侧高压 开关(断路器) 。
2、 QS1、QS2、QS3为刀闸开关,不能带负荷分合闸操作。当要对QS1、QS2、QS3进行操作时,必须将上级开关分断开,才允许进行开关操作。
3、 QS1、QS2闭合时,QF闭合时,电机 处于变频运行状态。QS3闭合时,QF闭合时,电机处于工频运行状态。
图三(一拖一手动旁路)
四 风机改造后节能情况
为对比变频节能改造情况,在相同产量下对工频、变频相应的运行数据进行统计分析。数据整理如下:
设备工况运行数据(表三)
表三
变频节能改造后运行数据(表四)
表四
直接经济效益
从上表可以明确的看出各风机相应的节电率。按每月运行30天,年运行10个月,即300天,电费为0.55元/度。可以推算出风机的年节电量和节电效益(表五)。
表五
间接经济效益
(1)变频改造后,实现电机软启动,启动电流小于额定电流,启动更平滑。
(2)功率因数提高到0.95以上(未改造之前功率因数为0.92),减小了线路损耗。
(3)减少了维护工作量和维护成本,延长了设备使用寿命。
(4)调速范围宽,精度高,风机风量可根据生产工艺需要变化调节。
(5)森兰高压变频器具有:过流、短路、过压、欠压、缺相、温升保护等多项保护功能,十分完善,更好的保护了电机。
(6)改善运行工况,减低人工劳动强度。
六 结论
目前,水泥行业的竞争非常激烈,但关键还是制造成本的竞争,而电动机电耗就占成本近30%,而拖动风机用的高压电动机在电机中占有很大的比重,因此做好电动机的降耗增效工作就显得极为重要。高压变频调速技术目前已经比较成熟,是水泥厂节能改造的理想设备,具有很高的推广价值,同时使熟料质量更加稳定、可靠。