玉山萬年青水泥廠是江西萬年青水泥股份有限公司下屬的子公司，建有2條2500t/d的孰料生產線，其生料磨循環風機電機為10KV/1800KW，采用擋板(閥門)調節風量大小，風機消耗功率大，節流損失較大。調節風門擋板控制風量，由于擋板處于較高壓力下工作，易磨損，易造成管道內風量調節不準確，對生料磨系統工藝影響也較大。其生料磨系統簡易圖如圖所示：

玉山萬年青水泥廠

圖1 立式生料磨系統簡易圖

　　生料磨循環風機在生料磨系統中起到很大作用，通過調節循環風機可以控制磨系統的以下參數：

　　磨內通風量：立磨靠風掃磨，通風量要適當。風量不足，合格的生料不能及時帶出，料層增厚，排渣量增多，設備負荷高，產量降低;風量過大，料層過薄，影響磨機穩定運轉;

　　料層厚度：立磨穩定運轉的另一重要因素是料床穩定。料層穩定，風量、風壓和喂料量才能穩定，否則就要通過調節風量和喂料量來維持料層厚度。若調節不及時就會引起震動加劇，電機負荷上升或系統跳停等問題;

　　磨機振動：振動是輥式磨機工作中普遍存在的一個現象,合理的振動是允許的,但若振動過大，則會造成磨盤和磨輥以及襯板的機械損壞;

　　磨內壓差： 壓差是指風環處的壓力損失,在磨機運行時，磨內負荷量的變化不僅從磨機電流、料層厚度、振動幅度等參數上反應出來，而且壓差更能反映磨內狀況;

　　磨機出口溫度：有效的控制出口溫度，可以保持良好的烘干及粉磨作業條件;

　　產品細度：磨內通風量的大小對產品細度也有一定影響。

　　另外磨的運行穩定因素還有喂料量、噴水量、研磨壓力、循環風量和選粉機轉速等參數。

一、原料磨排風機改高壓變頻器拖動的必要性

　　玉山萬年青水泥廠原料磨排風機為轉子繞線異步電動機拖動，原有的運行方式為電機全速運行，依靠調整出口擋風板的開度來調節風量的大小，由于企業自身電網容量有限，電機不允許全壓直接啟動，因此選用轉子繞線式異步電動機，啟動方式是轉子串水電阻啟動，啟動結束后再自動短接轉子滑環，電機全速運行(項目初期運行時，是采用水電阻調速運行方式，但是投運后發現這種調速方式反而比風門調節更加不經濟，索性其只作為啟動時使用)，這樣的運行方式存在如下弊端：

　　1.風門調節反應滯后，調節速度慢，調節精度不高。

　　依靠風門調節執行器來調節風門開度，本身是一個不得已的舉措，因風門調節機構含有相當一部分的機械機構，受機械部分限制調節速度有限，調節精度亦受到影響，往往對現場的風量控制不是很到位，甚至滿足不了現場工藝的要求 。

　　2.風門調節浪費電能，不科學，不經濟。

　　采用風門調節固然結構簡單，投資較小，但是在節能意識日益加強的今天顯然不合適，電機額定電流為128A，而電機實際運行電流平均僅為90A 左右，采用風門調節，人為改變了風道的阻力曲線，大量的能源白白浪費在了風門上，在能源日益緊缺的今天，顯然已經嚴重落伍，改造勢在必行。

　　3.電機全速運行受到考驗，維護周期短。

　　因電機全速運行，電機軸承等機械部分磨損嚴重，另外，由于是轉子繞線式異步電動機，轉子的高速運行對于其機械部分一樣有百害無一益，轉子滑環上的碳刷磨損相當嚴重，更換周期短。

　　4.啟動過程復雜，水電阻裝置維護工作量大。

　　由于企業自身電網容量有限，電機不允許全壓直接啟動，因此選用轉子繞線式異步電動機，啟動方式是轉子串水電阻啟動，啟動結束后再自動短接轉子滑環，這樣的啟動方式附帶了很多電氣二次回路，啟動過程復雜，而且本身水電阻裝置維護工作量就比較大，只有在啟動過程的20幾秒內投入使用，使用效率不高，然而卻不可缺，顯然已經屬于落后工藝。

　　綜上所述，該風機改造勢在必行，要想徹底改變現有工藝，必須從源頭上下功夫，即通過改變電機轉速來調節風機轉速，從而達到調節風量的目的，以此來滿足現場工藝的要求。

二、調速方式的選擇

　　目前，大功率高壓異步電動機的主要調速方式有以下幾種：串級調速、內反饋串級調速、液力耦合器調速及變頻調速等。

　　串級調速—優點是可以回收轉差功率，所以調速效率比較高，但存在的問題也很多：它不適合于現有的轉子繞線式異步電機，必須更換電機：不能實現軟啟動，啟動過程非常復雜;啟動電流大;調速范圍有限;響應慢，不易實現閉環控制;功率因數和效率低，并隨著轉速的調低急劇下降;很難實現同PLC和DCS等控制系統的配合，對提高裝置的整體自動化程度和實現優化控制無益;同時因控制裝置比較復雜、諧波污染大對電網有較大干擾;進一步限制了它的使用，屬落后技術;

　　內反饋串級調速—內反饋串級調速是在串級調速基礎上發展起來的，它在普通繞線電動機的定子繞組(稱主繞組)同槽放置一套繞組(稱調節繞組)而制造成的內反饋串級調速電機，將該電動機部分轉子能量取出以改變電動機用以產生拖動轉矩，使主繞組從電網吸收的能量下降來實現節能。優點：具有串級調速的全部優點，體積小。缺點：需更換專用電機，滑環處理不當容易出現事故;雖采用頻敏變阻器啟動但啟動電流仍很大(3-4Ie),對電機和電網的沖擊很大，啟動復雜;調速范圍很小;輸入功率因數和效率低;電機側由于可控硅的逆變衍生出大量的高次諧波，對電機的絕緣造成老化，引起電機的轉矩脈動、附加發熱和噪聲污染，所以電纜要求加粗使用;電機喘振現象無法消除。仍屬于落后技術;

　　液力耦合器調速—屬低效調速方式，調速范圍有限，高速丟轉約5%-10%，低速轉差損耗大，最高可達額定功率的15%，因效率與轉速成正比，低速時效率極低，精度低、線性度差、響應慢、啟動電流大、裝置大，必須加裝在設備和電機之間，不適合改造;無法軟啟動，耦合器故障時，無法切換運行，維護復雜、費用大，不能滿足提高裝置整體自動化水平的需要;

　　高壓變頻調速—由于應用了先進的電力電子技術、計算機控制技術、現代通信技術和高壓電氣、電機拖動等綜合性領域的學科技術，因此具有其他調速方式無法比擬的優點：

　　(1)變頻器采用液晶顯示數字界面，調整觸摸式面板，可隨時顯示電壓、電流、頻率、電機轉速，可非常直觀地顯示電機在任何時間的實時狀態。

　　(2)精確的頻率分辨率和高的調速精度，完全可以滿足各種生產工藝工況的需要。

　　(3)高壓變頻器具有國際通用的外部接口，可以同可編程控制器(PLC)和工控機等各種儀表連接，并可以與原設備控制回路相連接，構成部分閉環系統，如與原DCS系統實現數據交換和聯鎖控制。

　　(4)具有電力電子保護和工業電氣保護功能，保證變頻器和電機在正常運行和故障時安全可靠。

　　(5)電機可實現軟啟動、軟制動;啟動電流小，小于電機的額定電流;電機啟動的時間可連續可調，減少了對電網的影響。

　　(6)具有就地和異地操作功能，另可通過互聯網實現遠程監控功能。

　　(7)減少配件損耗，延長設備使用壽命，提高勞動生產效率。

　　通過對幾種調速方式的比較，最終，萬年青水泥廠決定采用深圳科陸變頻器公司生產的CL2700高壓變頻器對原料磨排風機進行改造：

　　科陸高壓變頻器是一家正規上市公司;

　　CL2700系列高壓變頻調速裝置系統運行穩定;

　　CL2700系列高壓變頻調速裝置全中文界面顯示，適合國內用戶;

　　針對國內用戶量身定做，盡量考慮國內電網的綜合因素，在其可靠性，安全性方面有其獨到的技術優勢;

　　CL2700系列高壓變頻調速裝置內置PLC，易于改變控制邏輯關系，適應多變的現場需要

三、改造項目具體實施方案及過程

　　根據現場的實際情況，旁路柜采用了一拖一手動方案。此結構是手動旁路的典型方案,原理是由3個高壓隔離開關QS1、QS21和QS22組成(見圖，其中QF為原高壓開關柜內的斷路器)。要求QS21和QS22不能同時閉合，屬于單刀雙擲。變頻運行時，QS1和QS21閉合，QS22斷開;工頻運行時，QS22閉合，QS1和QS21斷開;QS3為單獨所加的刀閘柜，用來投切用戶原有的電容補償裝置，工頻時合QS3，變頻時分QS3。

　　優點是:在檢修高壓變頻器時，有明顯斷電點，能夠保證人身安全，同時也可手動使負載投入工頻電網運行等。

　　缺點：高壓變頻器故障時，不能自動由變頻轉為工頻。

　　現場原有的水電阻裝置繼續保留，高壓變頻器安裝后，與原有的水電阻二次回路結合，取高壓變頻器的變頻狀態信號(QS1,QS21閉合后輸出變頻狀態信號)送至水電阻二次回圖1：高壓變頻器工頻旁路原理圖 路，該信號有效后通過原有水電阻二次回路，直接短接電機轉子滑環，切除水電阻裝置，由高壓變頻器對電機實現軟啟動;取高壓變頻器工頻旁路信號(QS22閉合后輸出工頻旁路狀態信號)，該信號有效后通過原有水電阻二次回路，恢復高壓電機的串水電阻調速功能，以備高壓變頻器故障期間，用戶仍可以通過原有啟動回路啟動設備工頻運行。

　　現場設備名牌如下：

四、改造效果

　　1.節能效果相當明顯，經濟效益顯著

　　萬年青水泥廠立磨風機變頻改造后，取得了顯著的節能效果，改造前風機風門的開度經常在70%左右，電機全速運行，改造后，風機變速運行，因現場工況變化不是很大，變頻調速系統經常運行在43赫茲左右，與調節檔板時的消耗功率大大減小，節電效果與經濟效益顯著。變頻改造前后，電機的運行數據如下表所示

　　上述表格中，改造前電機平均功率計算方法為：109×1.732×10×0.85=1604kW

　　改造后電機平均功率計算方法為：78×1.732×10×0.96=1296kW

　　注：變頻運行時，變頻輸入的功率因數為0.96;電機工頻運行時，功率因數為電機功率因數0.85。

　　根據以上實際數據，可以得出，改造后風機的節電率為：(1604-1296)/1604=19%

　　該設備每年檢修一次，檢修時間為30天，其余時間均運行，我們按一年運行300天計算，實際電費按一度電0.45元，則一年節省電費為：(1604-1296)×300×24×0.4=99.7萬元。

　　2.改善工藝。

　　現將改造前及改造后現場工況列表如下：

　　原料磨排風機變頻改造后，取得的間接效果也是十分明顯的，因為變頻調速系統經常運行在43赫茲左右，電機及風機旋轉速度降低，電機及風機的軸溫降低，噪音降低，整體維護周期大大縮短;運行人員在DCS側通過監控界面很方便的調節電機的運行頻率，高壓變頻器的頻率分辨率精確到0.01赫茲，調節及時，調節精度高。

　　改造前用戶曾經擔心電機降速后，自身冷卻風機轉速下降，電機散熱效果不好，電機可能會有過熱的問題，實際該問題并沒有出現。因為電機降速后，雖然自身冷卻效果下降，但是電機降速后輸出功率大大降低(電機輸出功率與轉速的立方成正比)，事實表明，改造后，電機的溫升不但沒有升高，反而有所下降。

五、結論

　　玉山萬年青水泥廠原料磨排風機的變頻改造，達到了節電和改善工藝的效果，取得了圓滿成功。

　　CL2700-10-2250-AQY高壓變頻器，不但操作方便、容易、維護量小，而且有明顯的節能效果。通過CL2700高壓變頻器在萬年青水泥的應用，增強了運行的安全可靠性，提高了生料磨的產量，又達到較好的節能效果。因此在水泥廠生料磨系統循環風機采用高壓變頻技術是大力倡導和推廣的。