水泥廠變頻節(jié)電改造(1)
發(fā)布時(shí)間：2019-08-02 10:14:00來源：
一、前言
一、水泥廠變頻改造的節(jié)電場(chǎng)合
水泥廠是耗能大戶，采用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)比較多，因此，變頻改造能取得較好的節(jié)能效果，以下分析水泥廠的變頻節(jié)電應(yīng)用場(chǎng)合。
（一）、立窯供風(fēng)系統(tǒng)系統(tǒng)變頻改造裝置
機(jī)立窯供風(fēng)系統(tǒng)是通過調(diào)節(jié)擋風(fēng)板的開啟角度的落后的機(jī)械調(diào)節(jié)方法來滿足燒結(jié)時(shí)不同的用風(fēng)量，這種操作方式的缺點(diǎn)是明顯的：
1、電能浪費(fèi)嚴(yán)重；
2、調(diào)節(jié)精度差；
3、啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)沖擊大；
4、電機(jī)及風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高，負(fù)荷強(qiáng)度重；
5、起動(dòng)時(shí)機(jī)械沖擊大,設(shè)備使用壽命低;
6、噪聲大，粉塵污染嚴(yán)重等。
采用變頻改造后的變頻供風(fēng)系統(tǒng)是在保留原供風(fēng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加一套變頻回路與原回路并聯(lián)，形成雙回路可轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)，并將變頻器的調(diào)速裝置安裝在窯上，通過調(diào)節(jié)電機(jī)（風(fēng)機(jī)）的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)燒結(jié)時(shí)的用風(fēng)量。
其特點(diǎn)：
1、節(jié)電效果好（由于電機(jī)消耗的功率跟電機(jī)轉(zhuǎn)速的三次方成正比，改造后電機(jī)大部分時(shí)間運(yùn)行在35-40Hz左右既可滿足用風(fēng)量，節(jié)電率大于百分之三十）； 2、具有軟起功能，降低負(fù)荷強(qiáng)度，延長設(shè)備使用壽命，啟動(dòng)電流小，相當(dāng)于增加電網(wǎng)容量；
3、調(diào)節(jié)風(fēng)量精度準(zhǔn)確、方便；4、無需旁通放風(fēng)，減少水泥粉塵污染等。
（二）、成球供水系統(tǒng)
生料成球工序是影響水泥熟料燒結(jié)質(zhì)量的關(guān)鍵工序之一，其中水、料比例直接影響成球好壞。應(yīng)用變頻器后能通過跟蹤生料供給量對(duì)成球預(yù)加水泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的閉環(huán)控制，料水配合穩(wěn)定，成球效果良好，大大提高水泥燒結(jié)質(zhì)量。此系統(tǒng)改造主要為提高自動(dòng)化程度和制造工藝水平考慮，由于功率較小省電效果還在其次。
（三）、生料均化給料系統(tǒng)
此系統(tǒng)用變頻改造后，將所有送料口處的送料電機(jī)用變頻器進(jìn)行同步無機(jī)調(diào)速，等比例送料，提高均化效果，此點(diǎn)也是從制造工藝角度考慮。
（四）、水泥選粉系統(tǒng)
水泥選粉系統(tǒng)的工作原理是根據(jù)所生產(chǎn)的水泥的標(biāo)號(hào)的不同，調(diào)節(jié)選粉機(jī)和選粉風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而選出不同細(xì)度的水泥制品。老式選粉機(jī)要調(diào)整風(fēng)機(jī)軸上的扇葉的數(shù)量和角度，經(jīng)過對(duì)比試驗(yàn)達(dá)到所要求的選粉細(xì)度；新式選粉系統(tǒng)分選粉機(jī)和選粉風(fēng)機(jī)兩部分，選粉機(jī)由滑差電機(jī)調(diào)速，選粉風(fēng)機(jī)靠調(diào)節(jié)擋風(fēng)板角度調(diào)節(jié)用風(fēng)量。這兩種系統(tǒng)都存在操作工藝復(fù)雜、調(diào)節(jié)精度差、浪費(fèi)電能嚴(yán)重的缺點(diǎn)，特別是滑差點(diǎn)機(jī)不但費(fèi)電，由于水泥制造環(huán)境粉塵嚴(yán)重，因此滑差頭骨脹率特別高，維修困難。變頻改造后，不管是老式系統(tǒng)還是新式系統(tǒng)，只要將電機(jī)調(diào)節(jié)到一個(gè)特定的轉(zhuǎn)速就能選出所需要的細(xì)度的顆粒，在節(jié)約電能的同時(shí)還做到了連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)，既提高了勞動(dòng)效率，又降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，綜合效益明顯。
（五）、立窯卸料系統(tǒng)
為使水泥燒結(jié)過程中加料、供風(fēng)、卸料三平衡，立窯普遍采用滑差電機(jī)（電磁調(diào)速電機(jī)）做為盤塔式卸料裝置的動(dòng)力，該電機(jī)不但防護(hù)等級(jí)滿足不了水泥生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的需要，而且在相同輸出轉(zhuǎn)速的條件下消耗的功率也比系列電機(jī)高出百分之二十左右，在降低轉(zhuǎn)速時(shí)相差更多，因此采用變頻調(diào)速系統(tǒng)代替滑差調(diào)速后，解決以上所訴的缺點(diǎn)，且調(diào)速性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于滑差調(diào)速電機(jī)，在節(jié)電的同時(shí)維修費(fèi)用也大大降低，在各行業(yè)得到普遍應(yīng)用。
應(yīng)用變頻器對(duì)可以調(diào)速的電機(jī)進(jìn)行控制，在節(jié)約大量電能的同時(shí)，還具有軟起功能，同時(shí)降低了電機(jī)的起動(dòng)電流和運(yùn)行電流，降低整個(gè)電力系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)啟動(dòng)和工作時(shí)的負(fù)荷強(qiáng)度，延長了機(jī)械部件的使用壽命。另外對(duì)滑差電機(jī)的變頻改造提高了電機(jī)的防護(hù)等級(jí)，減少了因環(huán)境惡劣而造成的電機(jī)故障率。
二、變頻改造的其他收獲
由于變頻器工作和啟動(dòng)時(shí)電流的下降，為其他設(shè)備的啟動(dòng)提供了必要的保證，無形中增加了工廠的電力容量，這對(duì)電網(wǎng)電壓不穩(wěn)和電力容量偏小的場(chǎng)合尤為有利。象天馬水泥有限公司這樣整體改造后,可省下200KVA的變壓器容量,新上設(shè)備時(shí)變電所可暫不增容,可節(jié)省大量投資。
當(dāng)然，經(jīng)過變頻改造后還應(yīng)加強(qiáng)生產(chǎn)工藝方面的管理，再生產(chǎn)允許的條件下合理的調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到理想的節(jié)能結(jié)果。這有待于在以后的工作中加以不斷的完善。
三、變頻改造的經(jīng)濟(jì)性分析
通過對(duì)水泥廠變頻改造成功的經(jīng)驗(yàn)充分證明了水泥行業(yè)變頻改造的非凡潛力，水泥廠能在不到一年的時(shí)間內(nèi)收回設(shè)備投入，具有豐厚的利益回報(bào)，并且整體提高了公司在生產(chǎn)工藝方面的自動(dòng)化程度。在節(jié)能減排的大形勢(shì)下，節(jié)省電能將具大大提高水泥企業(yè)的競(jìng)爭力，提高提高國家對(duì)水泥企業(yè)的項(xiàng)目生存評(píng)估能力。
二、項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)
1、針對(duì)節(jié)電改造項(xiàng)目，全部保留原有的供電和控制部分，在變頻出現(xiàn)問題時(shí)能夠切換到原有系統(tǒng)，不影響生產(chǎn)。
2、采用先進(jìn)的無線監(jiān)控系統(tǒng)，集中監(jiān)控所有改造的項(xiàng)目，做到設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。
3、遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)可以幫助廠商比較快響應(yīng)和排除變頻設(shè)備的出現(xiàn)的問題，及時(shí)消除運(yùn)行中的缺陷，減少故障停機(jī)帶來的損失。
三、無線監(jiān)控與遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況的監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制是系統(tǒng)能否安全、穩(wěn)定、可靠的保障，傳統(tǒng)的監(jiān)控一般是在就地增加電流電壓等儀表，需要集中或遠(yuǎn)程監(jiān)控時(shí)，通常采用的是通過電量變送器變成標(biāo)準(zhǔn)的4-20Ma模擬電信號(hào),標(biāo)準(zhǔn)模擬電信號(hào)再送到PLC或采集儀表進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化，變成數(shù)字量進(jìn)行顯示，這種監(jiān)控方式構(gòu)架復(fù)雜，成本高，故障點(diǎn)多可靠性不高。
傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)圖
變頻器作為一種高科技的電力電子裝置，其本身采用了計(jì)算機(jī)控制，具有完善的檢測(cè)和通訊接口，這就為電機(jī)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控帶來極大的便捷。隨著現(xiàn)代無線通訊技術(shù)的高速發(fā)展，采用無線通訊網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)結(jié)合的傳送構(gòu)架，將對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控帶來革命性的突破。這樣除了可以監(jiān)控電流電壓少部分參量外，變頻器的給定頻率、實(shí)際頻率、電流、輸出電壓、母線電壓、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)耗電功率、變頻器IGBT溫度、累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、PID反饋值給定值、電機(jī)轉(zhuǎn)矩等許多參量都可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。
（一）、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)介紹
系統(tǒng)構(gòu)架
如圖1.1所示，通過構(gòu)架運(yùn)行成熟的GPRS和因特網(wǎng)平臺(tái)，構(gòu)成一條無線的數(shù)據(jù)傳送通道，只要在變頻器485通訊口連接上無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，由數(shù)據(jù)傳送軟件將變頻器的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)服務(wù)器中，通過監(jiān)控組態(tài)軟件和專門設(shè)計(jì)的手機(jī)監(jiān)控軟件，可對(duì)采集到服務(wù)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行界面編程，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
由于數(shù)據(jù)采用了工業(yè)過程控制的標(biāo)準(zhǔn)的OPC（OLE for Process Control），即開發(fā)了變頻器專門的OPCserver軟件程序供參變量的調(diào)用使用，使得在使用工業(yè)組態(tài)軟件或其他軟件調(diào)用采集的參量會(huì)變得十分的方便，從而使變頻器的監(jiān)控可以融入到整個(gè)控制系統(tǒng)的監(jiān)控，使得監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)變得異常的簡便即插即用。
圖1.1網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖
變頻器與無線通訊模塊的連接
如圖1.2所示，無線模塊只要在電源端子上接上5-36V的電源，并和變頻器的RS485通訊口建立通訊連接即可工作，電源可以直接取變頻器的24V電源。
圖1.2 無線模塊和變頻器的連接
無線監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)：
1、成本低廉
傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng),每個(gè)參量的采集成本要在500-1000元,如果需要采集完整的變頻器所控制的電機(jī)的參量信息,其成本需要將近一萬元人民幣,而采用無線監(jiān)控方案,其成本還不到十分之一。
2、使用方便，即插即用
因?yàn)椴捎猛ㄓ嵉姆绞絺魉蛿?shù)據(jù)，所以只要將傳送模塊和變頻器連接，在任何地點(diǎn)都可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，不需要敷設(shè)線纜和其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，極為方便。
3、沒有線纜的敷設(shè)投資和麻煩
由于變頻器的逆變諧波干擾和電磁兼容問題，有線的RS485通訊會(huì)造成線路的耦合，使得通訊失敗和信號(hào)失真，實(shí)踐證明，這種無線監(jiān)控是目前比較可靠的方式。而且，有線方式的電纜敷設(shè)會(huì)遇到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的布線問題，線纜投資成本巨大，所以無線監(jiān)控具有顯著的優(yōu)勢(shì)。
4、監(jiān)控點(diǎn)不受地域的限制
傳統(tǒng)的監(jiān)控一般要設(shè)置固定場(chǎng)所的監(jiān)控中心，而且難以形成多用戶多點(diǎn)監(jiān)控。使得監(jiān)控系統(tǒng)的作用不能夠有效地延展，無線遠(yuǎn)程監(jiān)控可以做到，能上因特網(wǎng)即可監(jiān)控，其作用和意義大為提高，比如，可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)的監(jiān)控、系統(tǒng)故障的手機(jī)短信提醒等。特別在無人職守的場(chǎng)合具有巨大的意義。
5、參量調(diào)用具有兼容性
由于數(shù)據(jù)處理采用了工業(yè)上共同遵循和使用的OPC工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使得工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)可以很方便地調(diào)用參量，把變頻器無線監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)無縫連接到真?zhèn)€自動(dòng)化系統(tǒng)，形成有機(jī)的一體的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。
6、為變頻器遠(yuǎn)程調(diào)試、遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程技術(shù)服務(wù)提供可能。