5个水泥企业项目列入陕西碳达峰试点项目
陕西省工业和信息化厅发布了《关于发布陕西省第一批工业领域碳达峰试点项目名单的通知》。
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我公司2条10000t/d生产线窑尾高温风机系统的风压控制原由液力偶合器调节，液力偶合器本身能耗达10%以上，而且需要油泵及冷却水来辅助运行，故障率较高，特别是在夏季产生热量较大，需加入4组冷油器，用循环水强降温，水消耗量大，资源浪费严重。风机采用液体电阻降压启动，还存在以下2个问题：①转子部分带有集电环、碳刷等配件，运行过程中需要对这些配件进行更换或处理，运行维护量大；②部分电能消耗在水电阻上。因此公司决定采用变频调速技术来对其进行节能改造。
1 设备配置情况
原窑尾高温风机及其拖动电动机参数见表1。
表1风机及其拖动电动机参数
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风机 型号 |
流量 /(m3/h) |
全压 /kPa |
轴功率 /kW |
电动机 型号 |
额定 功率 /kW |
额定 电压 /kV |
额定 电流 /A |
额定 转速 （r/min) |
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W6-2×39No31.5F |
900000 |
7.2 |
2 380Y |
KK710-62 |
500 |
6 |
289 |
992 |
对比国内外市场上不同的中压变频调速方案，决定选用ABB公司的ACS5000中压变频器（6kV)，其型号是ACS5066_36L35D_1a35_A1，容量为3000 kVA，变频器前面选用ABB公司的ZTS-3200/6/6×1.92隔离变压器（容量为3200 kVA）。
2 设备的改造情况
改造前期，认真跟踪电气备件材料的到货情况，实施电缆敷设、现场系统设备的设计和出图等工作。根据现场环境，用原料电力室多余的空间来安装变频器，此地方距中压控制柜较近，动力电缆敷设方便。由于ABB变频器冷却方式是风冷，空气流通量较大，为保障变频器尽量少受外界灰尘的影响，有足够的通风冷却效果，在变压器柜上部安装了整体风道，引出室外通风，保证变频器整体冷却通风要求。保留中压断路器至电动机的动力电缆，将其分为两段接入隔离柜。按照液力偶合器的连接尺寸设计制作了一套直接连接轴来代替，连接轴的基座安装尺寸、中心尺寸、轴径尺寸，以及轴与电动机及风机侧的联轴器的连接均与原液力偶合器一致。安装时，拆除液力偶合器，装上连接轴，现场仅作少量调整即可达到安装要求。对原电动机滑环进行短接处理，废除原水电阻启动器。
3 电气控制改造情况
3.1 ABB变频器的控制要求
1）增加隔离变压器，有效地消除对电网的谐波污染。隔离变压器报警信号中，只有过流信号进入变频器柜。
2）中压断路器的控制命令通过变频器发出；中压断路器需要控制系统电源失压保护。
3）隔离柜的位置信号是中压柜的备妥信号。
4）变频器的启动方式分“动态”和“静止”：“动态”风机转速大于10r/min才能启动，“静止”风机停止不动或转速小于10r/min。由于高温风机启动前转速已大于10r/min，所以采用“动态”启动方式。变频器通过PROFIBUS-DP总线与DCS控制系统连接，变频器需要提供UPS电源。
3.2改造的具体内容
3.2.1中压控制柜
1）因西门子中压断路器没有控制电源失压保护，所以设计的方案是：在断路器控制小车内分闸线圈旁并联1个线圈作为失压线圈,原分闸线圈电磁铁挡片机构延长与失压线圈共用，以便两分闸线圈共同控制断路器，2列直流屏互为新加失压线圈电源，从而实现了中压断路器控制系统电源失压保护。
2）解除中压控制柜的PROFIBUS-DP总线连接,取消差动报警、水电阻硬连锁、中压电容柜及其硬连锁。
3）接入变频器控制信号,并将中压控制柜状态信号送给变频柜。
3.2.2 DCS系统
1）在原料电力室PC柜增加一块通讯模板CI854,用PROFIBUS-DP总线与变频器连接，即将变频器控制系统接入DCS系统中。为充分保证系统的可靠性，变频器同时加装工频旁路装置，可在变频回路故障时将电动机切换至工频状态下运行。
2）取消原高温风机及液力偶合器油泵、执行器、压力、温度、转速等控制程序,建立与变频器的通讯并重新改写程序。
3）整流变压器的温度、压力、瓦斯报警信号直接接入DCS控制系统。
4）中压变频器启动时间任意可调，实现平滑启动，对设备运行起到良好的保护。
3.2.3现场
1）将现场控制按钮箱改成现场只能停机，风机油站的运行信号是中压柜的启动连锁，故障信号是中压柜的安全硬连锁。
2）由于选择启动方式是“动态”，因此增加速度开关检测风机的转速，此信号是中控控制的启动连锁。
3）拆除液力偶合器油泵、执行器、压力、温度、转速等接线。
4）在B3GT低压配电柜增加空气开关，引出变频柜、整流变压器、旁路开关柜的电源;UPS电源也从在B3GT配电柜内引出，通过隔离柜的空端子引入变频柜。改造后，电动机主接线见图1。
4 效果
为比较节电效果，限定产量10 600t/d，按电度表实际读数进行核算。一台高温风机改造后11天（2009年1月份）的用电量与改造前11天（2008年10月份）的用电量进行比较，具体数据见表2。
从表2看出，改造前后的用电量分别为505300kWh和367 000kWh，平均单位熟料电耗改造前后分别为3.14kWh/t和4.30kWh/t，电耗降低1.16kWh/t，节电率达27.4%。
改造从2008年11月24日开始，12月4日顺利投入使用。目前该系统运行稳定，风机运行电流从原来的210A下降到150A左右，大大降低了电耗。按电费为0.6元/kWh，窑运转率为92%计算，我公司2台窑尾高温风机年节约电费近500万元，14个月即可收回改造成本。节省的电耗折算余热发电的标煤可达近3 000t，不但节约了资源，还减少了环境污染。
表2 变频改造前后电能数据
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改造后 |
改造前 |
节电量/kWh | ||
|
日期 |
用电量/kWh |
日期 |
用电量/kWh | |
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01-10 |
33 600 |
10-10 |
46 100 |
12 500 |
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01-11 |
30 500 |
10-11 |
45 800 |
15 300 |
|
01-12 |
33 100 |
10-12 |
45 600 |
12 500 |
|
01-13 |
33 400 |
10-13 |
46 200 |
12 800 |
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01-14 |
35 000 |
10-14 |
45 700 |
10 700 |
|
01-15 |
33 800 |
10-15 |
46 400 |
12 600 |
|
01-16 |
33 700 |
10-16 |
46 500 |
12 800 |
|
01-17 |
33 500 |
10-17 |
46 000 |
12 500 |
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01-18 |
33 700 |
10-18 |
45 800 |
12 100 |
|
01-19 |
34 000 |
10-19 |
46 100 |
12 100 |
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01-20 |
32 700 |
10-20 |
45 100 |
12 400 |
|
合计 |
367000 |
合计 |
505300 |
138300 |
|
平均 |
33363.63 |
平均 |
45936.36 |
12572.72 |
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单耗/（kWh/t） |
3.14 |
单耗/（kWh/t） |
4.30 |
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5 结束语
根据我公司对万吨线高温风机的中压变频器的安装及使用情况，总结变频器改造有以下优点：
1）安装简单，即将原中压开关柜与电动机之间插入安装变频器，对原有接线改动不大。
2）操作使用方便，变频器操作只有简单的开机、停机和转速调整。
3）能进行无级调速，调速范围广，且调速精度高，适用性强。
4）保护功能完善，故障率低，风机启动平稳，启动电流小，可靠性高。到目前为止，仅坏过一个IGCT电路板，故障原因正在和ABB公司技术人员交流（可能是过压原因，并已适当减小了供电电源电压）。
5）由于变频器取代了液力偶合器调速，消除了机械及液压高故障率的缺陷，设备维护费用降低。
6）电动机运行振动及噪声明显下降，电动机负荷端振动由3.4mm/s下降到1.9mm/s，轴承温度也有很大的下降，由51.2℃下降到29.7℃（1月份）。
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