中压变频器在水泥生产线中的应用研究

刘岩

摘   要：近年来，我国社会生产力快速提高，一些高耗低产行业为实现可持续发展，纷纷重视科技改造，不断引进现代先进设备，以此提高产能、降低能耗。文章以水泥生产线为主题展开分析，详细探讨了中压变频器在水泥生产线中的具体应用，并介绍了中压变频器原理特点，对变频器与液力耦合器进行了优劣势比较，进一步探讨了中压变频器应用在水泥生产线的改造方案，同时对改造前后效果进行了深层次的比较分析，显然具有显著的经济效益价值。

关键词：中压变频器;水泥生产线;应用

社会经济与科技快速发展，国家新一轮的落后产能淘汰，水泥生产行业之间的竞争日渐激烈。水泥生产企业之间的竞争中，产量竞争仅是一部分内容，更为关键的是水泥生产成本之间的竞争。水泥生产成本当中，耗电资源占据总成本的30%～40%;电耗主要源于水泥生产过程中维持大量风机正常运转的原动力，原动力的提供主要以中高压电动机为主。所以，要想切实减少电耗成本，则需要重视电动机节能工作，进而有效减少水泥生产成本。现阶段，在科学技术的支撑下，中压变频器技术较为成熟，在实践中的有效应用，故障发生概率较低，是水泥厂节能改造中理想设备，可在水泥生产线中推广应用。中压变频器可用于水泥生产过程中大量大功率风机风量调节，节约了大量电能资源，具有可观的经济价值。所以，笔者深入探讨中压变频器在水泥生产线中的有效应用，具有一定的实践价值与现实意义。

1    水泥生产线中压传动系统中变频器与液力耦合器优势对比

水泥生产线中压传动系统中采用液力耦合器与采用变频器产生了不同效果，实践发现变频器的有效应用，具有显著优势，总结起来，主要涉及如下几个方面：

（1）速度可调范围扩大。液力耦合器的应用时，传动系统所能够控制的速度范围，仅限4∶1;然而中压变频器的应用，使传统系统所能够控制的速度范围有所扩大，实践显示为10∶1～100∶1[1]。通过两者数据分析，可知速度可调范围的扩大是中压变频器有效应用优势之一。

（2）速度调节精度高。中压变频器优势在于输出频率可以进行0.1 Hz变化，在此过程中，稳定性较高，在水泥生产线中压传动系统中的有效应用，则可以保证动力稳定供应，并结合实际生产动能需求，精准控制传动速度，自然有助于保证水泥稳定生产[2]。然而，液力耦合器速度调节显然缺乏较高的精度，源于其转速波动大，即使进口的液力耦合器调节速度时，转速也处在每分钟5 100～5 400转，具有较大的波动性，不利于水泥稳定生产[3]。

（3）效率提升。中压变频调速最大优势在于不会产生转差损耗，可保证效率达到95%以上;然而液力耦合器则会在实践中，出现转差损耗，导致其负载转速相对较低的情况下，具有较低的效率，一方面损失了大量电力资源，另一方面难以保证效率[4]。

2    水泥生产线中压传动系统变频改造方案及改造效果分析

2.1  水泥生产线中压传动系统变频改造方案

以干法悬窑水泥生产线为例，该系统悬窑是一个日产5 kt的耐热钢筒，内部镶嵌了各种耐火砖。生料预热完成之后，从窑尾进入到窑中，进行混合与煅烧等一系列操作，需强调的是为了保证生产稳定运行，在此过程中，窑需持续转动。在生产过程中，窑内产生了大量热量，虽经过有效的降温处理，但是仍有大量余热废气需要排出，此刻需发挥高温风机的作用，通常将其安置在窑尾。然而，耐热钢筒容量较大，对风量具有较高要求。所以，为了保证余热废气高效排出，高温风机的电动机装置通常需要达到6 kV电压、功率在2 500 kW以上，才能满足风量要求。以前高温风机的调速，主要以液力耦合器为主，改造后采用中压变频器调速，最终达到风量控制要求值。变频调速系统配置主要有交流电源、开关柜、中压变频器、中压电动机、风机、工艺调节信号、DCS控制系统等。具体言之，中压变频器所需电能，主要由三相高压6 kV的交流电源在流经开关柜后，以直接方式提供。变频器的控制，主要是企业DCS控制系统通过4～20 mA的电流给定控制信号进行控制，直接带动中压电动机实现变频控制功能。风机风量的变化调节，主要紧随中压电动机转速的变化发生与之相应的变化。另外，变频器会附带接受紧急停车、风机跳闸等保护信号，主要为风机提供保护，确保整套系统保持稳定运行状态。

2.2  水泥生产线中压传动系统变频改造效果

水泥生产线中压传动系统变频改造之后，结合系统运行数据、统计部分数据，经整理分析如下：企业水泥生产线中应用变频节能改造，总共应用了8台中压变频器。8台中压变频器应用场合、电机功率、改造前后的电机功率详细信息如下：（1）一线1#循环风机，电机功率1 000 kW，改造前电机功率790 kW，改造后电机功率661 kW。（2）一线2#循环风机，电机功率1 000 kW，改造前电机功率774 kW，改造后电机功率681 kW。（3）一线高温风机，电机功率2 500 kW，改造前电机功率2 221 kW，改造后电机功率1 777 kW。（4）一线煤磨风机，电机功率630 kW，改造前电机功率348 kW，改造后电机功率247 kW。（5）二线3#循环风机，电机功率1 000 kW，改造前电机功率830 kW，改造后电机功率681 kW。（6）二線4#循环风机，电机功率1 000 kW，改造前电机功率780 kW，改造后电机功率632 kW。（7）二线高温风机，电机功率2 500 kW，改造前电机功率2 420 kW，改造后电机功率1 866 kW。（8）二线煤磨风机，电机功率630 kW，改造前电机功率388 kW，改造后电机功率257 kW。

基于上述数据分析可知，水泥生产系统在变频改造之后，系统中各风机节电功率明显下降。结合设备运行与开窑过程中的具体数据，按照一年运行11个月，每月运转28天，全天制运行，即一年7 392 h，可以推算风机变频改造之后一年节约的用电量。

另一水泥廠中两条生产线的改造，共使用5台大功率变频器，台中压变频器应用场合、电机功率、改造前后的电机功率详细信息如下：（1）一线高温风机，电机功率2 500 kW，改造前电机功率1 920 kW，改造后电机功率1 430 kW，节约功率490 kW。（2）二线过剩风机，电机功率630 kW，改造前电机功率455 kW，改造后电机功率345 kW，节约功率110 kW。（3）二线高温风机，电机功率2 500 kW，改造前电机功率1 890 kW，改造后电机功率1 380 kW，节约功率510 kW。（4）二线煤磨风机，电机功率630 kW，改造前电机功率510 kW，改造后电机功率430 kW，节约功率80 kW。（5）二线过剩风机，电机功率630 kW，改造前电机功率425 kW，改造后电机功率330 kW，节约功率95 kW。由此可见，变频改造具有良好的节能效果，功率方面显著下降，尤其高温风机功率下降最为明显。从上述分析数据可知，高温风机变频改造之后，年节约电费就高达数百万元，除了可以抵扣变频改造费用、有效降低水泥整体生产成本之外，还可以有效提高水泥产量，进而产生更大的经济效益，对于水泥企业而言，无疑是实现可持续发展的有效改革途径。所以，水泥生产企业需重视变频改造以及重视变频器在水泥生产线中的推广应用。

3    结语

通过本文分析，得出水泥生产线中，实施变频节能改造可有效降低生产成本。所以，水泥生产企业在现代激烈的市场环境中，要想保证企业稳定、可持续发展，需高度重视变频器的节能改造。基于此，水泥生产企业需深刻认识到变频器节能改造的具体优势，然后立足于企业现实情况，予以资金支持，大力进行水泥生产线变频节能改造，为企业节能降耗提供保障，推动水泥生产企业进一步发展。

[参考文献]

[1]王世群.现代工业生产中变频器的应用与发展[J].信息系统工程，2018（12）：23.

[2]郑江顺，赵哲，郭腾云.浅谈水泥行业变频器的选用[J].河南建材，2017（2）：147-148.

[3]何家成.水泥生产中变频器电磁干扰与抑制分析[J].山东工业技术，2016（15）：283.

[4]陶波，周冬华.高压变频器在白水泥回转窑生产中的应用[J].电世界，2015（9）：42-43.

Abstract：In recent years， the social productive forces of our country have been improved rapidly. In order to realize sustainable development， some industries with high consumption and low production have attached importance to the transformation of science and technology， and constantly introduced modern advanced equipment， so as to improve production capacity and reduce energy consumption. This paper analyzes the cement production line， probes into the concrete application of medium voltage frequency converter in cement production line in detail， introduces the principle and characteristics of medium voltage frequency converter， compares the advantages and disadvantages of frequency converter and hydraulic coupler， further probes into the transformation scheme of medium voltage frequency converter applied in cement production line， and makes a deep comparison and analysis of the transformation effect， which obviously has remarkable economic benefit value.

Key words：medium voltage frequency converter; cement production line; application