10000t/d生產(chǎn)線窯尾高溫風(fēng)機(jī)變頻改造
我公司2條10000t/d生產(chǎn)線窯尾高溫風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的風(fēng)壓控制原由液力偶合器調(diào)節(jié),液力偶合器本身能耗達(dá)10%以上,而且需要油泵及冷卻水來輔助運(yùn)行,故障率較高,特別是在夏季產(chǎn)生熱量較大,需加入4組冷油器,用循環(huán)水強(qiáng)降溫,水消耗量大,資源浪費(fèi)嚴(yán)重。風(fēng)機(jī)采用液體電阻降壓?jiǎn)?dòng),還存在以下2個(gè)問題:①轉(zhuǎn)子部分帶有集電環(huán)、碳刷等配件,運(yùn)行過程中需要對(duì)這些配件進(jìn)行更換或處理,運(yùn)行維護(hù)量大;②部分電能消耗在水電阻上。因此公司決定采用變頻調(diào)速技術(shù)來對(duì)其進(jìn)行節(jié)能改造。
1 設(shè)備配置情況
原窯尾高溫風(fēng)機(jī)及其拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)參數(shù)見表1。
表1風(fēng)機(jī)及其拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)參數(shù)
風(fēng)機(jī) 型號(hào) |
流量 /(m3/h) |
全壓 /kPa |
軸功率 /kW |
電動(dòng)機(jī) 型號(hào) |
額定 功率 /kW |
額定 電壓 /kV |
額定 電流 /A |
額定 轉(zhuǎn)速 (r/min) |
W6-2×39No31.5F |
900000 |
7.2 |
2 380Y |
KK710-62 |
500 |
6 |
289 |
992 |
對(duì)比國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上不同的中壓變頻調(diào)速方案,決定選用ABB公司的ACS5000中壓變頻器(6kV),其型號(hào)是ACS5066_36L35D_1a35_A1,容量為3000 kVA,變頻器前面選用ABB公司的ZTS-3200/6/6×1.92隔離變壓器(容量為3200 kVA)。
2 設(shè)備的改造情況
改造前期,認(rèn)真跟蹤電氣備件材料的到貨情況,實(shí)施電纜敷設(shè)、現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計(jì)和出圖等工作。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境,用原料電力室多余的空間來安裝變頻器,此地方距中壓控制柜較近,動(dòng)力電纜敷設(shè)方便。由于ABB變頻器冷卻方式是風(fēng)冷,空氣流通量較大,為保障變頻器盡量少受外界灰塵的影響,有足夠的通風(fēng)冷卻效果,在變壓器柜上部安裝了整體風(fēng)道,引出室外通風(fēng),保證變頻器整體冷卻通風(fēng)要求。保留中壓斷路器至電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力電纜,將其分為兩段接入隔離柜。按照液力偶合器的連接尺寸設(shè)計(jì)制作了一套直接連接軸來代替,連接軸的基座安裝尺寸、中心尺寸、軸徑尺寸,以及軸與電動(dòng)機(jī)及風(fēng)機(jī)側(cè)的聯(lián)軸器的連接均與原液力偶合器一致。安裝時(shí),拆除液力偶合器,裝上連接軸,現(xiàn)場(chǎng)僅作少量調(diào)整即可達(dá)到安裝要求。對(duì)原電動(dòng)機(jī)滑環(huán)進(jìn)行短接處理,廢除原水電阻啟動(dòng)器。
3 電氣控制改造情況
3.1 ABB變頻器的控制要求
1)增加隔離變壓器,有效地消除對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。隔離變壓器報(bào)警信號(hào)中,只有過流信號(hào)進(jìn)入變頻器柜。
2)中壓斷路器的控制命令通過變頻器發(fā)出;中壓斷路器需要控制系統(tǒng)電源失壓保護(hù)。
3)隔離柜的位置信號(hào)是中壓柜的備妥信號(hào)。
4)變頻器的啟動(dòng)方式分“動(dòng)態(tài)”和“靜止”:“動(dòng)態(tài)”風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速大于10r/min才能啟動(dòng),“靜止”風(fēng)機(jī)停止不動(dòng)或轉(zhuǎn)速小于10r/min。由于高溫風(fēng)機(jī)啟動(dòng)前轉(zhuǎn)速已大于10r/min,所以采用“動(dòng)態(tài)”啟動(dòng)方式。變頻器通過PROFIBUS-DP總線與DCS控制系統(tǒng)連接,變頻器需要提供UPS電源。
3.2改造的具體內(nèi)容
3.2.1中壓控制柜
1)因西門子中壓斷路器沒有控制電源失壓保護(hù),所以設(shè)計(jì)的方案是:在斷路器控制小車內(nèi)分閘線圈旁并聯(lián)1個(gè)線圈作為失壓線圈,原分閘線圈電磁鐵擋片機(jī)構(gòu)延長(zhǎng)與失壓線圈共用,以便兩分閘線圈共同控制斷路器,2列直流屏互為新加失壓線圈電源,從而實(shí)現(xiàn)了中壓斷路器控制系統(tǒng)電源失壓保護(hù)。
2)解除中壓控制柜的PROFIBUS-DP總線連接,取消差動(dòng)報(bào)警、水電阻硬連鎖、中壓電容柜及其硬連鎖。
3)接入變頻器控制信號(hào),并將中壓控制柜狀態(tài)信號(hào)送給變頻柜。
3.2.2 DCS系統(tǒng)
1)在原料電力室PC柜增加一塊通訊模板CI854,用PROFIBUS-DP總線與變頻器連接,即將變頻器控制系統(tǒng)接入DCS系統(tǒng)中。為充分保證系統(tǒng)的可靠性,變頻器同時(shí)加裝工頻旁路裝置,可在變頻回路故障時(shí)將電動(dòng)機(jī)切換至工頻狀態(tài)下運(yùn)行。
2)取消原高溫風(fēng)機(jī)及液力偶合器油泵、執(zhí)行器、壓力、溫度、轉(zhuǎn)速等控制程序,建立與變頻器的通訊并重新改寫程序。
3)整流變壓器的溫度、壓力、瓦斯報(bào)警信號(hào)直接接入DCS控制系統(tǒng)。
4)中壓變頻器啟動(dòng)時(shí)間任意可調(diào),實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng),對(duì)設(shè)備運(yùn)行起到良好的保護(hù)。
3.2.3現(xiàn)場(chǎng)
1)將現(xiàn)場(chǎng)控制按鈕箱改成現(xiàn)場(chǎng)只能停機(jī),風(fēng)機(jī)油站的運(yùn)行信號(hào)是中壓柜的啟動(dòng)連鎖,故障信號(hào)是中壓柜的安全硬連鎖。
2)由于選擇啟動(dòng)方式是“動(dòng)態(tài)”,因此增加速度開關(guān)檢測(cè)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,此信號(hào)是中控控制的啟動(dòng)連鎖。
3)拆除液力偶合器油泵、執(zhí)行器、壓力、溫度、轉(zhuǎn)速等接線。
4)在B3GT低壓配電柜增加空氣開關(guān),引出變頻柜、整流變壓器、旁路開關(guān)柜的電源;UPS電源也從在B3GT配電柜內(nèi)引出,通過隔離柜的空端子引入變頻柜。改造后,電動(dòng)機(jī)主接線見圖1。
4 效果
為比較節(jié)電效果,限定產(chǎn)量10 600t/d,按電度表實(shí)際讀數(shù)進(jìn)行核算。一臺(tái)高溫風(fēng)機(jī)改造后11天(2009年1月份)的用電量與改造前11天(2008年10月份)的用電量進(jìn)行比較,具體數(shù)據(jù)見表2。
從表2看出,改造前后的用電量分別為505300kWh和367 000kWh,平均單位熟料電耗改造前后分別為3.14kWh/t和4.30kWh/t,電耗降低1.16kWh/t,節(jié)電率達(dá)27.4%。
改造從2008年11月24日開始,12月4日順利投入使用。目前該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流從原來的210A下降到150A左右,大大降低了電耗。按電費(fèi)為0.6元/kWh,窯運(yùn)轉(zhuǎn)率為92%計(jì)算,我公司2臺(tái)窯尾高溫風(fēng)機(jī)年節(jié)約電費(fèi)近500萬(wàn)元,14個(gè)月即可收回改造成本。節(jié)省的電耗折算余熱發(fā)電的標(biāo)煤可達(dá)近3 000t,不但節(jié)約了資源,還減少了環(huán)境污染。
表2 變頻改造前后電能數(shù)據(jù)
改造后 |
改造前 |
節(jié)電量/kWh | ||
日期 |
用電量/kWh |
日期 |
用電量/kWh | |
01-10 |
33 600 |
10-10 |
46 100 |
12 500 |
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 |
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 |
01-18 |
33 700 |
10-18 |
45 800 |
12 100 |
01-19 |
34 000 |
10-19 |
46 100 |
12 100 |
01-20 |
32 700 |
10-20 |
45 100 |
12 400 |
合計(jì) |
367000 |
合計(jì) |
505300 |
138300 |
平均 |
33363.63 |
平均 |
45936.36 |
12572.72 |
單耗/(kWh/t) |
3.14 |
單耗/(kWh/t) |
4.30 |
|
5 結(jié)束語(yǔ)
根據(jù)我公司對(duì)萬(wàn)噸線高溫風(fēng)機(jī)的中壓變頻器的安裝及使用情況,總結(jié)變頻器改造有以下優(yōu)點(diǎn):
1)安裝簡(jiǎn)單,即將原中壓開關(guān)柜與電動(dòng)機(jī)之間插入安裝變頻器,對(duì)原有接線改動(dòng)不大。
2)操作使用方便,變頻器操作只有簡(jiǎn)單的開機(jī)、停機(jī)和轉(zhuǎn)速調(diào)整。
3)能進(jìn)行無級(jí)調(diào)速,調(diào)速范圍廣,且調(diào)速精度高,適用性強(qiáng)。
4)保護(hù)功能完善,故障率低,風(fēng)機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn),啟動(dòng)電流小,可靠性高。到目前為止,僅壞過一個(gè)IGCT電路板,故障原因正在和ABB公司技術(shù)人員交流(可能是過壓原因,并已適當(dāng)減小了供電電源電壓)。
5)由于變頻器取代了液力偶合器調(diào)速,消除了機(jī)械及液壓高故障率的缺陷,設(shè)備維護(hù)費(fèi)用降低。
6)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行振動(dòng)及噪聲明顯下降,電動(dòng)機(jī)負(fù)荷端振動(dòng)由3.4mm/s下降到1.9mm/s,軸承溫度也有很大的下降,由51.2℃下降到29.7℃(1月份)。
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