水泥企業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中的能源消耗大戶，水泥行業(yè)已被列為國(guó)家節(jié)約資源的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。在當(dāng)前國(guó)內(nèi)外能源供需矛盾突出的情況下，水泥行業(yè)必須通過(guò)各種途徑降低能耗，以獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和最高的勞動(dòng)生產(chǎn)率。水泥生產(chǎn)中電動(dòng)機(jī)負(fù)載電耗就占成本近30％，而拖動(dòng)風(fēng)機(jī)用的高壓電動(dòng)機(jī)在電機(jī)中占有很大的比重，如一條水泥生產(chǎn)線，其中有25%～30%的電能是用于拖動(dòng)各種類型風(fēng)機(jī)上，因此做好電動(dòng)機(jī)的降耗增效工作就顯得極為重要。
新型干法水泥生產(chǎn)線的旋窯內(nèi)燃燒產(chǎn)生的余熱廢氣，在窯尾高溫風(fēng)機(jī)的作用下，通過(guò)預(yù)熱器對(duì)進(jìn)入窯尾前的生料進(jìn)行預(yù)熱均化，降溫后的余熱廢氣再通過(guò)高溫風(fēng)機(jī)抽出進(jìn)入廢氣處理（除塵及排出）。均化好的生料預(yù)熱后在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒成熟料，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)需要合適的氣壓及溫度，才能使煤粉有一定的懸浮時(shí)間進(jìn)行充分燃燒，生料才能在窯內(nèi)達(dá)到很好的熱處理。由于其工藝上的要求控制窯尾預(yù)熱器的壓力，通過(guò)DCS的控制來(lái)對(duì)高溫風(fēng)機(jī)的風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此高溫風(fēng)機(jī)的電機(jī)一般采用調(diào)速控制。前些年一般采用液力耦合器、繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串水阻等方式進(jìn)行調(diào)速，而在上世紀(jì)90年代迅速發(fā)展起來(lái)，并在近幾年成熟的高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)，在經(jīng)過(guò)大量成功的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用并顯示其巨大的節(jié)能效益后，高壓變頻器成為國(guó)家水泥節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求的設(shè)備。我國(guó)在2007年10月25日頒布、2008年5月1日起執(zhí)行的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)《GB50443-2007水泥廠節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：“窯尾高溫風(fēng)機(jī)應(yīng)采用變頻調(diào)速裝置”。
高壓變頻器現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，廣州智光公司的ZINVERT系列高壓變頻器從2005年起開(kāi)始應(yīng)用于水泥行業(yè)的電機(jī)節(jié)能改造，至今已成功應(yīng)用于幾十條水泥生產(chǎn)線的窯尾高溫風(fēng)機(jī)、窯頭風(fēng)機(jī)、生料磨循環(huán)風(fēng)機(jī)、水泥磨風(fēng)機(jī)等風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造，創(chuàng)造了顯著的節(jié)電經(jīng)濟(jì)效益，取得了成功的改造經(jīng)驗(yàn)。本文特別對(duì)ZINVERT系列高壓變頻器在5000t/d高溫風(fēng)機(jī)的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
一、高壓變頻在窯尾風(fēng)機(jī)的應(yīng)用
1.高溫風(fēng)機(jī)的管道“塌料”問(wèn)題導(dǎo)致電機(jī)過(guò)流甚至跳停
窯尾高溫風(fēng)機(jī)是保證水泥生產(chǎn)線窯內(nèi)負(fù)壓的重要負(fù)載，即使在工頻運(yùn)行、采用液力耦合器調(diào)速的高溫風(fēng)機(jī)，也常見(jiàn)由于管道“塌料”導(dǎo)致高溫風(fēng)機(jī)電機(jī)過(guò)負(fù)荷跳閘，導(dǎo)致生產(chǎn)中斷。而對(duì)由于變頻器裝置的電力電子器件過(guò)負(fù)荷能力的限制，以上由于“塌料”造成的高溫風(fēng)機(jī)過(guò)負(fù)荷導(dǎo)致的變頻器保護(hù)停機(jī)現(xiàn)象，將給水泥生產(chǎn)線造成更多的損害。
高溫風(fēng)機(jī)“塌料”導(dǎo)致的過(guò)負(fù)荷是由于在旋窯水泥生產(chǎn)線生產(chǎn)過(guò)程中，預(yù)熱器管壁上的粉塵黏附到一定厚度時(shí)就會(huì)坍塌脫落，造成管道內(nèi)粉塵濃度增大，阻力增加，負(fù)壓升高，使排風(fēng)機(jī)負(fù)荷增加或垂直煙道在清潔時(shí)或有物料“塌料”，同樣也會(huì)造成氣流波動(dòng)，使排風(fēng)管內(nèi)氣流紊亂，造成高溫風(fēng)機(jī)過(guò)負(fù)荷停機(jī)，該現(xiàn)象的頻繁出現(xiàn)對(duì)高溫風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)造成損壞。在實(shí)際使用過(guò)程中的“塌料”現(xiàn)象，會(huì)不定期的導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行電流在極短的時(shí)間內(nèi)超出正常電流數(shù)倍，如使用一般廠家生產(chǎn)的通用型高壓變頻器，可能導(dǎo)致變頻器運(yùn)行過(guò)程中頻繁跳機(jī)，直接影響高溫風(fēng)機(jī)與水泥生產(chǎn)線的正常運(yùn)行。
目前國(guó)內(nèi)水泥行業(yè)高壓變頻器的專業(yè)生產(chǎn)制造商，研制的ZINVERT系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)從2005年投入水泥生產(chǎn)線的變頻改造，特別針對(duì)高溫風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工藝情況進(jìn)行了大量的研究分析，并針對(duì)性地研制出專業(yè)技術(shù)。研發(fā)技術(shù)人員深入應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，了解掌握現(xiàn)場(chǎng)工藝情況，總結(jié)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，推出了針對(duì)水泥生產(chǎn)線窯尾高溫風(fēng)機(jī)的專用變頻器技術(shù)，采用自主研發(fā)的“瞬態(tài)尖峰負(fù)荷差分控制技術(shù)”，從設(shè)備的硬件設(shè)計(jì)、控制軟件設(shè)計(jì)等多方面對(duì)高溫風(fēng)機(jī)的不定期尖峰負(fù)荷運(yùn)行，進(jìn)行全方位的設(shè)計(jì)改進(jìn)。具有這種技術(shù)的ZINVERT系列高壓變頻器成為“高溫風(fēng)機(jī)的專用變頻器”，有效地避免了通用高壓變頻器在運(yùn)行中由于“塌料”所導(dǎo)致的反復(fù)跳機(jī)。ZINVERT系列高壓變頻器目前已在多條5000t/d旋窯生產(chǎn)線的高溫風(fēng)機(jī)得到實(shí)際應(yīng)用，基本解決了高溫風(fēng)機(jī)變頻器由于“塌料”導(dǎo)致的跳閘停運(yùn)、生產(chǎn)中斷的問(wèn)題。減少高溫風(fēng)機(jī)停運(yùn)對(duì)生產(chǎn)造成的影響，降低電機(jī)設(shè)備故障率，取得節(jié)能、增效的巨大效益，得到用戶普遍認(rèn)可。
2.高溫風(fēng)機(jī)變頻的電源波動(dòng)與運(yùn)行可靠性問(wèn)題
水泥行業(yè)連續(xù)生產(chǎn)的性質(zhì)決定了使用高壓變頻器需要有很高的可靠性。ZINVERT系列智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用主流的功率單元串聯(lián)技術(shù)方案，而不是功率器件直接串聯(lián)，避免了直接串聯(lián)帶來(lái)的均壓?jiǎn)栴}，本質(zhì)上保證了系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，產(chǎn)品具有對(duì)電網(wǎng)電壓的適應(yīng)范圍寬、單元故障自動(dòng)旁路、工頻旁路、瞬時(shí)停電再啟動(dòng)功能、包括相間短路保護(hù)功能等技術(shù)，在提高起動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)速精度的同時(shí)，提高了抗電網(wǎng)波動(dòng)和負(fù)載擾動(dòng)能力，大大提高了可靠性，ZINVERT系列智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，通過(guò)幾十條生產(chǎn)線的運(yùn)行證明國(guó)產(chǎn)高壓變頻器調(diào)速技術(shù)的成熟。
3.變頻器應(yīng)用的諧波與干擾影響
這一方面是變頻器輸入諧波對(duì)電網(wǎng)的影響，如果變頻器輸入電流諧波較大(比如傳統(tǒng)的電流源型變頻器)，會(huì)產(chǎn)生如下危害：供電系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作，可能導(dǎo)致大面積停電；測(cè)量?jī)x器儀表誤差增大，影響計(jì)量精度和控制性能；從而影響其他電力電子裝置，電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及通信設(shè)備的正常工作。諧波使電機(jī)、變壓器和電容器等用電設(shè)備損耗增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)過(guò)熱或燒損。ZINVERT系列高壓變頻器采用的輸入多重化移相整流技術(shù)、單元級(jí)聯(lián)多電頻的輸出技術(shù)，輸入、輸出電流諧波失真極小，滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)、電機(jī)產(chǎn)生超標(biāo)的諧波影響。大、中型水泥廠自動(dòng)化水平高，大多數(shù)采用自動(dòng)化儀表和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，對(duì)用電系統(tǒng)的諧波要求很高，ZINVERT系列的智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在這方面有很大的優(yōu)勢(shì)。
諧波影響的另一方面問(wèn)題是外部諧波對(duì)高壓變頻器的影響，由于旋窯的旋轉(zhuǎn)采用直流電機(jī)，因此可能產(chǎn)生較大的諧波，必須采取相應(yīng)的治理措施，以保證高壓變頻器的輸入電壓穩(wěn)態(tài)總諧波含量THD不超過(guò)10%，其中任何奇次諧波均不超過(guò)5%,任何偶次諧波均不超過(guò)2%,短時(shí)(持續(xù)時(shí)間小于30秒)出現(xiàn)的任意一次諧波含量不超過(guò)10%。否則對(duì)母線及其他設(shè)備、高壓變頻器等均可能造成運(yùn)行中的影響與損害。還有為避免干擾，變頻器的控制線須采用屏蔽電纜，單端接地，并且在布線時(shí)注意與動(dòng)力線的距離，避免控制線與動(dòng)力線并行敷設(shè)在同一電纜托架或線框內(nèi)；變頻器負(fù)載輸出線需采取屏蔽鎧裝電纜，單端接地，以避免變頻器對(duì)附近儀表產(chǎn)生干擾。
4.變頻器應(yīng)用的環(huán)境與散熱問(wèn)題
由于水泥生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)粉塵較大，環(huán)境相對(duì)惡劣，作為電力電子設(shè)備，由于產(chǎn)生約3%～4％的損耗發(fā)熱需要散熱，而一般采用風(fēng)冷散熱，因此水泥生產(chǎn)線風(fēng)機(jī)的高壓變頻器應(yīng)安裝在配電室內(nèi)，或?qū)ｉT建造房屋。并加強(qiáng)防塵設(shè)計(jì)和日常維護(hù)，定期進(jìn)行濾網(wǎng)清潔。ZINVERT系列高壓變頻器采用國(guó)內(nèi)獨(dú)一無(wú)二的單元與柜體結(jié)構(gòu)專利設(shè)計(jì)，器件布局結(jié)構(gòu)合理，散熱器與風(fēng)道設(shè)計(jì)提高散熱效率，柜體采用前后進(jìn)風(fēng)方式提高風(fēng)速、減小體積，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，經(jīng)受住了南方夏季炎熱天氣和潮濕空氣，以及水泥廠惡劣環(huán)境的考驗(yàn)。
