唐山启新水泥厂始建于1889年,由天津院设计的2000t/d熟料的窑外分解窑生产线在1994年12月投产,该生产线所使用的技术是当时比较成熟先进的。
电力拖动中进行调速的设备主要包括:窑,生料磨选粉机,水泥磨选粉机,篦冷机两台电机都是直流电动机,所选用的控制柜是保定整流器厂生产的模拟信号的直流调速装置;德国申克公司生产的配料称选用的直流电机,用配套的直流调速装置驱动;使用变频器的设备,只有石灰石均化库的悬臂回转电机和工作行走电机;煤磨控制喂煤量用的圆盘喂料机使用了电磁调速异步电动机。
在生产过程中,保定整流器厂的控制柜由于是模拟控制电路,调速性能一般,对电动机的保护差,并且排除电子元件的故障费时费力,后来陆续被西门子公司的6RA24系列直流调速装置所代替,使用效果有了明显的提高。圆盘喂料机用日本明电社的变频器替代了,在连续五年多的使用中没有出现任何问题。申克配料秤也有一台直流电机替换为变频器驱动。
由于电力电子器件的制造,电力变换技术,矢量变换控制和直接力矩控制,脉宽调制技术,以及微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化技术的发展,目前交流调速系统已经在很多领域取代了直流调速系统。而变频调速由于很多众所周知的优点,又成为了交流调速系统中广泛使用的一种。
河北石家庄的曲寨水泥有限公司的两条日产2500吨的熟料生产线由南京院设计,分别于2003年和2004年投产,这两条生产线所使用的设备大都来自有名的大公司,在硬件上投入很多。
矿山的板式喂料机和篦冷机的4台电动机使用了施耐德变频器;沈矿的石灰石堆取料机的悬臂回转电机和取料机工作行走电机,使用了ABB公司的ACS系列变频器;沈重的四台立式辊磨机的选粉机使用的是西门子公司的MM440变频器;承德申克公司的几十台皮带秤全部选用了富士公司的变频器;燕山粉研精机生产的四台煤粉秤用了8台三菱公司的变频器;煤均化库的堆取料机的工作行走电机是西门子公司的MM420的;水泥制成车间的选粉机和包装机所使用的变频器等等,就不再一一列举了。
由以上两个投产时间相差十年的水泥公司的对比,我们可以看到,变频调速系统在水泥厂中的应用,已经发生了巨大的变化,变频器在很多领域已经取代了其它调速方式。在曲寨水泥有限公司新投产的两条生产线中,只有两台窑主电机使用了直流电动机,由英国CT公司的直流调速装置控制;10000伏特的高温风机原设计用水电阻调速,后来使用效果不理想,放弃了调速功能。
在使用这些变频器的过程中,我感受到了以下的优点:
1.在参数设定好的情况下,可以对电动机起到完备的保护,平滑的起动停止也可以减少对机械设备的冲击。在我所参与的所有的直流和变频的安装,调试和运行中,只有在篦冷机的调试中,由于是冲击性负载难以控制,在参数调整过程中,造成电机异常发热,损坏了两台直流电机,并且由于短路烧毁了一只可控硅元件,其它调试好直流和变频器保护的电机,没有任何一台烧毁。
2.变频器中的故障历史记录对于分析事故有很大帮助,有利于快速排除故障,保持生产线的连续运行,停窑后又投料的损失是很大的。
3.对于变频器现场显示面板上电流,电压,功率等的参数分析,结合现场实际情况,可以帮助分析工艺,机械,电气,自动化的各种问题。如果需要还可以和DCS系统相连,利用历史记录曲线,逻辑,数学功能等,观察长时间的变化规律,以及瞬态变化,完成对复杂问题的分析。
4.变频器功能强大的软件功能,可以根据现场的实际情况灵活设定参数,弥补上位机控制功能的不足,也可以减轻DCS系统的负担和软件编程的工作量。
当然,变频器的优点是非常多的,由于有许多人员和文章都已经谈到过了,我只想简单提一些优点,而我更对其他方面谈一些看法:
1.利用变频器实现调速节能运行,是变频器应用的最典型的例子。其中风机和泵类机械的节能效果最为显著。在理想情况下,将风量调至全风量的一半时,所需要的电源功率仅为全风量时的12.5%。现在原煤和石油的价格居高不下,工业用电的费用也越来越高,水泥市场的竞争异常火爆,以节能降耗来降低成本,提高竞争力,是每一家水泥厂面临的问题。水泥生产中使用的风机是很多的,所需要的风量主要靠风门的开度来调节,许多的电能被白白浪费掉了。在变频器的价格下降,可靠性提高等等有利条件下,大量使用变频器来节约电能是有实际意义的。
2.高压变频器正向着高可靠性,低成本,高输入功率因数,高效率,低输入输出谐波等方向发展。对于水泥厂来说,如果窑头引风机,尾排风机,高温风机,循环风机,煤磨排风机等高压6000或10000伏的电动机,采用变频器调节风量的节能效益非常可观,而且绕线式异步电动机可以用其它高压电机替代,设备结构简化,可靠性提高,电动机的投资费用降低,而且日常的更换碳精和清理碳粉的工作也可以省略。起动用的水电阻,频敏电阻等起动设备也可以省略,改由变频器实现软起动。
3.生产变频器的公司很多,软件灵活的同时,也增加了学习的困难;为了针对不同的行业和千变万化的实际应用,硬件上的针对性也不是很强。技术人员中精通的很少,大都是对于主流产品的主要应用比较有把握,作为人数众多的电工就了解得很少了,就连为了交替观察常用的电流,转速等参数,都有可能弄错。在使用中,我认为可以借鉴日本变频器针对于一般调速应用的简单实用,以及欧美变频器的人性化软件设计。使得变频器的应用为每一位电气从业人员提供强大的帮助。
4.水泥厂的生产环境中,粉尘含量是非常高的。在曲寨一线投产后一年,就因为煤均化堆厂内煤粉导电的性质,导致一台MM420变频器和一台西门子软起动的损坏。如果变频器的电气元件发热能够控制到适当程度,外壳密闭性良好,散热时考虑粉尘堆积的情况,对于水泥厂恶劣的工作环境,可以延长变频器的使用寿命,降低故障率,也能降低日常维护的工作量。
结语:变频技术正在工业和民用的各个领域不断发展和应用,取得了良好的效果。这种技术越来越受到电气自动化从业人员的重视,相信这样又会促进变频技术的应用和发展。