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變頻調速在工業爐窯應用中的技術對策
來源:本站 發布時間:2017-6-7 17:19:54 浏覽量:
  ChinaAcademicournalElectronicPublishin的變頻器這無疑是變頻器生産:技術國産化的标志,也變頻調速是通過改變電動機定子供電頻率進而改變電動機同步轉速,從而實現交流電動機調整速的一種新興電氣傳動方法近二十年來,随着大規模集成電路與計算機技術迅速發展和現代自動控制理論在工業領域的廣泛應用,現代變頻調速技術己成為一門建立在電力電子學微處理機、電氣傳動和自動控制理論基礎之上的新興工程化技米在工業生産現場,新一代變頻器以其調速範圍寬,運行安全可靠,電機噪聲小,維護量小,維修費用低,且可大幅度節約電能,提高設備效率而日益得到較廣泛應用,目前己呈現出變頻調速取代直流調速的趨勢。 

  2.1普遍情況應該說我們國家在實施863計劃以後,就十分重視交流電機變頻調速技術的開發應用,如GB12479-90(三相異步電動機經濟運行中推薦了兩種節電效果顯著的調速方式,即變頻調速與繞線式電動機的串級調速應該看到:自從八十年代後期世界各大電氣公司相繼推出應用了CPU或DSP等高速運算器件,應用SPWM正弦脈寬調制方式與矢量變換控制技術的通用變頻器,尤其是新一代電力電子器件IGBT用作變頻器的功率模塊以後,雖然進口變頻器價格昂貴,變頻調速技術仍然在我國不同行業的許多企業中獲得應用,一般情況下都為應用企業獲得了可觀的經濟效益。 

  華為公司近來又開發出TD系列以IGBT為功率器件将對進口變頻器的價格起到抑制作用。 

  2工業爐窯變頻調速技術應用現狀工業爐窯一般都要應用許多風機與泵,而且我國老企業用于工業爐窯與鍋爐的風機大都采用定速運行,為滿足工藝需求用風門擋闆調節煙氣流量(如引風機)或空氣流量(如鼓風機),用在冷卻水、循環水管網上的水泵也大都采用閥門調節流量況且在沒有實現自動控制的情況下,為了追求生産流程的“可靠性”,這些風機與泵的負載率一般都較低,“大馬拉小車”現象嚴重,因而電能浪費嚴重,節電潛力較大在一些老企業工業爐窯及鍋爐的驅動裝置上,還仍可見到滑差調速、調壓調速、有級調速及整流子電機等這些低效調速方法與裝置因而,目前變頻調速技術在工業爐窯及鍋爐上的應用前景還是很廣闊的同時我們還應該看到:變頻調速技術在工業爐窯等設備上的應用(應該使用的場合)遠不如PLC廣泛,這一則是由于以往變頻器價格較高;更主要的是工業爐窯一般都是企業的重點生産設備,在本企業沒有使用經驗的情況下,現場的生産管理與設備管理人員大多不願冒此風險;還有一點就是變頻調速技術應用雖說目前在企業充其量隻能算一個“新産品新技術應用”項目,但若在工業生産中以節電為目的應用或應用于自動控制系統,卻要求項目的技術負責人了解電氣傳動技術的最新發展,熟知工業爐窯的生産工藝,還應有從事過程測試與過程控制的能力及實踐經驗,一般小項目中不容易聚集如此強的技術力量。 

  3工業爐窯變頻調速應用的技術對策1做好項目的可行性技術論證,優化項目實施方案下面以筆者在炭素燃燒回轉窯應用變頻調速技術進行節電技術改造的實例,談幾點自己在實踐中體會出的管窺之見與同行們交流。 

  筆者所在的企業有兩台Y1.6K36m炭素燃燒回轉窯,原設計在回轉窯餘熱鍋爐煙道出口各安裝一台Yh 12D引風機(其拖動電機Y315si 4型,銘牌功率110KW)該風機啟動電流大,啟動時間長;電動機額定電流197A,空載電流59.2~60A,回轉窯正常鍛燒時,電動機工作電流105A,負載率很低0.294);回轉窯鍛燒石油焦時的煙氣流量靠安裝于餘熱鍋爐出口煙道的風門擋闆來調節,正常工況時風門擋闆開度隻有20~36%,風門擋闆用一台DK- 310型電動執行器控制開度,閥位電流保持在2重,節電潛力極大電氣傳動方式很落後,不但電機無可靠保護裝置,且還“直接啟動”。運行中擋闆的維修量與維修費用也較大尤其是“窯尾負壓”是保障回轉窯及餘熱鍋爐安全運行和鍛燒工藝正常進行的關鍵參數,但改造前窯尾負壓在窯頭操作室卻無顯示,回轉窯調溫工隻能憑經驗由“窯頭負壓”來推測或憑動力分廠鍋爐房的電話通知來操作而引風機開停時,調溫工還需從窯頭操作室下樓梯,到60米開外的動力分廠餘熱鍋爐房去操作。 

  1995年蘭州連城鋁廠把“變頻調速節電技術應用”列為當年企業重點技術改造項目。項目組主要成員經現場測試與調研,提出了項目實施方案與可行性報告,在方案中将回轉窯引風機等設備作為第一批實施對象由于工業發達國家電力電子技術發展日新月異,當時國内市場上進口變頻器質量檔次懸殊;因而在變頻調速技術應用中,選用什麼檔次的變頻器是項目成功與否的關鍵;因此,在變頻調速技術應用可行性報告中,提出了(當時)本廠變頻器選用原則,即隻選用:以IGBT為功率模塊應用32位CPU或DSP進行故障診斷和SPWM調制控制、應用了矢量變換控制技術的變頻器。由于是本企業首次使用變頻器,而且是在重點設備上使用,因而我們選擇了當時在蘭州地區科技實力較強、用戶反應較好的蘭州大學科技開發總公司與廣州力得科技公司作為合作者。 

  在進行了科學周密的項目前期準備以後,1995年9月我們分别為1回轉窯引風機安裝了一台富士5000系列FRN90P9S- 4E變頻器(與廣州力得合作),為21回轉窯安裝了一台FRN110P9S-4E變頻器(與蘭大合作)經調試投入運行後,系統穩定可靠,諧波污染小,功率因數高,電動機噪聲明顯減小;在确保回轉窯正常鍛燒工況的情況下,長達一月的考核運行記錄顯示:電機轉速在400~660r/min保持;考核期内變頻器的一次電流才4~ 9A(遠低于電動機空載電流),節電效果非常顯著。在項目考核期内,電度表顯示的實際節電率達87.5%,經保守計算,僅直接節電效益,一年多即可收回項目全部投資在實施引風機變頻調速的同時,在每台窯餘熱鍋爐煙道出口均安裝了一台電容式1151差壓變送器,将窯尾負壓在窯頭操作室顯示,從而回轉窯調溫工再沒有必要僅憑經驗由窯頭負壓推算窯尾負壓,為炭素生産工藝管理提供了準确的生産過程監測數據4mA(槽型電流表量程可見電能浪費嚴iShin電室由低壓電工維護窯頭操作H了操縱台,我們将變頻器安裝于防塵效果極佳的變頻櫃内,并将變頻櫃配電櫃安裝在遠離操作現場的變頻器配重油1,提回轉窯h熱效率ad直至九十年代國産的風嘴與ishingHouse.Allrightsreserved.從操縱台的設計中考慮了風機運行與回轉窯鍛燒時的各種情況,其面闆上除操作按紐與轉換開關外,有負壓顯示儀表、電流表、電壓表及轉速表等,還有信号燈與報警裝置回轉窯調溫工隻在操縱台上操作,如此操作安全方便從95年投運至今,除給變頻櫃更換過一台國産軸流風扇外,系統還從未發生過任何故障變頻調速在回轉窯引風機的技術應用,不但獲得了可觀的節電效益,而且明顯地減小了電機與煙道風門擋闆等附屬設備的維修量與維修費用,同時改善了回轉窯運行工況。 

  這個工程對我們的啟示是:對工業爐窯實施變頻調速技術改造時,不能僅僅是進台變頻器安裝上了事,在項目的前期準備中一個必不可少的程序就是:要認真進行生産中的必要性、技術上的可行性與經濟上的合理性諸方面的技術論證實施方案與改造結果還要對工業爐窯或實施變頻調速技術的設備本體運行工況有所改善3.2将變頻調速技術應用于現場自動控制系統上述實例中的回轉窯是鍛燒設備,也是鋁冶煉廠的主要設備回轉窯對固體炭素材料(延遲石油焦與瀝青焦)在中碎配料前進行高溫鍛燒的目的是排出其中的揮發份(主要是氫和甲烷)并使石油焦收縮,如鋁用炭素材料鍛燒後其殘餘揮發份含量不得超過0.15~Q2%(為避免炭陽極在焙燒時産生裂紋),通過鍛燒還可降低炭素材料在空氣中與氧的反應能力,還可提高其導電率與機械強度其生産工藝要求回轉窯鍛燒帶溫度保持在120(±50C,由于揮發份的熱值較高,在充足供氧的情況下,揮發份充分燃燒所産生的熱量足以滿足工藝要求的鍛燒帶溫度;但以往我國老式回轉窯在生産中為了維持鍛燒溫度與保持窯内熱平衡,不得不從窯頭用噴槍向窯内鍛燒帶連續噴入重油,浪費很源,污染環境,而且鍛燒質量也差。八十年代初筆者參與了所在企業應用DDF型儀表的“回轉窯自動調溫”項目(以鍛燒帶溫度為反饋信号,控制噴油量),投運後實際效果不佳雖然後來筆者本人曾對該系統進行了許多優化工作,曾重新構建了“三沖量串級調節系統”,并把原來快開特性的調節閥改成具有近似等百分比流量特性的調節閥,但現場的操作工人與生産管理人員仍不願意使甩直至84與85年筆者兩次參觀了貴州鋁廠從日本引進的具有二三次風的回轉窯,發現其隻在點火階段噴入重油而在鍛燒過程基本不噴重池對照燃燒理論我才理解了:隻要向窯内鍛燒帶不斷送入空氣,使鍛燒時溢出的揮發份獲得足夠的氧氣,能相對充分地燃燒,即可節約風嘴澆注料技術普及後,國内老式炭素鍛燒回轉窯才相繼應用了二次風在上述的實例中若要進一步提高鍛燒質量與工藝自動化水平,就應以物料平衡與能量平衡為目标函數,組成“最佳空氣過剩系數自動控制系統”。但目前包括八十年代引進技術在内的國内炭素鍛燒回轉窯,都沒有實現真正意義上的自動控制這其中的制約因素除現有的許多自動檢測儀表(如成分分析儀表)不能“勝任”外,其附屬設備的電氣傳動方式落後也是主要原因。因為,如果回轉窯的驅動裝置、給料系統與風機等執行機構沒有實現變頻調速時,全流程的自控系統往往很複雜,而且這種系統的動态響應一般也不隹但将變頻調速應用于這些附屬設備後,不但便于實現工序自動化,還可改善鍛燒工況如筆者所在企業的回轉窯驅動電機系ZS9-I型整流子電機,該電機屬淘汰型設備,效率低功率因數低、調速範圍窄,且電機為開啟式結構,在生産現場故障率較高,運行中碳刷易磨損,維修量與維修費用都較大,體積龐大,不便于檢修;最緻命弱點卻是其最低轉速350r/min,總減速比291.42,則窯體的最低轉速為1. /min,而工藝上為保證鍛燒質量要求窯體最低轉速<0.8r/min;可見這種整流子電機過窄的調速範圍會影響鍛燒質量。原計劃在98年選用YB280H電機配用FRN37G9S-4E變頻器對整流子電機進行改造,後因種種原因沒有實施以往國内許多回轉窯的驅動電機都使用整流子電機,直至目前隻有部分企業對其實施了變頻調速技術改造有專家把工業自動化系統分為:企業管理級、生産管理級、過程控制級、設備控制級和檢測驅動級這5級,可見目前以交流電機變頻調速為代表的電氣傳動屬于最基礎的現場自動化體系。在當今網絡經濟時代,單一的變頻器推廣對多數企業己無吸引力這裡一方面應将變頻調速技術與PLC,自動控制理論以及計算機技術相結合,組成能徹底改善工業爐窯進行工況的自動控制系統;另一方面在工業爐窯自動控制系統中,在需要調速或需要調節流量時,盡可能使用變頻調速技術4網絡經濟對工業現場自動化提出了更高的要求當我們還仍在為産量産值、企業規模這些指(下轉第477頁)性,将3D圖形設計技術融入系統界面,給用戶提供了接近實景的操作環境,大大提高了系統的易用性,這充分表明了S600系統的技術先進性。 

  系統于1999年8月和12月通過了夏季和冬季驗收,驗收時控制精度超過設計指标,達到溫度±。

  濕度±1%.英方對工程的評價是:“該系統優于勞斯萊斯公司目前所有同類型系統,給人以深刻的印象”


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