淺談變頻器在磚廠窯爐風機改造中應用

   撫礦集團華強頁巖燒結(jié)磚廠由窯爐系統(tǒng)（焙燒窯、干燥窯)，窯車回轉(zhuǎn)系統(tǒng)，原料、成型系統(tǒng)，通風系統(tǒng)組成。經(jīng)過一年試運行，發(fā)現(xiàn)存在下列問題：①生產(chǎn)的空心磚成品合格率低。②電能消耗量大。對此進行分析，發(fā)現(xiàn)其窯爐溫度控制精度低是影響其廢品率高的重要原因之一。通過進一步分析，了解到窯爐溫控精度低的原因是窯爐風機風量調(diào)節(jié)方式滿足不了窯爐溫度控制要求，并且消耗大量電能。為了解決上述存在問題，決定對窯爐風機系統(tǒng)進行技術(shù)改造。

  1 華強磚廠通風系統(tǒng)風機運行現(xiàn)狀

  磚廠共兩條窯爐生產(chǎn)線。每條生產(chǎn)線通風系統(tǒng)有一臺排煙風機，一臺送熱風機，3臺窯門風機，3臺直徑φ1200㎜插板閥，41臺直徑φ400㎜蝶閥及其配套管線組成。爐內(nèi)溫度控制由兩部分組成：①窯爐測溫元件及顯示儀表；②窯爐風機極其配套管線閥門。爐內(nèi)溫度由測溫元件反饋到中控室進行監(jiān)視，其溫度調(diào)節(jié)采用手動調(diào)節(jié)管道閥門開度大小來調(diào)整窯內(nèi)風量大小。窯爐運行時，送熱風機、排煙風機、窯門3臺風機額定電壓恒速運行。當中控室操作人員發(fā)現(xiàn)顯示器上的爐內(nèi)溫度偏高時，即到窯爐現(xiàn)場操作通風管線上的插板閥及蝶閥，減少閥門開度，或到現(xiàn)場關(guān)閉一臺窯門風機，降低窯內(nèi)通風量，從而降低窯內(nèi)溫度。相反，則增大插板閥及蝶閥開度或多開一臺窯門風機，從而增加窯內(nèi)通風量，提高窯內(nèi)溫度。

　　2 風機流量調(diào)節(jié)分析

　　2.1 風機節(jié)流調(diào)節(jié)分析　磚廠風機風量控制采用調(diào)整閥門開度來調(diào)整風量值是典型風機節(jié)流控制，其原理為通風機設備中裝有閘門條件下，改變閘門開啟程度，從而改變風源特性或等效網(wǎng)阻力，從而改變工況。其特點為當風量超過實際需要將風道中閥門關(guān)閉適當位置，風量減少，此時①靜壓增高②管網(wǎng)阻力增大③功率消耗增加。通過分析，發(fā)現(xiàn)上述風機調(diào)節(jié)方式存在下列缺點：①溫度控制操作不方便,溫度調(diào)節(jié)精度低。由中控室人員到現(xiàn)場操作通風管線上的閥門,調(diào)節(jié)閥門開度，需要多次調(diào)整,操作極不方便。并且閥門精度不易控制，造成溫度控制不準確，影響出磚質(zhì)量。②中控人員現(xiàn)場工作量大，安全隱患增多。插板閥在窯爐頂部，碟閥在窯爐的兩側(cè)。閥門里流動的是高溫氣體。正常運行需多次調(diào)節(jié)閥門開度，造成現(xiàn)場作業(yè)量大，同時高溫也容易出現(xiàn)燙傷、碰傷事故。③閥門的數(shù)量多，故障率高，維修量大。④風門節(jié)流調(diào)節(jié)，使管道振動，產(chǎn)生噪音。⑤電能損耗大。

  2.2 變換轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量分析 其原理為根據(jù)公式n2=n1QB/QA  ，改變風機轉(zhuǎn)速至N2，獲得需要風量QB。其特點為：①當風機轉(zhuǎn)速下降時，流量下降，風壓下降，風機阻力減少，克服阻力做功隨之降低。②由公式N/N1=(n/n1)3可知：功率與轉(zhuǎn)速立方成正比，當轉(zhuǎn)速n降低，所需功率大幅度降低，從而節(jié)省電能。經(jīng)過兩種流量調(diào)節(jié)對比分析，決定采用風機變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)替代節(jié)流調(diào)節(jié)控制。在比較分析定子調(diào)速，變極調(diào)速，滑差調(diào)速，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，串極調(diào)速，變頻調(diào)速的特點，了解到變頻調(diào)速具有可實現(xiàn)無級變速，調(diào)速范圍寬，控制精度高，易操作等優(yōu)點，優(yōu)異的性能遠高于其他調(diào)速方式，因此采用變頻調(diào)速進行風機改造。變頻調(diào)速的原理：①變頻：通過變頻器進行頻率改變，即利用電力半導體器件開關(guān)作用，將工頻電源變換成另一種頻率電源。主要通過交——直——交方式把工頻電源變成直流電源，利用逆變器再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源。②變頻調(diào)速原理：異步電動機的轉(zhuǎn)速n為：n=60f/p(1－s)式中，p:磁極對數(shù)，s：電機轉(zhuǎn)差率，f：頻率，單位為Hz；n：電機轉(zhuǎn)速，單位為r/min。通過改變頻率f值，從而改變轉(zhuǎn)速值n大小。   

　　3 送熱、排煙風機變頻改造設計

　　3.1 變頻器的選擇：

　　3.1.1 變頻器種類選擇 首先考慮變頻器與電機容量匹配，其次考慮風機過載能力要求比較低，低速運行時，負載較輕，且這類負載對轉(zhuǎn)速精度沒什么要求，決定采用普通功能型變頻器（艾默生）

　　3.1.2 變頻器容量選擇　已知排煙風機、送熱風機電機功率都為30KW，電流為63A，電壓為380V。根據(jù)公式：

　　式中K：電流波形修正系數(shù)（1.05—1.1）

  PM：電機輸出功率，n：電機效率（通常約0.85）；    ：電機功率因數(shù)（通常約0.75）；IM：電機額定電流（A）；UM為電動機電壓（V）；PCN為變頻器的額定容量（KVA）；ICN為變頻器額定電流（A）。

  PCN=1.05×30/0.75×0.85=49.41KW ICN=1.05×63=66.15A

  根據(jù)標稱功率選擇，對于二次方轉(zhuǎn)矩負載，一般可以直接按照標稱功率作為*終選擇依據(jù)，并且不必放大。排煙風機、送熱風機（30KW）一般情況下為低速運轉(zhuǎn)，經(jīng)濟考慮采用型號為艾默生型功率30KW變頻器。

　　3.2 空開選擇 根據(jù)要求，額定電壓≥負荷電壓，額定電流≥負載電流。選擇額定電壓500V，電流為100A的ABB型自動開關(guān)。

  4 改造后運行效果分析

  通過一段時間運行，發(fā)現(xiàn)用變頻器調(diào)節(jié)取代調(diào)整閥門調(diào)節(jié)控制窯爐內(nèi)風量大小，效果顯著：①易調(diào)降噪，費低率升。②風機節(jié)能效果明顯。

　　4.1 易調(diào)降噪，費低率升 改造后，排煙風機、送熱風機變頻器由中控集中控制，既方便控制又易于調(diào)整，減輕了工人勞動強度，也降低了發(fā)生安全事故概率，同時取消閥門控制降低了閥門控制產(chǎn)生的噪音，降低了閥門故障率，也減少了閥門維護費用。滿足使用要求，保證出磚合格率，提高了經(jīng)濟效益。

　　4.2 節(jié)能效果明顯。

　　4.2.1 窯爐排煙、送熱風機改造前電耗情況:電源電壓，380V， 電流，63A，功率，30KW×4根據(jù)公式：            ，1千瓦×1小時=1度。一天24小時額定運行，日耗電量為2880度。

　　4.2.2 窯爐排煙、送熱風機改造后電耗情況：改造后排煙風機電機（一天）運行數(shù)據(jù)如下所示：

  8:00，27.81A； 9:00，27.44A；  10:00，27.03A； 11:00，26.67A； 

 12:00，26.96A； 13:00，25.89A； 14:00，25.60A； 15:00，27.85A； 

 16:00，25.47A； 17:00，24.84A； 18:00，24.79A； 19:00，24.85A；

 20:00，24.62A； 21:00，24.76A； 22:00，24.70A； 23:00，24.65A； 

 24:00，24.43A； 1:00，24.72A；  2:00，24.46A； 3:00，24.90A；

 4:00，24.29A；  5:00，24.72A；  6:00，24.70A；  7:00，24.57A

  送熱風機電機（一天）運行數(shù)據(jù)如下表所示

  8:00，31.23A； 9:00，31.20A； 10:00，31.16A； 11:00，31.28A； 

 12:00，32.34A； 13:00，35.71A； 14:00，35.69A； 15:00，35.71A；

 16:00，34.71A； 17:00，30.87A； 18:00，26.65A； 19:00，27.17A；

 20:00，28.63A； 21:00，27.65A； 22:00，29.89A； 23:00，29.85A；

 24:00，29.83A； 1:00，27.99A；  2:00,27.47A;  3:00,27.41A;

 4:00,27.17A;  5:00,26.05A;  6:00,30.33A;  7:00,31.48A

    電源電壓，380V，功率，排煙風機(30KW)*2，功率因數(shù)      ，0.85。排煙風機                      ，日耗功率P=1.732×0.85×380×（27.81+27.44+27.03+27.85+26.77+26.96+25.89+25.6

+25.47+24.84+24.79+24.85+24.62+24.76+24.65+24.43

+24.72+24.46+24.9+24.42+24.32+24.7+24.57+24.7）/24=14.26KW

  送熱風機            ，

　　日耗功率P=1.732×0.85×380×(31.22+31.2+31.16+31.28

+31.34+35.71+35.69+35.71+34.71+30.87+26.65+27.17+28.63

+27.65+29.89+29.85+29.83+27.99+27.47+27.41+27.17+26.05

+30.33+ )/24=16.96KW

  四臺風機每日共耗電=（14.26×24×2）+（16.96×24×2）=1498.88度

  變頻改造后風機日耗電量平均節(jié)省1381.12.度,。每年（按工作9個月計算）可節(jié)省電費186451.2元(按平均每度電費0.5元計算)，效果顯著。

  5 結(jié)束語

  這次變頻技術(shù)改造獲得很大的成功，因此，我們決定對全廠風機進行技術(shù)改造。提高控制精度，節(jié)能降耗，使磚廠在市場競爭中處于有利位置。