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    浅谈变频器在砖厂窑炉风机改造中应用

    2014-05-17 08:22:26  来源:顺锋
    浅谈变频器在砖厂窑炉风机改造中应用
       抚矿集团华强页岩烧结砖厂由窑炉系统(焙烧窑、干燥窑),窑车回转系统,原料、成型系统,通风系统组成。经过一年试运行,发现存在下列问题:①生产的空心砖成品合格率低。②电能消耗量大。对此进行分析,发现其窑炉温度控制精度低是影响其废品率高的重要原因之一。通过进一步分析,了解到窑炉温控精度低的原因是窑炉风机风量调节方式满足不了窑炉温度控制要求,并且消耗大量电能。为了解决上述存在问题,决定对窑炉风机系统进行技术改造。
      1 华强砖厂通风系统风机运行现状
      砖厂共两条窑炉生产线。每条生产线通风系统有一台排烟风机,一台送热风机,3台窑门风机,3台直径φ1200㎜插板阀,41台直径φ400㎜蝶阀及其配套管线组成。炉内温度控制由两部分组成:①窑炉测温元件及显示仪表;②窑炉风机极其配套管线阀门。炉内温度由测温元件反馈到中控室进行监视,其温度调节采用手动调节管道阀门开度大小来调整窑内风量大小。窑炉运行时,送热风机、排烟风机、窑门3台风机额定电压恒速运行。当中控室操作人员发现显示器上的炉内温度偏高时,即到窑炉现场操作通风管线上的插板阀及蝶阀,减少阀门开度,或到现场关闭一台窑门风机,降低窑内通风量,从而降低窑内温度。相反,则增大插板阀及蝶阀开度或多开一台窑门风机,从而增加窑内通风量,提高窑内温度。
      2 风机流量调节分析
      2.1 风机节流调节分析 砖厂风机风量控制采用调整阀门开度来调整风量值是典型风机节流控制,其原理为通风机设备中装有闸门条件下,改变闸门开启程度,从而改变风源特性或等效网阻力,从而改变工况。其特点为当风量超过实际需要将风道中阀门关闭适当位置,风量减少,此时①静压增高②管网阻力增大③功率消耗增加。通过分析,发现上述风机调节方式存在下列缺点:①温度控制操作不方便,温度调节精度低。由中控室人员到现场操作通风管线上的阀门,调节阀门开度,需要多次调整,操作极不方便。并且阀门精度不易控制,造成温度控制不准确,影响出砖质量。②中控人员现场工作量大,安全隐患增多。插板阀在窑炉顶部,碟阀在窑炉的两侧。阀门里流动的是高温气体。正常运行需多次调节阀门开度,造成现场作业量大,同时高温也容易出现烫伤、碰伤事故。③阀门的数量多,故障率高,维修量大。④风门节流调节,使管道振动,产生噪音。⑤电能损耗大。
      2.2 变换转速调节流量分析 其原理为根据公式n2=n1QB/QA  ,改变风机转速至N2,获得需要风量QB。其特点为:①当风机转速下降时,流量下降,风压下降,风机阻力减少,克服阻力做功随之降低。②由公式N/N1=(n/n1)3可知:功率与转速立方成正比,当转速n降低,所需功率大幅度降低,从而节省电能。经过两种流量调节对比分析,决定采用风机变转速调节替代节流调节控制。在比较分析定子调速,变极调速,滑差调速,转子串电阻调速,串极调速,变频调速的特点,了解到变频调速具有可实现无级变速,调速范围宽,控制精度高,易操作等优点,优异的性能远高于其他调速方式,因此采用变频调速进行风机改造。变频调速的原理:①变频:通过变频器进行频率改变,即利用电力半导体器件开关作用,将工频电源变换成另一种频率电源。主要通过交——直——交方式把工频电源变成直流电源,利用逆变器再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源。②变频调速原理:异步电动机的转速n为:n=60f/p(1-s)式中,p:磁极对数,s:电机转差率,f:频率,单位为Hz;n:电机转速,单位为r/min。通过改变频率f值,从而改变转速值n大小。   
      3 送热、排烟风机变频改造设计
      3.1 变频器的选择:
      3.1.1 变频器种类选择 首先考虑变频器与电机容量匹配,其次考虑风机过载能力要求比较低,低速运行时,负载较轻,且这类负载对转速精度没什么要求,决定采用普通功能型变频器(艾默生)
      3.1.2 变频器容量选择 已知排烟风机、送热风机电机功率都为30KW,电流为63A,电压为380V。根据公式:
      式中K:电流波形修正系数(1.05—1.1)
      PM:电机输出功率,n:电机效率(通常约0.85);    :电机功率因数(通常约0.75);IM:电机额定电流(A);UM为电动机电压(V);PCN为变频器的额定容量(KVA);ICN为变频器额定电流(A)。
      PCN=1.05×30/0.75×0.85=49.41KW ICN=1.05×63=66.15A
      根据标称功率选择,对于二次方转矩负载,一般可以直接按照标称功率作为*终选择依据,并且不必放大。排烟风机、送热风机(30KW)一般情况下为低速运转,经济考虑采用型号为艾默生型功率30KW变频器。
      3.2 空开选择 根据要求,额定电压≥负荷电压,额定电流≥负载电流。选择额定电压500V,电流为100A的ABB型自动开关。
      4 改造后运行效果分析
      通过一段时间运行,发现用变频器调节取代调整阀门调节控制窑炉内风量大小,效果显著:①易调降噪,费低率升。②风机节能效果明显。
      4.1 易调降噪,费低率升 改造后,排烟风机、送热风机变频器由中控集中控制,既方便控制又易于调整,减轻了工人劳动强度,也降低了发生安全事故概率,同时取消阀门控制降低了阀门控制产生的噪音,降低了阀门故障率,也减少了阀门维护费用。满足使用要求,保证出砖合格率,提高了经济效益。
      4.2 节能效果明显。
      4.2.1 窑炉排烟、送热风机改造前电耗情况:电源电压,380V, 电流,63A,功率,30KW×4根据公式:            ,1千瓦×1小时=1度。一天24小时额定运行,日耗电量为2880度。
      4.2.2 窑炉排烟、送热风机改造后电耗情况:改造后排烟风机电机(一天)运行数据如下所示:
      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
      送热风机电机(一天)运行数据如下表所示
      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
        电源电压,380V,功率,排烟风机(30KW)*2,功率因数      ,0.85。排烟风机                      ,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
      送热风机            ,
      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
      四台风机每日共耗电=(14.26×24×2)+(16.96×24×2)=1498.88度
      变频改造后风机日耗电量平均节省1381.12.度,。每年(按工作9个月计算)可节省电费186451.2元(按平均每度电费0.5元计算),效果显著。
      5 结束语
      这次变频技术改造获得很大的成功,因此,我们决定对全厂风机进行技术改造。提高控制精度,节能降耗,使砖厂在市场竞争中处于有利位置。

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