一、概述

眾所周知，水泥行業(yè)是國民經(jīng)濟生產(chǎn)中的耗能大戶和污染大戶。在水泥生產(chǎn)過程中，負載風機的耗電量占到其生產(chǎn)成本的35%～45%,而用于拖動高溫風機、收塵風機、排風機及引風機的高壓類負載耗電量更高;所以從高壓風機負載節(jié)約成本顯得尤其重要。近幾年，國家實行節(jié)能減排政策，針對冶金和水泥建材等耗能大戶重點改造;通過幾年的發(fā)展和總結，現(xiàn)國產(chǎn)高壓變頻器在風機水泵負載上的節(jié)能技術日趨成熟，運行穩(wěn)定，并且在某些方面已超越國外產(chǎn)品。

礦渣微粉作為鋼鐵廠廢渣再利用的產(chǎn)物，其意義重大;不僅節(jié)約能源，還有效的保護了自然環(huán)境。2005年我國產(chǎn)鋼3.49億噸，冶煉產(chǎn)生的廢渣14619萬噸，(其中鋼渣約為5000萬噸，高爐礦渣約9000萬噸)，綜合利用12848萬噸，加上歷年累積，總貯存量為2億噸，占地3萬畝;這些露天儲存的冶煉廢渣堆存侵占土地，污染毒化土壤、水體和大氣，嚴重影響生態(tài)環(huán)境，造成明顯或潛在的經(jīng)濟損失和資源浪費。據(jù)估算以每噸冶煉廢渣堆存的經(jīng)濟損失14.25元計，每年造成經(jīng)濟損失28.5億元。所以，冶煉廢渣的無害化、資源化處理是我國乃至世界各國十分重視的焦點，也是我們推進循環(huán)經(jīng)濟的中心內容之一。

二、微粉成分及工藝

2.1 礦渣微粉

在高爐煉鐵過程中，除了鐵礦石和燃料(焦炭)之外，為降低冶煉溫度，還要加入適當數(shù)量的石灰石和白云石作為助熔劑。它們在高爐內分解所得到的氧化鈣、氧化鎂、和鐵礦石中的廢礦、以及焦炭中的灰分相熔化，生成了以硅酸鹽與硅鋁酸鹽為主要成分的熔融物，浮在鐵水表面，定期從排渣口排出，經(jīng)空氣或水急冷處理，形成粒狀顆粒物，這就是?；郀t礦渣。

2.2 微粉制造工藝

圖1 微粉工藝圖

2.2.1破碎及預均化

(1)破碎

微粉生產(chǎn)過程中，大部分原料要進行破碎，在物料進入粉磨設備之前，盡可能將大塊物料破碎至細小、均勻的粒度，以減輕粉磨設備的負荷，提高磨機的產(chǎn)量。物料破碎后，可減少在運輸和貯存過程中不同粒度物料的分離現(xiàn)象，有得于制得成分均勻的生料，提高配料的準確性。

(2)原料預均化

預均化技術就是在原料的存、取過程中，運用科學的堆取料技術，實現(xiàn)原料的初步均化，使原料堆場同時具備貯存與均化的功能。

2.2.2 微粉制備

微粉生產(chǎn)過程中，粉磨作業(yè)需要消耗的動力約占全廠動力的60%以上，其中微粉粉磨占30%以上，因此，合理選擇粉磨設備和工藝流程，優(yōu)化工藝參數(shù)，正確操作，控制作業(yè)制度，對保證產(chǎn)品質量、降低能耗具有重大意義。

工作過程中電動機通過減速裝置帶動磨盤轉動，物料通過鎖風喂料裝置經(jīng)下料溜子落到磨盤中央，在離心力的作用下被甩向磨盤邊緣受到磨輥的輾壓粉磨，粉碎后的物料從磨盤的邊緣溢出，被來自噴嘴高速向上的熱氣流帶起烘干，根據(jù)氣流速度的不同，部分物料被氣流帶到高效選粉機內，粗粉經(jīng)分離后返回到磨盤上，重新粉磨;細粉則隨氣流出磨，在系統(tǒng)收塵裝置中收集下來，即為產(chǎn)品。沒有被熱氣流帶起的粗顆粒物料，溢出磨盤后被外循環(huán)的斗式提升機喂入選粉機，粗顆粒落回磨盤，再次擠壓粉磨。采用立式磨單獨粉磨礦渣，可以利用立磨熱風爐提供的熱氣，實現(xiàn)礦渣的烘干兼粉磨過程，合格的礦渣微粉進入礦渣粉庫。

圖2 生產(chǎn)過程圖

三、節(jié)能改造

此現(xiàn)場工藝中，收塵環(huán)節(jié)的風量需求遠小于風機的額定值;之前一直采用調節(jié)入口擋板來調節(jié)風量，而根據(jù)空氣動力學原理，這種方式會使很多能量直接損失在擋板上，且效果也不如意。為了降低能耗，該公司決定在收塵主風機環(huán)節(jié)采用變頻調速裝置;在眾多競爭者中，匯川高壓變頻器力壓群雄，中標此項目。后來的運行狀況，也證明了選用匯川HD90高壓變頻器實為明智之舉。

3.1 現(xiàn)場狀況

河北某水泥現(xiàn)場的主抽風機采用匯川技術HD90高壓變頻器，負載為：10kV 1250kW電機拖動的收塵主風機

運行狀況：全天24小時運行

風量控制：入口擋板調節(jié)，正常工作時閥門開度為40% ;詳細參數(shù)如下：

電動機功率	1250 kW
電動機額定電壓	10 kV
電動機額定電流	88.5 A
電動機額定轉速	982 r/min
功率因數(shù)	0.88
負載類型	收塵主風機
電動機實際電流	69.8 A
入口擋板開度	40%
流量比	0.6
用戶母線電壓	10kV

3.2 改造方案

3.2.1 前期考察

通過對現(xiàn)場工藝及電控方式的考察，負載風機為常見的W8系列離心風機，而電控采用DCS控制方式。z*后綜合分析現(xiàn)場各因數(shù)，為其選配的高壓變頻器型號為：HD90-J100/1600-DN。

圖3 主回路電氣圖

3.2.2 技術方案

a)主回路：采用一拖一手動旁路方案，見圖3。

此方案是手動旁路的典型方案。原理是由3個高壓隔離開關QS41、QS42和QS43和高壓開關QF、電動機M組成。要求QS42和QS43之間存在機械互鎖邏輯，不能同時閉合。變頻運行時，QS43斷開，QS41和QS42閉合;工頻運行時，QS41和QS42斷開，QS43閉合。高壓開關QF、電動機M為現(xiàn)場原有設備。

b) 控制回路：利用原有的DCS控制平臺，遠程調速、遠程監(jiān)控運行頻率和輸出電流等。

四、匯川技術HD90高壓變頻器改造優(yōu)勢

4.1 HD90高壓變頻器技術特點

匯川技術HD90高壓變頻器以高速浮點DSP為控制核心，采用功率單元串聯(lián)多電平技術，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標遠小于IEE519-1992的諧波國家標準，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補償裝置和輸出濾波器;不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機。匯川技術HD90高壓變頻器除具有以下特點：

(1)采用高速DSP+RAM+FPGA作為核心處理器，運算速度更快，控制更精準。

(2)飛車啟動功能。能夠識別電機的速度并在電機不停轉的情況下直接啟動。

(3)具備突發(fā)相間短路保護功能。如果由于設備原因及其他原因造成輸出短路，此時如果變頻器不具備相間短路保護功能，將會導致重大事故。匯川變頻器在發(fā)生類似問題時能夠立即封鎖變頻器輸出，保護設備不受損害，避免事故的發(fā)生。

(3) 節(jié)能數(shù)據(jù)實時顯示功能。HD90系列高壓變頻器的人機界面采用匯川技術自己的HMI產(chǎn)品實現(xiàn)，具備多個參數(shù)實時顯示功能，特別是可以顯示HD90高壓變頻器的節(jié)電數(shù)據(jù)。

(4) 來電自啟動及低電壓穿越功能，當現(xiàn)場電壓瞬間跌落或波動時、系統(tǒng)可保證瞬間失電不跳閘，且在失電后5個周期內變頻器運行不受影響，超過5個周期變頻器自動降額運行，失電超過9s后變頻器停機。該特點保證設備在電網(wǎng)波動的情況下，z*大限度實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，從而提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。

(5)遠程監(jiān)控功能，HD90可以選配無線通訊、現(xiàn)場總線兩種模式，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)中心24小時記錄數(shù)據(jù)。

4.2 變頻改造

經(jīng)匯川HD90高壓變頻改造后，各項性能指標均達到了設計要求。并對變頻器在各種工況下進行了鑒定性測試。測試項目及結果為：

1) 加速時間：滿載時，從0Hz加速至50Hz，只需要38秒，遠遠低于客戶要求的加速時間z*大值60秒。

2) 減速時間：滿載時，從50Hz減速至0Hz，只需要65秒，同樣也遠遠低于客戶要求的減速時間z*大值100秒。

3) 實際節(jié)電：正常生產(chǎn)后，不再控制風機的風門，而將其全部打開，變頻器只需運行到32～35Hz，其輸出功率就可以滿足生產(chǎn)，實際的輸出功率為590kW左右，保守估計每年節(jié)約電費為180萬元。

4) 該用戶之前在給水泵上選用過某其他廠家高壓變頻器，每次從高頻向低頻調速時，都會報過壓故障。針對此問題，應客戶要求，此次對匯川HD90高壓變頻器連續(xù)做了5次減速停車實驗，期間速度響應快，且無任何故障發(fā)生。

5) 節(jié)省人力：改造前，需要專門人員調節(jié)風門;變頻改造后，只需在DCS控制臺進行遠程調速即可。

6) 將運行風機改用變頻控制后，可徹底避免大功率電動機啟動時的沖擊力矩對電機的損壞。延長了電機和管道的檢修周期，減輕了檢修人員的維護工作量;提高了機組自動裝置的穩(wěn)定性，為機組的經(jīng)濟優(yōu)化運行提供了可靠保證;風機的運行參數(shù)得到了改善，提高了運行效率。

7) 采用變頻調速，電動機轉速降低使環(huán)境噪音影響得到大大改善。

8) 變頻器啟動，屬于無擾啟動，不會對其他負載產(chǎn)生電流沖擊。

圖5 現(xiàn)場應用照片

五、結束語

HD90系列高壓變頻器為蘇州匯川技術有限公司的成熟產(chǎn)品，此次現(xiàn)場的良好運行，也有力證明了我公司的磁鏈閉環(huán)控制技術較同類廠家的控制方式更先進。近年來，HD90系列高壓變頻器廣泛用于冶金、電力、石化、礦山、建材和市政等領域;拖動的負載有風機、水泵、提升機、皮帶機、空壓機、密煉機和攪拌機等。其良好的性能，已經(jīng)贏得了用戶的口碑。

高壓變頻器經(jīng)歷了殘酷的價格戰(zhàn)洗禮，現(xiàn)在市場已趨于平穩(wěn);而性能和質量已成為當今用戶追求的重點。匯川HD90系列高壓變頻器從問世之初，就以高性能和好質量定位;之前的事實已經(jīng)說明，HD90系列高壓變頻器已經(jīng)從諸強中脫穎而出。

深圳市匯川技術股份有限公司專注于工業(yè)自動化控制產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，定位服務于中高端設備制造商，以擁有自主知識產(chǎn)權的工業(yè)自動化控制技術為基礎，以快速為客戶提供個性化的解決方案為主要經(jīng)營模式，實現(xiàn)企業(yè)價值與客戶價值共同成長。匯川在全國擁有66個辦事處，236家授權代理商，90家全國聯(lián)保中心。欲進一步了解匯川，請訪問 www.inovance.cn。