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關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)窯、變頻調(diào)速、節(jié)能

摘要：水泥回轉(zhuǎn)窯窯中主傳動(dòng)采用變頻調(diào)速，變頻器容量的選擇既要考慮起動(dòng)過(guò)程中的特點(diǎn)，又要兼顧正常運(yùn)行，使投資不可過(guò)大，而且節(jié)能顯著。

一、回轉(zhuǎn)窯變頻控制 

    在我國(guó)水泥行業(yè)中，回轉(zhuǎn)窯是主要的大型設(shè)備，其調(diào)速系統(tǒng)的好壞，將直接影響回轉(zhuǎn)窯的使用壽命、產(chǎn)品質(zhì)量。回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的物料流是通過(guò)改變回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速來(lái)控制的，物料流的燒成帶溫度又與回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速有一相應(yīng)的關(guān)系。當(dāng)喂料量增加時(shí)，回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速也增加；當(dāng)回轉(zhuǎn)窯燒成帶溫度有顯著上升時(shí)，回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速加快。實(shí)際上，盡量穩(wěn)定生料量，燃料量，適當(dāng)調(diào)整轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)穩(wěn)定。該設(shè)備多年來(lái)一直沿用直流電機(jī)及其直流調(diào)速系統(tǒng)。水泥廠環(huán)境惡劣，粉塵大，直流電機(jī)長(zhǎng)期工作在高熱輻射的環(huán)境中，其碳刷、整流子損壞嚴(yán)重，這不僅需要大量的維修費(fèi)用，而且對(duì)生產(chǎn)造成了極為嚴(yán)重的影響；回轉(zhuǎn)窯屬特殊負(fù)載，低速啟動(dòng)力矩大，在窯體大修烘爐期間，直流電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間低速運(yùn)行，需要較大的勵(lì)磁電流，致使低速運(yùn)行系統(tǒng)不穩(wěn)。

    對(duì)回轉(zhuǎn)窯這種大慣性負(fù)載生產(chǎn)設(shè)備，采用交流變頻器控制，一旦變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)克服了這種大慣性負(fù)載起動(dòng)起來(lái)以后，其維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的驅(qū)動(dòng)能量就會(huì)變得很小。解決起動(dòng)和正常運(yùn)行的合理分配將是回轉(zhuǎn)窯變頻控制的關(guān)鍵。 

    由于回轉(zhuǎn)窯的這種負(fù)載特點(diǎn)，在變頻器和電機(jī)的選擇上就較其他負(fù)載要復(fù)雜得多。功率選擇過(guò)大，起動(dòng)和運(yùn)行雖然都沒(méi)有問(wèn)題，但一次性投資加大，能耗增加，出現(xiàn)了長(zhǎng)期運(yùn)行大馬拉小馬的現(xiàn)象；功率按實(shí)際運(yùn)行情況選擇，雖然效率高，投資小，但在起動(dòng)時(shí)會(huì)時(shí)常出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象而無(wú)法正常起動(dòng)。因此，變頻器功率的選擇非常重要。

    回轉(zhuǎn)窯采用直流控制時(shí)不能在很低的速度下運(yùn)行，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速為80r/min，起動(dòng)過(guò)程中設(shè)備振動(dòng)很大；采用交流電機(jī)及變頻調(diào)速，電機(jī)是從零速開(kāi)始起動(dòng)，初始起動(dòng)力矩小，漸漸平滑升速，減小了對(duì)設(shè)備的沖擊，從而降低了設(shè)備的故障率，為穩(wěn)定回轉(zhuǎn)窯的熱工參數(shù)創(chuàng)造了必要的條件。

二. 森蘭變頻器在水泥回轉(zhuǎn)窯窯中主傳動(dòng)上的應(yīng)用

    云南省華坪水泥廠有兩條回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)線，回轉(zhuǎn)窯窯中主傳動(dòng)采用電磁調(diào)速。電磁調(diào)速的特性較軟，為保證正常起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的功率已經(jīng)加大，另外，回轉(zhuǎn)窯窯中主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境溫度較高，其允許溫升下降，為保證電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行，在設(shè)計(jì)時(shí)也要適當(dāng)加大容量。在上述兩種因素下，兩條回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)線的回轉(zhuǎn)窯窯中主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率均為55kW。回轉(zhuǎn)窯長(zhǎng)度50米，直徑2.42米的圓筒，重量有數(shù)百噸重，屬恒轉(zhuǎn)距大慣性負(fù)載，起動(dòng)力矩要求很大。由于電磁調(diào)速轉(zhuǎn)矩特性不是很好，特別是低速轉(zhuǎn)矩較差，雖然設(shè)計(jì)時(shí)電動(dòng)機(jī)已加大了容量，但是回轉(zhuǎn)窯不能調(diào)到低速80r/min時(shí)運(yùn)行，而且在滿載時(shí)起動(dòng)仍然困難。

1、系統(tǒng)拖動(dòng)方案：

    考慮到回轉(zhuǎn)窯的慣性很大，起動(dòng)電流較大。變頻調(diào)速起動(dòng)時(shí)，回轉(zhuǎn)窯開(kāi)始緩緩旋轉(zhuǎn)，窯內(nèi)的物料隨著回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)動(dòng)帶到一側(cè)，由于重力的作用，窯內(nèi)的物料與窯壁之間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生磨檫力。隨著回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速的增高，但還未達(dá)到工作轉(zhuǎn)速，窯內(nèi)的物料與窯壁之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)幅度更大，產(chǎn)生磨檫力也更大，這時(shí)電機(jī)電流顯著增加，到相當(dāng)于變頻器調(diào)到10~13Hz時(shí)，電流達(dá)到電機(jī)額定電流的2倍。回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速再增高，離心力增大，物料被帶到窯內(nèi)的最高點(diǎn)，因?yàn)橹亓Φ淖饔茫锪蠌淖罡唿c(diǎn)往下“瀉落“，電機(jī)電流下降到額定電流以下。考慮到變頻器有150%的過(guò)載率，不必選用2倍電機(jī)電流的變頻器，而選用森蘭SB61G90kW變頻器即可，這既可保證正常啟動(dòng)，又不致使投資增大。改造時(shí)既可用原來(lái)的電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)，須將電磁調(diào)速的轉(zhuǎn)差離合器換為機(jī)械彈性聯(lián)軸器；也可換一臺(tái)功率容量與原來(lái)電動(dòng)機(jī)相同且極數(shù)也相同異步鼠籠電動(dòng)機(jī)，機(jī)械減速器等無(wú)需改變。

2、.配置方案：

    （1.）回轉(zhuǎn)窯技術(shù)數(shù)據(jù)



    回轉(zhuǎn)窯：     

    窯中主傳動(dòng)電機(jī)：YTSP  315S-8  55kW

    轉(zhuǎn)速：         （50Hz）750r/min

    最大轉(zhuǎn)矩：      2.5TN

    過(guò)載能力：      160% TN  60s

    （2.）配置方案

    回轉(zhuǎn)窯低速啟動(dòng)力矩大，屬大慣性負(fù)載生產(chǎn)設(shè)備，采用交流變頻器控制，一旦變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)克服了這種大慣性負(fù)載起動(dòng)起來(lái)以后，其維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的驅(qū)動(dòng)能量就會(huì)變得較小，一般在額定功率以下，解決起動(dòng)和正常運(yùn)行的合理分配將是回轉(zhuǎn)窯變頻控制的關(guān)鍵。 
 
    根據(jù)回轉(zhuǎn)窯的這種特性，選擇變頻器時(shí)，適當(dāng)增大變頻器的容量是必要的，僅從過(guò)載能力考慮，用75kW變頻器就可以了，但是回轉(zhuǎn)窯起動(dòng)時(shí)要求的轉(zhuǎn)矩較大，還應(yīng)將變頻器的容量再增大一些，因此選用具有恒轉(zhuǎn)矩特性的 SB61G90KW變頻器。如需對(duì)變頻器進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)控制，可利用SB61G90KW變頻器的RS-485端口，用Modbus協(xié)議予以實(shí)現(xiàn)。

3、運(yùn)行狀況：

     回轉(zhuǎn)窯使用變頻調(diào)速后，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定平穩(wěn)，兩年來(lái)未發(fā)生過(guò)任何問(wèn)題。電機(jī)運(yùn)行在615r/min，變頻器的輸出頻率為32.5Hz，節(jié)能顯著。

三、節(jié)能計(jì)算 

    回轉(zhuǎn)窯窯中主傳動(dòng)改為變頻器驅(qū)動(dòng)后，啟動(dòng)非常容易且平穩(wěn)。在回轉(zhuǎn)窯調(diào)到低速80r/min時(shí)也能安全的運(yùn)行。電機(jī)主電機(jī)電磁軸輸出功率和損耗功率，可用下列公式計(jì)算，

    即電動(dòng)機(jī)軸輸出功率：
          P1=T1n1                                      （1）

     式中：T1—電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩

           n1 –-電動(dòng)機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)速

    轉(zhuǎn)差離合器軸輸出功率

          P2=T2n2                                      （2）

    式中：T2—轉(zhuǎn)差離合器的輸出轉(zhuǎn)矩

          n2 –-轉(zhuǎn)差離合器的輸出軸轉(zhuǎn)速

電動(dòng)機(jī)的輸出功率，即為轉(zhuǎn)差離合器的輸入功率。 對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，T= T₁ = T₂=常數(shù)，所以，轉(zhuǎn)差離合器的效率

     則得：

    可見(jiàn)在恒轉(zhuǎn)負(fù)載下，轉(zhuǎn)差離合器的效率正比于輸出轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，輸出功率成比例下降，而輸入功率基本保持不變，此時(shí)損耗功率Ph與轉(zhuǎn)差損耗成正比增加，即：

    原來(lái)的電磁調(diào)速電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1440r/min，工作在1000r/min左右，低速運(yùn)行在200r/min以上，轉(zhuǎn)速太低電磁調(diào)速力矩不夠。由（5）式可算出電磁調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速在1000r/min時(shí)損耗的功率，由此算出節(jié)電率為44%，實(shí)際上回轉(zhuǎn)窯有時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)在1000r/min以下，這時(shí)節(jié)能率要高于44%，再考慮到變頻器本身要消耗能量，經(jīng)水泥廠實(shí)際測(cè)算，節(jié)能在50%，于是不到半年可收回全部投資。