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關鍵詞：回轉(zhuǎn)窯、變頻調(diào)速、節(jié)能

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

一、回轉(zhuǎn)窯變頻控制 

    在我國水泥行業(yè)中，回轉(zhuǎn)窯是主要的大型設備，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)的物料流是通過改變回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速來控制的，物料流的燒成帶溫度又與回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速有一相應的關系。當喂料量增加時，回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速也增加；當回轉(zhuǎn)窯燒成帶溫度有顯著上升時，回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速加快。實際上，盡量穩(wěn)定生料量，燃料量，適當調(diào)整轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)穩(wěn)定。該設備多年來一直沿用直流電機及其直流調(diào)速系統(tǒng)。水泥廠環(huán)境惡劣，粉塵大，直流電機長期工作在高熱輻射的環(huán)境中，其碳刷、整流子損壞嚴重，這不僅需要大量的維修費用，而且對生產(chǎn)造成了極為嚴重的影響；回轉(zhuǎn)窯屬特殊負載，低速啟動力矩大，在窯體大修烘爐期間，直流電機長時間低速運行，需要較大的勵磁電流，致使低速運行系統(tǒng)不穩(wěn)。

    對回轉(zhuǎn)窯這種大慣性負載生產(chǎn)設備，采用交流變頻器控制，一旦變頻器驅(qū)動電機克服了這種大慣性負載起動起來以后，其維持正常運轉(zhuǎn)所需要的驅(qū)動能量就會變得很小。解決起動和正常運行的合理分配將是回轉(zhuǎn)窯變頻控制的關鍵。 

    由于回轉(zhuǎn)窯的這種負載特點，在變頻器和電機的選擇上就較其他負載要復雜得多。功率選擇過大，起動和運行雖然都沒有問題，但一次性投資加大，能耗增加，出現(xiàn)了長期運行大馬拉小馬的現(xiàn)象；功率按實際運行情況選擇，雖然效率高，投資小，但在起動時會時常出現(xiàn)過載現(xiàn)象而無法正常起動。因此，變頻器功率的選擇非常重要。

    回轉(zhuǎn)窯采用直流控制時不能在很低的速度下運行，直流電機轉(zhuǎn)速為80r/min，起動過程中設備振動很大；采用交流電機及變頻調(diào)速，電機是從零速開始起動，初始起動力矩小，漸漸平滑升速，減小了對設備的沖擊，從而降低了設備的故障率，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)窯窯中主傳動上的應用

    云南省華坪水泥廠有兩條回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)線，回轉(zhuǎn)窯窯中主傳動采用電磁調(diào)速。電磁調(diào)速的特性較軟，為保證正常起動，電動機的功率已經(jīng)加大，另外，回轉(zhuǎn)窯窯中主傳動電動機的工作環(huán)境溫度較高，其允許溫升下降，為保證電動機正常運行，在設計時也要適當加大容量。在上述兩種因素下，兩條回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)線的回轉(zhuǎn)窯窯中主傳動電動機的功率均為55kW。回轉(zhuǎn)窯長度50米，直徑2.42米的圓筒，重量有數(shù)百噸重，屬恒轉(zhuǎn)距大慣性負載，起動力矩要求很大。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，雖然設計時電動機已加大了容量，但是回轉(zhuǎn)窯不能調(diào)到低速80r/min時運行，而且在滿載時起動仍然困難。

1、系統(tǒng)拖動方案：

    考慮到回轉(zhuǎn)窯的慣性很大，起動電流較大。變頻調(diào)速起動時，回轉(zhuǎn)窯開始緩緩旋轉(zhuǎn)，窯內(nèi)的物料隨著回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)動帶到一側(cè)，由于重力的作用，窯內(nèi)的物料與窯壁之間作相對運動，產(chǎn)生磨檫力。隨著回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速的增高，但還未達到工作轉(zhuǎn)速，窯內(nèi)的物料與窯壁之間的相對運動幅度更大，產(chǎn)生磨檫力也更大，這時電機電流顯著增加，到相當于變頻器調(diào)到10~13Hz時，電流達到電機額定電流的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，因為重力的作用，物料從最高點往下“瀉落“，電機電流下降到額定電流以下。考慮到變頻器有150%的過載率，不必選用2倍電機電流的變頻器，而選用森蘭SB61G90kW變頻器即可，這既可保證正常啟動，又不致使投資增大。改造時既可用原來的電磁調(diào)速電動機，須將電磁調(diào)速的轉(zhuǎn)差離合器換為機械彈性聯(lián)軸器；也可換一臺功率容量與原來電動機相同且極數(shù)也相同異步鼠籠電動機，機械減速器等無需改變。

2、.配置方案：

    （1.）回轉(zhuǎn)窯技術數(shù)據(jù)



    回轉(zhuǎn)窯：     

    窯中主傳動電機：YTSP  315S-8  55kW

    轉(zhuǎn)速：         （50Hz）750r/min

    最大轉(zhuǎn)矩：      2.5TN

    過載能力：      160% TN  60s

    （2.）配置方案

    回轉(zhuǎn)窯低速啟動力矩大，屬大慣性負載生產(chǎn)設備，采用交流變頻器控制，一旦變頻器驅(qū)動電機克服了這種大慣性負載起動起來以后，其維持正常運轉(zhuǎn)所需要的驅(qū)動能量就會變得較小，一般在額定功率以下，解決起動和正常運行的合理分配將是回轉(zhuǎn)窯變頻控制的關鍵。 
 
    根據(jù)回轉(zhuǎn)窯的這種特性，選擇變頻器時，適當增大變頻器的容量是必要的，僅從過載能力考慮，用75kW變頻器就可以了，但是回轉(zhuǎn)窯起動時要求的轉(zhuǎn)矩較大，還應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。如需對變頻器進行聯(lián)網(wǎng)控制，可利用SB61G90KW變頻器的RS-485端口，用Modbus協(xié)議予以實現(xiàn)。

3、運行狀況：

     回轉(zhuǎn)窯使用變頻調(diào)速后，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定平穩(wěn)，兩年來未發(fā)生過任何問題。電機運行在615r/min，變頻器的輸出頻率為32.5Hz，節(jié)能顯著。

三、節(jié)能計算 

    回轉(zhuǎn)窯窯中主傳動改為變頻器驅(qū)動后，啟動非常容易且平穩(wěn)。在回轉(zhuǎn)窯調(diào)到低速80r/min時也能安全的運行。電機主電機電磁軸輸出功率和損耗功率，可用下列公式計算，

    即電動機軸輸出功率：
          P1=T1n1                                      （1）

     式中：T1—電動機的輸出轉(zhuǎn)矩

           n1 –-電動機的輸出軸轉(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

電動機的輸出功率，即為轉(zhuǎn)差離合器的輸入功率。 對于恒轉(zhuǎn)矩負載，T= T₁ = T₂=常數(shù)，所以，轉(zhuǎn)差離合器的效率

     則得：

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

    原來的電磁調(diào)速電機額定轉(zhuǎn)速1440r/min，工作在1000r/min左右，低速運行在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)速電機轉(zhuǎn)速在1000r/min時損耗的功率，由此算出節(jié)電率為44%，實際上回轉(zhuǎn)窯有時運轉(zhuǎn)在1000r/min以下，這時節(jié)能率要高于44%，再考慮到變頻器本身要消耗能量，經(jīng)水泥廠實際測算，節(jié)能在50%，于是不到半年可收回全部投資。