1、 引 言
在工業(yè)生產(chǎn)、發(fā)電、居民供暖、和水泥制造業(yè)中，風(fēng)機設(shè)備應(yīng)用范圍廣泛;其電能消耗和諸如閥門、擋板相關(guān)設(shè)備的節(jié)流損失以及維護(hù)、維修費用約占到生產(chǎn)成本的7%~25%，是一筆不小的生產(chǎn)費用開支。隨著經(jīng)濟(jì)改革的不斷深入，以及能源的危機，節(jié)能降耗業(yè)已成為降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段之一。
一般情況下，采用風(fēng)門調(diào)節(jié)的風(fēng)機，在兩者偏離10%時，效率下降8%左右;偏離20%時，效率下降20%左右;而偏離30%時，效率則下降30%以上。對于采用調(diào)節(jié)風(fēng)門進(jìn)行調(diào)節(jié)風(fēng)量的風(fēng)機，這是一個固有的不可避免的問題。可見，在水泥制造業(yè)中的高溫風(fēng)機,窯尾風(fēng)機及循環(huán)風(fēng)機的用電量中，很大一部分是因風(fēng)機的型號與管網(wǎng)系統(tǒng)的參數(shù)不匹配及調(diào)節(jié)方式不當(dāng)而被調(diào)節(jié)風(fēng)門消耗掉的。因此，改進(jìn)離心風(fēng)機的調(diào)節(jié)方式是提高風(fēng)機效率，降低風(fēng)機耗電量的最有效途徑。
我們以干法懸窯生產(chǎn)線的窯尾高溫風(fēng)機系統(tǒng)變頻改造為例，其窯燒成系統(tǒng)流程簡圖如圖1所示。
旋窯是一個有一定斜度的圓筒狀物，預(yù)熱機來的料從窯尾進(jìn)入到窯中，借助窯的轉(zhuǎn)動來促進(jìn)料在旋窯內(nèi)攪拌，使料互相混合、接觸進(jìn)行反應(yīng)，物料依靠窯筒體的斜度及窯的轉(zhuǎn)動在窯內(nèi)向前運動。窯內(nèi)燃燒產(chǎn)生的余熱廢氣，在窯尾高溫風(fēng)機的作用下，通過預(yù)熱器對進(jìn)入窯尾前的生料進(jìn)行預(yù)熱均化，降溫后的余熱廢氣再通過高溫風(fēng)機抽出進(jìn)入廢氣處理（除塵及排出）。
4、使用過程存在的問題：
（1） 供風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計余量大：各風(fēng)機的擋板開度為55%以下，沒有滿負(fù)荷運行。
（2） 現(xiàn)供風(fēng)系統(tǒng)供風(fēng)流量調(diào)節(jié)方式為通過擋板開度的大小來調(diào)節(jié)，它是通過改變擋板的開度從而改變管網(wǎng)的風(fēng)阻來調(diào)節(jié)供風(fēng)流量的。還有的通過液力耦合器來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速改變供風(fēng)量，這種方式雖說簡單易行，但它存在很大的弊病。其中(1) 節(jié)能效果:液力耦合器節(jié)能效果低，在低速時，有近3/4的能量被浪費。大容量的設(shè)備還應(yīng)添加水冷系統(tǒng)。(液力耦合器是一種耗能型的機械調(diào)速裝置，調(diào)速越深(轉(zhuǎn)速越低)損耗越大，對于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速平方率變化，原傳動輸入功率則按轉(zhuǎn)速的平方率降低，損耗功率相對小一些，但輸出功率是按轉(zhuǎn)速的立方率減小，調(diào)速效率仍然很低。)(2) 安全性能:液力耦合器出現(xiàn)問題后，必需停機維修，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。(3)運行精度: 力耦合器靠油量和負(fù)荷的拉動調(diào)速，調(diào)速精度低，當(dāng)負(fù)荷變化時，轉(zhuǎn)速隨之變化。(4)維護(hù)費用: 液力耦合器在運行一定時間后，需對液壓油進(jìn)行更換；
（3） 現(xiàn)高壓電機多為水電阻啟動起動，巨大的起動電流(起動電流一般為額定電流的3倍左右)會產(chǎn)生巨大轉(zhuǎn)矩沖擊，會使電機的轉(zhuǎn)子繞組及組尼繞組承受很高的熱應(yīng)力和機械應(yīng)力，致使電機籠條端環(huán)斷裂，鐵芯松弛，絕緣繞組擊穿等。這些情況會導(dǎo)致系統(tǒng)動力設(shè)備的使用壽命減短，維護(hù)時間與維護(hù)費用增加。
（4）工人的勞動強度大，往往根據(jù)供風(fēng)的高低峰進(jìn)行人為調(diào)節(jié)。
5、高壓變頻器風(fēng)機改造方案
經(jīng)過對原系統(tǒng)進(jìn)行分析，對原系統(tǒng)的風(fēng)壓控制由原來的液力耦合器調(diào)節(jié)改為變頻器調(diào)節(jié)，即取消原液力耦合器，將電機與液力耦合器之間用一連接軸取代液力耦合器連通，而由變頻器對電機本身進(jìn)行調(diào)速，最后達(dá)到調(diào)整窯尾預(yù)熱器（高溫風(fēng)機入口）的壓力為工況要求值。
變頻器設(shè)備接入用戶側(cè)高壓開關(guān)和擬改造電機之間，如圖2所示，變頻器控制接入原有的DCS系統(tǒng)，由DCS系統(tǒng)來完成正常操作。
圖2 變頻器連接圖為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器同時加裝工頻旁路裝置，可在故障時將電機切換至工頻狀態(tài)下運行，且切換方式為自動切換。變頻器故障時，電機自動切換到工頻運行，這時風(fēng)機轉(zhuǎn)速會升高，風(fēng)壓會發(fā)生很大變化，影響窯內(nèi)物料的煅燒質(zhì)量，故此時應(yīng)及時在DCS上對高溫風(fēng)機的風(fēng)門進(jìn)行及時調(diào)節(jié)，降低風(fēng)機輸出風(fēng)量至工況要求值。
變頻器及其工頻旁路開關(guān)由變頻器整體配套提供。電機、高壓斷路保留了用戶原有設(shè)備。
6、改造注意事項
由于原電機控制為液力耦合器調(diào)速，為了安裝變頻器，必須重新設(shè)計變頻器專用房。根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，我們選擇在高壓配電室旁另建一變頻器專用房，此地方距高壓室較近，動力電纜敷設(shè)方便。
由于現(xiàn)場灰塵較大，而變頻器為強迫風(fēng)冷，設(shè)備內(nèi)空氣流通量較大，為保障變頻器盡量少受外界灰塵的影響，在房間通風(fēng)設(shè)計上，設(shè)計了兩扇大面積專用進(jìn)風(fēng)窗，房間不另設(shè)其它窗口，基本上是密閉設(shè)計。通風(fēng)窗采用專用過濾棉濾網(wǎng)，這樣使進(jìn)入變頻器室內(nèi)的空氣經(jīng)過通風(fēng)窗濾灰，進(jìn)入變頻器室內(nèi)的灰塵大大減小。
由于本變頻器功率較大，為保證足夠的通風(fēng)冷卻效果，在變壓器柜頂和功率柜頂分別獨立安裝了一整體風(fēng)罩，與各自的出風(fēng)口連成整體，保證變頻器整體冷卻通風(fēng)要求。
為減小安裝成本，動力電纜保留了原高壓柜至電機的電纜，將電纜原接線由高壓柜牽至變頻器，再重新由高壓柜到變頻器敷設(shè)一根動力電纜，由于變頻器房緊鄰高壓室，此電纜長度較短。
變頻改造后，由于需要取消原液力耦合器，我們按照液力耦合器的聯(lián)接尺寸設(shè)計制作了一套直接連接軸來代替液耦。連接軸的基座安裝尺寸、軸連接中心尺寸、軸徑尺寸、軸與電機及風(fēng)機側(cè)的連接靠背輪均與原液耦一致，安裝時，僅需將原液耦拆除，將連接軸代替液力耦合器，現(xiàn)場僅作少量調(diào)整即可達(dá)到安裝要求，而不用對風(fēng)機及電機作任何調(diào)整，安裝方便快捷。
