余典云1  金旭2  王真3
    (1.广州智光电气股份有限公司，广东，广州，510731；
     2.安徽三狮和德水泥有限公司，安徽，广德，242200；
     3.浙江三狮水泥股份有限公司，浙江，长兴，313117)
    摘要：本文介绍了ZINVERT系列高压变频调速系统在三狮集团5000t/d新型干法线上高温风机变频调速改造的技术方案和节能效果等应用情况，为高压变频在水泥行业各风机的应用提供了一定的经验。
    关键字：高压变频器　　高温风机　　节能

1、引言
    能源的供给和消费是关系着国民经济和社会发展、国家安全和可持续发展的重大问题。我国经济正处于一个高速发展时期，能源消耗也出现大幅度上升，由于发展比例失调，煤、电、油、交通运输等方面的制约，缺电和电价居高不下的局面，在今后相当长的一段时间还会继续存在,能源特别是电力不足，已经严重制约了我国经济的发展。为保证国民经济持续、快速、健康发展，就必须合理、有效地利用能源，不断地提高能源利用率。“十一五”规划提出了我国要建设资源节约型社会的构想，并明确了我国经济社会发展今年的预期目标，即要求单位国内生产总值能耗降低4%左右。

    在全国总能耗中，建材工业能耗约占9%，占全国工业能耗的13%左右。而水泥行业是建材工业的资源、能源消耗大户，其能源消耗占建材行业总能源消耗的50%以上，资源消耗占建材行业资源消耗的30%左右。已被列为国家节约资源的重点领域之一。在国务院提出加快建设节约型社会的政策环境下，提高水泥行业的节约型制造和应用水平，建立节约型水泥工业体系意义重大。在当前国内外能源供需矛盾突出的情况下，水泥行业必须通过各种途径降低能耗，以获得最佳的经济效益和最高的劳动生产率。 目前新型干法水泥生产技术、余热发电技术、变频调速技术等等已广泛应用于水泥行业中。

2、用户及项目介绍
    浙江三狮集团，是由浙江省人民政府批准成立并重点培育的15家大型企业集团之一，集团由30多家企事业单位组成，现有总资产近30亿元，主导产品为水泥及其衍生产品。“三狮牌”水泥为国内名牌产品，已通过ISO9002质量管理体系认证，为国家级首批水泥免检产品。产品系列有普通水泥、纯硅水泥、特种水泥等数十个品种，被广泛用于国家重点工程，并批量出口东南亚国家和南太平洋地区。三狮还是国家建材局首批确定的12个水泥出口基地之一。现在，三狮集团每年投产建设多条日产5000吨新型干法水泥生产线，成长为中国水泥行业最具竞争力的企业之一。三狮集团还将通过各种战略和方式，在“十五”末发展成为年产优质水泥5000万吨的国家级现代化水泥基地，使水泥主业做大做强做精，跻身世界水泥工业十强之例。

    作为一家资源消耗型企业，“三狮”近年来以追求资源利用的最大化和污染排放的最小化为目标，努力探索发展循环经历的路子。在先后引进新型干法生产技术、低温余热发电等技术并取了较好的经济效益后。在引进变频调速技术对电机进行变频改造节能上，公司领导通过对各高压变频厂家技术等对比，最终选择了由广州智光电气股份有限公司生产的ZINVERT系列高压变频调速系统对其下属的浙江三狮水泥股份有限公司的1条5000t/d、1条2500t/d和安徽三狮和德水泥有限公司1条5000t/d新型干法生产线的高温风机、窑尾风机、生料循环风机共8台风机进行高压变频改造。下面仅对安徽三狮和德有限公司5000t/d线高温风机为高压变频改造为例进行方案与节能情况的介绍。

3、改造方案介绍
3.1 2#高温风机配套电机参数

3.2 变频改造方案
    此次对2500kW高温风机改造采用的为ZINVERT-A9H3125/10Y一拖一手动旁路高压变频调速系统，装置一次接线如图2所示。

图2 ZINVERT高压变频器手动旁路一次接线图

    10kV电源经变频装置刀闸K1到高压变频装置，变频装置输出经刀闸K2送至电动机；10kV电源还可经刀闸K2切换至工频侧直接起动电动机。一旦变频装置出现故障，即可马上断开输入侧10kV开关及刀闸K1，将变频装置隔离，切换刀闸K2至工频侧，在工频电源下起动电机运行。刀闸K1、K2之间具有闭锁和防止误操作功能。

    ZINVERT型智能高压变频调速系统主控制部分以新型电机控制专用双DSP（数字信号处理器）为控制核心，辅以大规模可编程逻辑器件，实现SPWM波形控制及各种信号的检测、分析判断和处理。控制器和功率单元箱之间通过光纤进行信号传输，可有效避免电磁干扰，增强系统的可靠性。同时控制系统具有丰富的模拟、数字接口，可用于与用户中控DCS连接和扩展，以满足现场各种运行与控制的需要。用户在后台可以监控变频各种状态并对其进行远程控制和频率设定调节。      

4、项目改造收益
    三狮和德在进行变频改造的同时，也在进行低温余热发电的建设，在变频投运后，余热锅炉也开始投入。根据数据记录，变频改造前，高温风机电机运行功率为2600kW，变频装置和余热锅炉投入后，高温风机电机运行在43Hz，运行功率约为2350kW。变频投入运行后，减小的输入功率为：250kW。按平均每天运行24小时，电价0.5元/度，一年运行330天计算，每年可以节约电费约为：V=２５０×２４×０．５×３３０=９９（万元）。下表为三狮其他几条生产线高温风机、循环风机、尾排风机上变频调速改造前后的运行与节能情况。

附表：三狮各线风机变频改造前后运行平均数据对比

    由上述运行平均记录数据看出，在ZINVERT系列高压变频调速系统已投运的六台风机的改造，按照年运行330天，平均电价0.50元计，年节电量为6977520kWh，节约电费348.9万元，节能经济效益显著。另外，采用变频调速控制后，其他方面的效益也是明显的，如：
    (1) 改善了工艺，调速精度保证，提高了产品质量的稳定并可提高产量。投入变频器后可以平滑稳定地调整风量风压，提高了效率；改造前产量约为340t/h，改造后350—360t/h，甚至高达380t/h。
    (2) 设备运行与维护费用下降：采用变频调节后，原采用风门调节的风门全开，设备振动、磨损降低，噪音大大下降；原采用液力耦合器调节的需经常进行油路、漏油的维护，若打坏齿轮一次维护费用要几十万元，平均每年节约维护费用十几万元；另外由于高压变频器的可靠性已得到证明，避免由于液力耦合器维修导致生产线停产的发生。
    (3) 延长电机等设备的使用寿命。采用变频调速后，可以实现软起动和软制动，几乎不产生冲击，避免液力耦合器启动时的4～7倍的冲击电流，可大大延长电机定子、转子轴及轴承等电气与机械寿命。
    (4) ZINVERT型高压变频器的输入电流谐波含量大大小于国家标准要求的4％，功率因数保证在0.95以上，与采用液力耦合器相比，输入功率大大提高，再无需投资功率补偿设备，并可降低设备的进相机等设备与维护费用。

5、结语
    目前ZINVERT系列高压变频调速系统已国内几十条5000T、4000T、2500T、1500T、1000T新型干法水泥生产线的生料磨循环风机、煤磨循环风机、窑头排风机、窑尾高温风机、窑尾排风机、水泥磨循环风机广泛应用，设备运行性能稳定、节能显著，在同行业中推广的潜力巨大。