变频器在回转窑一次风机控制中的应用

变频调速系统在回转窑一次风机控制中的应用摘要一次风的大小决定着窑内煅烧带温度和其位置，在回转窑控制中，一般要求窑内煅烧带温度控制在1000--1100℃范围，煅烧带位于窑体中部，而且保持较长距离最好。一次风的给量决定着煅烧带的温度、长度、窑尾温度和煅烧带的延续程度；若风量不足，会使挥发物燃烧不充分，窑内煅烧带的温度降低，窑尾温度低，易结圈，热量利用率低；过量的给风，又会使物料烧损率过高，窑内负压降低。变频器（Variable-frequencyDrive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。关键词：回转窑一次风变频器一、引言异步电动机是冶金、化工等生产企业最主要的动力设备。作为高能耗设备，其输出功率不能随负荷按比例变化，过去许多设备负载变化，只能依靠挡板或阀门的开度来调节，从而造成很大的能源损耗和电能浪费。近年来，随着变频器生产技术的成熟以及变频器应用范围的日益广泛，应用变频器对异步电动机控制进行技术改造，成为各企业节能降耗、提高效益的重要手段。我公司的4#回转窑，是2007年建成投产的。其一次风机采用星三角降压启动系统，控制落后，结构不完善，控制器件、测量仪表老化严重。在实际运行中，设备故障频繁，生产长期依靠现场手动挡板和执行机构操作，烧损率高，耗能大，压力波动较大，满足不了生产需要。为此，2012年应用变频器对回转窑一次风机控制系统改造，通过近一年的跟踪，参数分析以及节能效果，已取得明显的成果。这种回转窑一次风机控制技术，是目前国内较为成熟和先进的控制方式之一。回转窑煅烧工艺控制比较复杂，其煅烧后产量、质量及各项指标等产品性能受煅烧带温度、煅烧带位置、挥发份浓度、氧气浓度、窑头窑尾负压、燃料（煤气或煤粉）补给量、物料投入量及均匀性等各项工艺参数的综合影响。而煅烧带温度、位置与一次风给定量有密切关系。在旧系统控制生产中，凭操作人员堵风门和调节执行机构进行调整一次风给定量，实现煅烧带温度、位置的控制，易造成煅烧带温度，位置波动较大，能耗高等问题。对煅烧回转窑产量、质量、窑内衬寿命、燃料消耗、窑尾烟气净化等有不利影响。二、系统的组成及原理1一次风对回转窑生产工艺的影响回转窑一次风给量大小，决定着窑内煅烧待温度和其位置，在回转窑控制中，一般要求窑内煅烧带温度控制在1270±30℃范围，煅烧带位于窑体中部，而且保持较长距离最好。一次风的给量决定着煅烧带的温度、长度和煅烧带的延续程度；若风量不足，会使窑内煅烧带的温度降低，料中的挥发物挥发不充分，煅烧后品质低；过量的给风，又会使煅烧料烧损率过高。2一次风机控制原理随着我公司规模的扩大和对回转窑控制系统的深入了解和探索，生产过程控制向自动、连续、多级和复合功能方向发展，对生产工艺操作规程的要求更加严格，参数间相互关系更加复杂。产品的品质指标的不断提高，直接要求控制系统的精度和功能要有较大幅度的提升，同时对能源消耗和环境污染也要求更高。一次风作为回转窑的主体设备，更应该在精度和控制功能上提高。一次控制原来采用星三角降压启动控制，其启动电流大，电器元件易损坏，电流基本处于额定状态，耗能较大（原理如图1所示）；风量采用执行机构调整，由于其调整时影响面广、准确性差，全凭操作人员经验操作。应用变频器调速控制，实现了远程操作、微动细调节的功能，解决了旧系统调整方法对回转窑的影响。实践证明，应用变频调速控制，实现微动细调节控制，使回转窑的一次风给定量更加准确（其原理如图2所示）。图1星三角降压启动控制原理图图2变频器调速控制原理图3系统组成系统主要是由工控机、PLC，变频器、现场信号采样装置及监控器等组成。一次风机拖动为75kW异步电机，采用75kVA的变频器独立控制，其参数给定由回转窑总系统控制器承担。上位机根据PLC采样得到的煤粉量、一次风量和变频器频率或转速等参数，通过控制状态的解析，将实际要求的给定转速发送给PLC，然后PLC发出控制一次风转速的控制指令，变频器驱动电机，完成系统控制任务。其控制系统如图3所示。图3回转窑一次风机实际控制系统图4一次风机变频控制的功能（1）通过对一次风机变频调速控制，使一次风量给定的调整更加迅速、准确，并实现了连续微调功能。解决了过去采用挡板只能粗调风量的缺点。（2）一次风机的变频调速的应用,降低了风机电耗,节约了能源。（3）变频器的无级调速功能的利用，使一次风量调整过程中，对回转窑控制系统影响降低到最小。（4）实现了远程操作和调节的功能，更加方便分散控制操作。（5）变频技术的应用，有利于回转窑自动控制系统和最佳煅烧工艺的实现。（6）变频器的应用,使一次风机的运行状态实现了在线监控功能。5系统主要参数及要求随着生产过程向着自动、连续和高控制方向发展，对操作条件要求更加严格，参数间相互关系更加复杂，对控制系统的精度和功能有相当多的要求，对能源消耗和环境污染也有明确的指标。一次风机的控制过程，其有关参数要求满足节能效果。（见附表）参数比较流量压力功率一次风电流启动电流额定值75KW139A600-1000A实际值33KW74A35A(10Hz)参数附表三、结束语变频器的高精度、宽范围的无级调速功能，解决了旧的一次风量调节的方法所存在的调整困难、只能粗调、能源浪费的问题;变频器的多保护功能的利用，使回转窑一次风机电机烧坏的次数几乎降为零。变频器在我厂6台回转窑上应用几年来，电机无一台损坏;变频技术的应用，对回转窑控制系统的的多极控制方式实现，提供了帮助;变频器的应用，使系统控制更加准确、可靠、操作便利，设备使用寿命延长，维修量减少;同时降低了操作人员的劳动强度，达到了节能降耗、降低烧损率、提高煅烧质量的效果。大友嘉镁钙业检修作业区严海龙2013年4月24日