1、存在的問題及技術(shù)分析
1.1 傳統(tǒng)的工頻拖動(dòng)運(yùn)輸方式的問題
傳統(tǒng)的工頻拖動(dòng)運(yùn)輸方式有以下不足：
(1)為了滿足帶載啟動(dòng)或工況負(fù)荷變化，設(shè)備選型時(shí)能力設(shè)計(jì)偏大，較大的工作冗余，使電耗增加，造成資源浪費(fèi)。
(2)回灰系統(tǒng)拉鏈機(jī)為恒速工作制，在工況系統(tǒng)正常時(shí)輸送量較低，大部分小于50%負(fù)荷，有時(shí)接近空負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。
(3)在恒速運(yùn)行情況下，鏈條、鏈輪、驅(qū)動(dòng)設(shè)備也會(huì)產(chǎn)生不必要的磨損及設(shè)備消耗。
回灰拉鏈機(jī)使用部位及配置情況見表1，窯頭收塵及窯灰輸送工藝見圖1。
窯頭、窯尾及電站的收塵設(shè)備具有間斷性下料的特點(diǎn)，其配套的拉鏈機(jī)回灰輸送雖然持續(xù)，但有間隙性大流量的特點(diǎn)。電站的飛灰收塵灰量較少，拉鏈機(jī)的配置設(shè)計(jì)冗余較大。福建三明南方水泥13臺(tái)拉鏈機(jī)在生產(chǎn)時(shí)始終處于工頻運(yùn)行，運(yùn)行負(fù)荷低，磨損較大，特別是窯頭收塵器下的幾臺(tái)拉鏈機(jī)，由于輸送的是熟料，磨損較大，加上較快的運(yùn)行速度，導(dǎo)致鏈條更換頻繁。
1.2 智能變頻控制系統(tǒng)的優(yōu)勢
(1)根據(jù)回灰量自動(dòng)調(diào)整拉鏈機(jī)的輸送能力，提高驅(qū)動(dòng)設(shè)備工作效率。
(2)降低鏈條、鏈輪、減速機(jī)和電動(dòng)機(jī)設(shè)備磨損，降低生產(chǎn)成本，延長設(shè)備使用壽命。
(3)減少設(shè)備故障時(shí)間，降低維護(hù)、維修工作量，節(jié)能降耗，優(yōu)化生產(chǎn)指標(biāo)。
2、回灰系統(tǒng)拉鏈機(jī)增加智能變頻器方案
2.1 拉鏈機(jī)智能變頻控制工作原理
通過檢測電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩智能判斷收塵設(shè)備卸灰量的大小，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定拉鏈機(jī)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩跟蹤值。
當(dāng)拉鏈機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩小于設(shè)定值時(shí)，變頻器就會(huì)降低卸灰輸送設(shè)備的運(yùn)行速度直到降到最小轉(zhuǎn)速。當(dāng)拉鏈機(jī)的輸送物料增加時(shí)電動(dòng)機(jī)反饋轉(zhuǎn)矩會(huì)提升，超過設(shè)定值后拉鏈機(jī)的運(yùn)行速度會(huì)逐漸加快。
在控制軟件中，增加了自動(dòng)斷續(xù)運(yùn)行的功能，在人機(jī)界面中增加了待機(jī)時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間和停機(jī)轉(zhuǎn)矩等參數(shù)，根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)設(shè)置參數(shù)值。當(dāng)設(shè)備在運(yùn)行時(shí)間里，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩降低到停機(jī)轉(zhuǎn)矩設(shè)定值時(shí)，設(shè)備自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)直至待機(jī)時(shí)間結(jié)束。如果采用斷續(xù)運(yùn)行的方式，可以進(jìn)一步提高設(shè)備的運(yùn)行效率，減少設(shè)備的使用磨損并起到節(jié)能降耗的目的。
2.2 智能變頻器控制系統(tǒng)介紹
該智能變頻控制系統(tǒng)是以一臺(tái)高性能工業(yè)控制器和多臺(tái)變頻器為核心的控制平臺(tái)，硬件配置包括：控制系統(tǒng)、可編程變頻調(diào)速控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)(DCS，本地控制人機(jī)界面)，如圖2所示。系統(tǒng)通過對拉鏈機(jī)的電壓、頻率、功率、轉(zhuǎn)速等多個(gè)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，分析與計(jì)算，按照已設(shè)定好的程序及時(shí)調(diào)整其運(yùn)行模式，從而保障輸送設(shè)備在一個(gè)安全并節(jié)能的運(yùn)行速度運(yùn)行。
圖2 智能變頻器控制系統(tǒng)
3 智能變頻技術(shù)特點(diǎn)
(1)在原料和窯頭電力控制室各加裝一控制柜，控制柜包括工業(yè)PLC、變頻器、顯示屏和其他控制電路，所有設(shè)備及動(dòng)力電纜及與中控控制/反饋信號(hào)電纜都接入控制柜。
(2)一鍵啟停，所有設(shè)備按工藝設(shè)計(jì)順序啟停，運(yùn)行速度和斷續(xù)啟停時(shí)間可以參數(shù)設(shè)置和軟件編程。
(3)每臺(tái)設(shè)備根據(jù)實(shí)時(shí)負(fù)載自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行速度及斷續(xù)啟停，并可以根據(jù)上游設(shè)備的來料情況進(jìn)行預(yù)判，避免沖料、堵料現(xiàn)象的發(fā)生。
(4)每臺(tái)電動(dòng)機(jī)可以進(jìn)行單獨(dú)溫度智能控制，避免電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行的情況下發(fā)生過溫現(xiàn)象。
(5)系統(tǒng)具有柔性啟停的功能，啟動(dòng)爬坡時(shí)間可以參數(shù)設(shè)置，大大減少啟動(dòng)時(shí)對電動(dòng)機(jī)、鏈條及傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊，延長鏈條、鏈輪/頭輪和減速機(jī)等主要零部件的使用壽命并減少設(shè)備維修工作量。
(6)堵料報(bào)警及安全保護(hù)功能，設(shè)備運(yùn)行中如果出現(xiàn)異常情況，例如拉鏈機(jī)或鉸刀因出現(xiàn)異物而產(chǎn)生的堵轉(zhuǎn)或超報(bào)警轉(zhuǎn)矩，可以向中控發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并可以在轉(zhuǎn)矩超限時(shí)及時(shí)停機(jī)，防止設(shè)備損壞，或因過流燒毀電動(dòng)機(jī)。
(7)現(xiàn)場的安裝簡單方便，安放智能變頻控制柜并連接相應(yīng)的電力和信號(hào)電纜即可，一般只需要1天時(shí)間來完成相應(yīng)的安裝與調(diào)試，且綜合節(jié)電效果明顯。智能變頻控制系統(tǒng)控制畫面見圖3。
圖3智能變頻控制系統(tǒng)控制畫面
4 效果
經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行論證和數(shù)據(jù)分析，拉鏈機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率降低40%時(shí)，可以觀察到拉鏈機(jī)內(nèi)的料層厚度變化不大，電動(dòng)機(jī)實(shí)測轉(zhuǎn)矩也沒有明顯的增加，通過長時(shí)間數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)其中1臺(tái)5.5 kW拉鏈機(jī)運(yùn)行在50 Hz和30 Hz時(shí)，其電動(dòng)機(jī)平均功耗分別為4.1 kW和2.75 kW，降低了33%，見圖4。
圖4 拉鏈機(jī)智能驅(qū)動(dòng)運(yùn)行時(shí)節(jié)能效果
考慮到電動(dòng)機(jī)的溫升問題(不是變頻電動(dòng)機(jī))，目前還沒有做進(jìn)一步的降頻運(yùn)行試驗(yàn)。經(jīng)過9個(gè)月的試運(yùn)行，本次窯灰輸送節(jié)能技改項(xiàng)目生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定，未發(fā)生任何故障。
窯灰輸送設(shè)備總功率為94 kW，改造前平均負(fù)載率按60%計(jì)算，運(yùn)行功率為56.4 kW，改造后按照設(shè)備綜合平均降速27%，年運(yùn)行7 000 h計(jì)算可以節(jié)約56.4×0.27×7 000=106 596 kWh，按綜合電費(fèi)0.7元/kWh計(jì)算，年節(jié)省電費(fèi)7.4萬元。
如果進(jìn)一步優(yōu)化控制軟件并結(jié)合斷續(xù)運(yùn)行控制策略則實(shí)現(xiàn)節(jié)電效益超過10萬元/年。計(jì)算中未包括由于降低設(shè)備損耗、延長設(shè)備壽命而帶來的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)安徽維鯨相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，智能變頻控制系統(tǒng)主要應(yīng)用在提升機(jī)、拉鏈機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵等環(huán)節(jié)，應(yīng)用智能驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)后，設(shè)備綜合運(yùn)行速度下降30%，所有設(shè)備的使用壽命可以延長30%以上，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率大幅提高，每年節(jié)省備件及修理費(fèi)用也相當(dāng)可觀。