一、概述

眾所周知，水泥行業是國民經濟生產中的耗能大戶和污染大戶。在水泥生產過程中，負載風機的耗電量占到其生產成本的35%～45%,而用于拖動高溫風機、收塵風機、排風機及引風機的高壓類負載耗電量更高;所以從高壓風機負載節約成本顯得尤其重要。近幾年，國家實行節能減排政策，針對冶金和水泥建材等耗能大戶重點改造;通過幾年的發展和總結，現國產高壓變頻器在風機水泵負載上的節能技術日趨成熟，運行穩定，并且在某些方面已超越國外產品。

礦渣微粉作為鋼鐵廠廢渣再利用的產物，其意義重大;不僅節約能源，還有效的保護了自然環境。2005年我國產鋼3.49億噸，冶煉產生的廢渣14619萬噸，(其中鋼渣約為5000萬噸，高爐礦渣約9000萬噸)，綜合利用12848萬噸，加上歷年累積，總貯存量為2億噸，占地3萬畝;這些露天儲存的冶煉廢渣堆存侵占土地，污染毒化土壤、水體和大氣，嚴重影響生態環境，造成明顯或潛在的經濟損失和資源浪費。據估算以每噸冶煉廢渣堆存的經濟損失14.25元計，每年造成經濟損失28.5億元。所以，冶煉廢渣的無害化、資源化處理是我國乃至世界各國十分重視的焦點，也是我們推進循環經濟的中心內容之一。

二、微粉成分及工藝

2.1 礦渣微粉

在高爐煉鐵過程中，除了鐵礦石和燃料(焦炭)之外，為降低冶煉溫度，還要加入適當數量的石灰石和白云石作為助熔劑。它們在高爐內分解所得到的氧化鈣、氧化鎂、和鐵礦石中的廢礦、以及焦炭中的灰分相熔化，生成了以硅酸鹽與硅鋁酸鹽為主要成分的熔融物，浮在鐵水表面，定期從排渣口排出，經空氣或水急冷處理，形成粒狀顆粒物，這就是粒化高爐礦渣。

2.2 微粉制造工藝

圖1 微粉工藝圖

2.2.1破碎及預均化

(1)破碎

微粉生產過程中，大部分原料要進行破碎，在物料進入粉磨設備之前，盡可能將大塊物料破碎至細小、均勻的粒度，以減輕粉磨設備的負荷，提高磨機的產量。物料破碎后，可減少在運輸和貯存過程中不同粒度物料的分離現象，有得于制得成分均勻的生料，提高配料的準確性。

(2)原料預均化

預均化技術就是在原料的存、取過程中，運用科學的堆取料技術，實現原料的初步均化，使原料堆場同時具備貯存與均化的功能。

2.2.2 微粉制備

微粉生產過程中，粉磨作業需要消耗的動力約占全廠動力的60%以上，其中微粉粉磨占30%以上，因此，合理選擇粉磨設備和工藝流程，優化工藝參數，正確操作，控制作業制度，對保證產品質量、降低能耗具有重大意義。

工作過程中電動機通過減速裝置帶動磨盤轉動，物料通過鎖風喂料裝置經下料溜子落到磨盤中央，在離心力的作用下被甩向磨盤邊緣受到磨輥的輾壓粉磨，粉碎后的物料從磨盤的邊緣溢出，被來自噴嘴高速向上的熱氣流帶起烘干，根據氣流速度的不同，部分物料被氣流帶到高效選粉機內，粗粉經分離后返回到磨盤上，重新粉磨;細粉則隨氣流出磨，在系統收塵裝置中收集下來，即為產品。沒有被熱氣流帶起的粗顆粒物料，溢出磨盤后被外循環的斗式提升機喂入選粉機，粗顆粒落回磨盤，再次擠壓粉磨。采用立式磨單獨粉磨礦渣，可以利用立磨熱風爐提供的熱氣，實現礦渣的烘干兼粉磨過程，合格的礦渣微粉進入礦渣粉庫。

圖2 生產過程圖

三、節能改造

此現場工藝中，收塵環節的風量需求遠小于風機的額定值;之前一直采用調節入口擋板來調節風量，而根據空氣動力學原理，這種方式會使很多能量直接損失在擋板上，且效果也不如意。為了降低能耗，該公司決定在收塵主風機環節采用變頻調速裝置;在眾多競爭者中，匯川高壓變頻器力壓群雄，中標此項目。后來的運行狀況，也證明了選用匯川HD90高壓變頻器實為明智之舉。

3.1 現場狀況

河北某水泥現場的主抽風機采用匯川技術HD90高壓變頻器，負載為：10kV 1250kW電機拖動的收塵主風機

運行狀況：全天24小時運行

風量控制：入口擋板調節，正常工作時閥門開度為40% ;詳細參數如下：

電動機功率	1250 kW
電動機額定電壓	10 kV
電動機額定電流	88.5 A
電動機額定轉速	982 r/min
功率因數	0.88
負載類型	收塵主風機
電動機實際電流	69.8 A
入口擋板開度	40%
流量比	0.6
用戶母線電壓	10kV

3.2 改造方案

3.2.1 前期考察

通過對現場工藝及電控方式的考察，負載風機為常見的W8系列離心風機，而電控采用DCS控制方式。z*后綜合分析現場各因數，為其選配的高壓變頻器型號為：HD90-J100/1600-DN。

圖3 主回路電氣圖

3.2.2 技術方案

a)主回路：采用一拖一手動旁路方案，見圖3。

此方案是手動旁路的典型方案。原理是由3個高壓隔離開關QS41、QS42和QS43和高壓開關QF、電動機M組成。要求QS42和QS43之間存在機械互鎖邏輯，不能同時閉合。變頻運行時，QS43斷開，QS41和QS42閉合;工頻運行時，QS41和QS42斷開，QS43閉合。高壓開關QF、電動機M為現場原有設備。

b) 控制回路：利用原有的DCS控制平臺，遠程調速、遠程監控運行頻率和輸出電流等。

四、匯川技術HD90高壓變頻器改造優勢

4.1 HD90高壓變頻器技術特點

匯川技術HD90高壓變頻器以高速浮點DSP為控制核心，采用功率單元串聯多電平技術，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標遠小于IEE519-1992的諧波國家標準，輸入功率因數高，輸出波形質量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝置和輸出濾波器;不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機。匯川技術HD90高壓變頻器除具有以下特點：

(1)采用高速DSP+RAM+FPGA作為核心處理器，運算速度更快，控制更精準。

(2)飛車啟動功能。能夠識別電機的速度并在電機不停轉的情況下直接啟動。

(3)具備突發相間短路保護功能。如果由于設備原因及其他原因造成輸出短路，此時如果變頻器不具備相間短路保護功能，將會導致重大事故。匯川變頻器在發生類似問題時能夠立即封鎖變頻器輸出，保護設備不受損害，避免事故的發生。

(3) 節能數據實時顯示功能。HD90系列高壓變頻器的人機界面采用匯川技術自己的HMI產品實現，具備多個參數實時顯示功能，特別是可以顯示HD90高壓變頻器的節電數據。

(4) 來電自啟動及低電壓穿越功能，當現場電壓瞬間跌落或波動時、系統可保證瞬間失電不跳閘，且在失電后5個周期內變頻器運行不受影響，超過5個周期變頻器自動降額運行，失電超過9s后變頻器停機。該特點保證設備在電網波動的情況下，z*大限度實現連續生產，從而提高系統的生產效率。

(5)遠程監控功能，HD90可以選配無線通訊、現場總線兩種模式，實現遠程數據中心24小時記錄數據。

4.2 變頻改造

經匯川HD90高壓變頻改造后，各項性能指標均達到了設計要求。并對變頻器在各種工況下進行了鑒定性測試。測試項目及結果為：

1) 加速時間：滿載時，從0Hz加速至50Hz，只需要38秒，遠遠低于客戶要求的加速時間z*大值60秒。

2) 減速時間：滿載時，從50Hz減速至0Hz，只需要65秒，同樣也遠遠低于客戶要求的減速時間z*大值100秒。

3) 實際節電：正常生產后，不再控制風機的風門，而將其全部打開，變頻器只需運行到32～35Hz，其輸出功率就可以滿足生產，實際的輸出功率為590kW左右，保守估計每年節約電費為180萬元。

4) 該用戶之前在給水泵上選用過某其他廠家高壓變頻器，每次從高頻向低頻調速時，都會報過壓故障。針對此問題，應客戶要求，此次對匯川HD90高壓變頻器連續做了5次減速停車實驗，期間速度響應快，且無任何故障發生。

5) 節省人力：改造前，需要專門人員調節風門;變頻改造后，只需在DCS控制臺進行遠程調速即可。

6) 將運行風機改用變頻控制后，可徹底避免大功率電動機啟動時的沖擊力矩對電機的損壞。延長了電機和管道的檢修周期，減輕了檢修人員的維護工作量;提高了機組自動裝置的穩定性，為機組的經濟優化運行提供了可靠保證;風機的運行參數得到了改善，提高了運行效率。

7) 采用變頻調速，電動機轉速降低使環境噪音影響得到大大改善。

8) 變頻器啟動，屬于無擾啟動，不會對其他負載產生電流沖擊。

圖5 現場應用照片

五、結束語

HD90系列高壓變頻器為蘇州匯川技術有限公司的成熟產品，此次現場的良好運行，也有力證明了我公司的磁鏈閉環控制技術較同類廠家的控制方式更先進。近年來，HD90系列高壓變頻器廣泛用于冶金、電力、石化、礦山、建材和市政等領域;拖動的負載有風機、水泵、提升機、皮帶機、空壓機、密煉機和攪拌機等。其良好的性能，已經贏得了用戶的口碑。

高壓變頻器經歷了殘酷的價格戰洗禮，現在市場已趨于平穩;而性能和質量已成為當今用戶追求的重點。匯川HD90系列高壓變頻器從問世之初，就以高性能和好質量定位;之前的事實已經說明，HD90系列高壓變頻器已經從諸強中脫穎而出。

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