變頻節能技術在水泥廠袋收塵系統中的應用
2009-07-13 00:00
一、概述
現在，我國袋式除塵器在水泥行業得到廣泛的應用。收塵用引風機多為利用電動閥門控制進口風量。實際上是通過人為增加阻力的方式，并以浪費電能和金錢為代價來滿足工藝和工況對氣體流量調節的要求。同時，在實際的應用中，收塵點很多，通過多個管道交匯到匯風箱，然后進入收塵器入口。絕大多系統通過引風機的節能變頻改造及輔機工藝改造，可以達到節能的目的。下面我以駐馬店市龍山水泥有限公司烘干工段收塵器節能改造為例，介紹一下實現的過程。
二、風機變頻節能的原理
采用變頻器對風機進行控制，屬于減少空氣 動力的節電方法，它和一般常用的調節風門控制風量的方法比較， 具有明顯的節電效果。
由圖可以說明其節電原理：
圖中，曲線（1）為風機在恒定轉速n1下的風壓一風量（H―Q）特性，曲線（2） 為管網風阻特性（風門全開）。曲線（4） 為變頻運行特性（風門全開）
假設風機工作在A點效率最高，此時風壓為H2，風量為Q1，軸功率N1與Q1、H2的乘積成正比，在圖中可用面積AH2OQ1表示。如果生產工藝要求，風量需要從Q1減至Q2，這時用調節風門的方法相當于增加管網阻力，使管網阻力特性變到曲線（3），系統由原來的工況點A變到新的工況點B運行。從圖中看出，風壓反而增加，軸功率與面積BH1OQ2成正比。顯然，軸功率下降不大。如果采用變頻器調速控制方式，風機轉速由n1降到 n2，根據風機參數的比例定律，畫出在轉速n2風量（Q―H）特性，如曲線（4）所示。可見在滿足同樣風量Q2的情況下，風壓H3大幅度降低，功率N3隨著顯著減少，用面積CH3OQ2表示。節省的功率△N=（H1-H3）×Q2，用面積BH1H3C表示。顯然，節能的經濟效果是十分明顯的。
三、節能改造廠家工藝概況
駐馬店市龍山水泥有限公司針對礦渣烘干機及礦渣收塵散點進行除塵，收塵器的處理風量約為5萬立方米/小時，風壓約2500Pa，廢氣來自ø2.4M烘干機和皮帶下料的5個散點。工況條件變化大，廢氣量不穩。5個散點通過一個管道直接和烘干機的出口相連接直接入收塵器。袋收塵器清灰方式分為定時和定壓，定時為在線清灰，定壓為離線清灰。收塵器選型GFDC85-3。正常時所有室提升閥板全部打開，壓力大時每室提升閥輪流關閉單獨清灰。輸、卸灰裝置選用3個2.2KW卸料器和 1個7.5KW絞刀。引風機動力選用Y280S-4 75KW電動機。
在收塵器的總入口，設置了電動閥門，根據工藝條件的變化，調節進口的風量，從而完成工藝的要求。電動機在工頻狀態下工 作。
四、設計方案及實現內容
1. 收塵散點的控制。
針對幾個收塵入口的散點，在入口處加裝集塵罩，在集塵罩的出口加裝了氣動閥板。對于下料點的皮帶及電振機的運行狀態，通過中間繼電器的隔離，采集到S7-200 PLC上，同時也根據其他的工藝的連鎖，由PLC控制輸出氣動閥板的電磁閥，從而控制收塵點的啟動和停止。這樣，在收塵點上，當工藝不需要時，可以隨時關閉，避免了能源的浪費。同時氣動閥板在改造上設計和使用也很簡單方便，改造費用降低。
2. 主引風機的控制
改造中由于收塵點工況復雜，風量運行中略有變化，同時要保證收塵點的負壓，為節能考慮，風機主控選用西門子430系列75KW變頻器，風機啟動通過PLC和收塵器總入口電動閥門連鎖，保證變頻器啟動狀態在閥門關閉狀態，同時，風機啟動后，電動閥板完全打開，開始由變頻調速控制風量。這樣變頻器啟動時更加平穩，也不會對設備有大的沖擊。
3. 壓力變送器的控制
在收塵管道處安裝壓力變送器，由壓力變送器把采集數據送入PLC進行有效的監測，由于收塵點閥板的啟停，從而引起管道中壓力的變化，這些變化通過PLC的計算和分析，輸出調節信號控制變頻器的調速。同時在烘干機的主收塵管道上，也安裝壓力變送器，在收塵器的進出口安裝壓差變送器，實時監控收塵點壓力的變化和收塵器進出口差壓的變化，通過差壓變化控制袋除塵脈沖閥清灰的頻率。通過烘干機入口壓力的變化和PLC、變頻器等形成閉環控制，這樣既穩定了系統壓力，使變頻器輸出不斷地調節，達到了節能的目的。
4．卸灰、輸灰的控制
每個袋收塵系統共三個灰斗。每灰斗下一個2.2KW卸料器，在設計其控制時，在PLC的程序設計上采用了絞刀和下面分格輪卸料器實現了連鎖控制來預防分格輪停后絞刀堵塞現象。同時在三個灰斗的卸料中，我們采用了三個電動機輪流循環卸料的控制方式， 同時根據總卸料量，降低了絞刀的功率，這樣既降低了設備的磨損，又節約了電能。
五、系統參數
根據工藝實際情況，設備整定的參數如下：
1. 收塵點的管道的取樣點負壓控制在-600Pa，回差為40Pa，集塵效果很好。
2. 定時噴吹大周期為10分鐘，行噴吹間隔為5分鐘，室間隔為5分鐘。
3. 收塵點的溫度波動在60—220℃之間，系統差壓穩定在1600—2000Pa之間。
4. 收塵點全部運行時電動機輸出頻率45HZ，當散點關停是電動機輸出30HZ。
六、本系統使用效果及節能效益
本系統自投資改造以來，電動機及其他相關設備磨損及故障率大大降低，主風機平均運行在35HZ，同時輔機設備節能也很明顯。根據車間改造前和改造后電能表數據比較，系統總節電效率達40%以上，按照系統總用電量計算，年節電量在20萬度以上。取得了良好的社會效益和經濟效益。
七、結束語
此系統的改造后穩定運行表明，大中袋式除塵器的控制系統，對主引風機電機及輔機設備進行節能改造，是一種很實用很經濟的設計思想，值得大力推廣。
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