1、存在的問題及技術(shù)分析
1.1 傳統(tǒng)的工頻拖動運輸方式的問題
傳統(tǒng)的工頻拖動運輸方式有以下不足：
(1)為了滿足帶載啟動或工況負荷變化，設(shè)備選型時能力設(shè)計偏大，較大的工作冗余，使電耗增加，造成資源浪費。
(2)回灰系統(tǒng)拉鏈機為恒速工作制，在工況系統(tǒng)正常時輸送量較低，大部分小于50%負荷，有時接近空負荷運轉(zhuǎn)。
(3)在恒速運行情況下，鏈條、鏈輪、驅(qū)動設(shè)備也會產(chǎn)生不必要的磨損及設(shè)備消耗。
回灰拉鏈機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，其配套的拉鏈機回灰輸送雖然持續(xù)，但有間隙性大流量的特點。電站的飛灰收塵灰量較少，拉鏈機的配置設(shè)計冗余較大。福建三明南方水泥13臺拉鏈機在生產(chǎn)時始終處于工頻運行，運行負荷低，磨損較大，特別是窯頭收塵器下的幾臺拉鏈機，由于輸送的是熟料，磨損較大，加上較快的運行速度，導致鏈條更換頻繁。
1.2 智能變頻控制系統(tǒng)的優(yōu)勢
(1)根據(jù)回灰量自動調(diào)整拉鏈機的輸送能力，提高驅(qū)動設(shè)備工作效率。
(2)降低鏈條、鏈輪、減速機和電動機設(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)備故障時間，降低維護、維修工作量，節(jié)能降耗，優(yōu)化生產(chǎn)指標。
2、回灰系統(tǒng)拉鏈機增加智能變頻器方案
2.1 拉鏈機智能變頻控制工作原理
通過檢測電動機轉(zhuǎn)矩智能判斷收塵設(shè)備卸灰量的大小，根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定拉鏈機電動機的轉(zhuǎn)矩跟蹤值。
當拉鏈機電動機轉(zhuǎn)矩小于設(shè)定值時，變頻器就會降低卸灰輸送設(shè)備的運行速度直到降到最小轉(zhuǎn)速。當拉鏈機的輸送物料增加時電動機反饋轉(zhuǎn)矩會提升，超過設(shè)定值后拉鏈機的運行速度會逐漸加快。
在控制軟件中，增加了自動斷續(xù)運行的功能，在人機界面中增加了待機時間、運行時間和停機轉(zhuǎn)矩等參數(shù)，根據(jù)設(shè)備的運行經(jīng)驗設(shè)置參數(shù)值。當設(shè)備在運行時間里，電動機轉(zhuǎn)矩降低到停機轉(zhuǎn)矩設(shè)定值時，設(shè)備自動進入待機狀態(tài)直至待機時間結(jié)束。如果采用斷續(xù)運行的方式，可以進一步提高設(shè)備的運行效率，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)是以一臺高性能工業(yè)控制器和多臺變頻器為核心的控制平臺，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，本地控制人機界面)，如圖2所示。系統(tǒng)通過對拉鏈機的電壓、頻率、功率、轉(zhuǎn)速等多個參數(shù)的實時監(jiān)控，分析與計算，按照已設(shè)定好的程序及時調(diào)整其運行模式，從而保障輸送設(shè)備在一個安全并節(jié)能的運行速度運行。
圖2 智能變頻器控制系統(tǒng)
3 智能變頻技術(shù)特點
(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)備及動力電纜及與中控控制/反饋信號電纜都接入控制柜。
(2)一鍵啟停，所有設(shè)備按工藝設(shè)計順序啟停，運行速度和斷續(xù)啟停時間可以參數(shù)設(shè)置和軟件編程。
(3)每臺設(shè)備根據(jù)實時負載自動調(diào)節(jié)運行速度及斷續(xù)啟停，并可以根據(jù)上游設(shè)備的來料情況進行預(yù)判，避免沖料、堵料現(xiàn)象的發(fā)生。
(4)每臺電動機可以進行單獨溫度智能控制，避免電動機在低速運行的情況下發(fā)生過溫現(xiàn)象。
(5)系統(tǒng)具有柔性啟停的功能，啟動爬坡時間可以參數(shù)設(shè)置，大大減少啟動時對電動機、鏈條及傳動系統(tǒng)的沖擊，延長鏈條、鏈輪/頭輪和減速機等主要零部件的使用壽命并減少設(shè)備維修工作量。
(6)堵料報警及安全保護功能，設(shè)備運行中如果出現(xiàn)異常情況，例如拉鏈機或鉸刀因出現(xiàn)異物而產(chǎn)生的堵轉(zhuǎn)或超報警轉(zhuǎn)矩，可以向中控發(fā)出報警信號，并可以在轉(zhuǎn)矩超限時及時停機，防止設(shè)備損壞，或因過流燒毀電動機。
(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)的電力和信號電纜即可，一般只需要1天時間來完成相應(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)過一段時間的運行論證和數(shù)據(jù)分析，拉鏈機電動機運行頻率降低40%時，可以觀察到拉鏈機內(nèi)的料層厚度變化不大，電動機實測轉(zhuǎn)矩也沒有明顯的增加，通過長時間數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)其中1臺5.5 kW拉鏈機運行在50 Hz和30 Hz時，其電動機平均功耗分別為4.1 kW和2.75 kW，降低了33%，見圖4。
圖4 拉鏈機智能驅(qū)動運行時節(jié)能效果
考慮到電動機的溫升問題(不是變頻電動機)，目前還沒有做進一步的降頻運行試驗。經(jīng)過9個月的試運行，本次窯灰輸送節(jié)能技改項目生產(chǎn)運行穩(wěn)定，未發(fā)生任何故障。
窯灰輸送設(shè)備總功率為94 kW，改造前平均負載率按60%計算，運行功率為56.4 kW，改造后按照設(shè)備綜合平均降速27%，年運行7 000 h計算可以節(jié)約56.4×0.27×7 000=106 596 kWh，按綜合電費0.7元/kWh計算，年節(jié)省電費7.4萬元。
如果進一步優(yōu)化控制軟件并結(jié)合斷續(xù)運行控制策略則實現(xiàn)節(jié)電效益超過10萬元/年。計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)濟效益。據(jù)安徽維鯨相關(guān)負責人介紹，智能變頻控制系統(tǒng)主要應(yīng)用在提升機、拉鏈機、風機、水泵等環(huán)節(jié)，應(yīng)用智能驅(qū)動控制系統(tǒng)后，設(shè)備綜合運行速度下降30%，所有設(shè)備的使用壽命可以延長30%以上，設(shè)備運轉(zhuǎn)率大幅提高，每年節(jié)省備件及修理費用也相當可觀。