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水泥廠高壓變頻改造
1、窯尾高溫風(fēng)機簡介
旋窯是一個有一定斜度的圓筒狀物，預(yù)熱機來的料從窯尾到窯中，借助窯的轉(zhuǎn)動來促進料在旋窯內(nèi)攪拌，使料互相混合、進行反應(yīng)，物料依靠窯筒體的斜度及窯的轉(zhuǎn)動在窯內(nèi)向前運動。窯內(nèi)產(chǎn)生的余熱廢氣，在窯尾高溫風(fēng)機的作用下，通過預(yù)熱器對窯尾前的生料進行預(yù)熱均化，降溫后的余熱廢氣再通過高溫風(fēng)機廢氣處理（除塵及）。
均化好的生料預(yù)熱后在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒成熟料，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)需要的氣壓及溫度，才能使煤粉有一定的懸浮時間進行充分，生料才能在窯內(nèi)達到很好的熱處理。窯內(nèi)因物料的堆積變化很大，所以瞬時氣壓變化。窯尾高溫風(fēng)機一方面用來窯內(nèi)氣壓，另一方面回轉(zhuǎn)窯內(nèi)鍛燒后的高溫熟料出來有廢氣，廢氣帶灰，通過窯尾高溫風(fēng)機引出由電收塵器將灰塵進行處理，再將廢氣排掉。
荊門某水泥廠目前有三條干法懸窯生產(chǎn)線，日產(chǎn)為2000t、700t、2500t，分別為1995年、1998年、1999年投產(chǎn)，到現(xiàn)在已運行6～10年，并擁有一臺12MW中、低溫余熱發(fā)電機組，由于發(fā)電成本較高，余熱發(fā)電現(xiàn)已停運。
日產(chǎn)2500t的窯生產(chǎn)線，高溫風(fēng)機電機配置為6kV1600kW，日產(chǎn)2000t的窯生產(chǎn)線，高溫風(fēng)機電機配置為6kV1400kW。在高溫風(fēng)機的電機與風(fēng)機之間，配有液力耦合器對風(fēng)機進行調(diào)速，整個工藝主要是通過DCS的控制來調(diào)節(jié)液力耦合器的速度從而風(fēng)機的風(fēng)量，達到控制窯內(nèi)負壓。
由于設(shè)備使用年限較長，目前液力耦合器漏油嚴重，運行中每天需加油2～3次，以補充漏油，油面的控制回路失靈不能自動調(diào)節(jié)，在運行中靠手動調(diào)節(jié)置于固定轉(zhuǎn)速比。在運行是時仍靠風(fēng)機擋板進行風(fēng)量調(diào)節(jié)，當(dāng)窯工況變化較大時，現(xiàn)場值班人員根據(jù)中控制室的指令對液力耦合器的勺桿進行手動調(diào)節(jié)，運行操作非常不便。
2005年，水泥廠對于2000t、2500t的兩條生產(chǎn)線進行提產(chǎn)，但由于高溫風(fēng)機中液力耦合器漏油嚴重，出力受到，不具備提產(chǎn)的條件，故提產(chǎn)一直未能實現(xiàn)。
2006年1～2月，我公司為該水泥廠2000t、2500t兩條生產(chǎn)線的高溫風(fēng)機及窯頭號EP風(fēng)機進行了變頻調(diào)速改造，目前運行情況良好，2000t的生產(chǎn)線的產(chǎn)量目前達2300t，2500t的生產(chǎn)線的產(chǎn)量目前達2900t，而高溫風(fēng)機變頻調(diào)節(jié)的耗電量還稍少于原液力耦合器調(diào)節(jié)的耗電量。

2、高溫風(fēng)機變頻改造方案
經(jīng)過對原進行分析，對原的風(fēng)壓控制由原來的液力耦合器調(diào)節(jié)改為變頻器調(diào)節(jié)，即取消原液力耦合器，將電機與液力耦合器之間用一連接軸取代液力耦合器連通，而由變頻器對電機本身進行調(diào)速，后達到窯尾預(yù)熱器（高溫風(fēng)機入口）的壓力為工況要求值。
變頻器設(shè)備接入用戶側(cè)高壓開關(guān)和擬改造電機之間，如圖2所示，變頻器控制接入原有的DCS，由DCS來完成正常操作。
為了充分保證的可靠性，變頻器同時加裝工頻旁路裝置，可在變頻回路故障時將電機切換至工頻狀態(tài)下運行，且切換為自動切換。變頻器故障時，電機自動切換到工頻運行，這時風(fēng)機轉(zhuǎn)速會升高，風(fēng)壓會發(fā)生很大變化，影響窯內(nèi)物料的煅燒，故此時應(yīng)及時在DCS上對高溫風(fēng)機的風(fēng)門進行及時調(diào)節(jié)，風(fēng)機輸出風(fēng)量至工況要求值。變頻器及其工頻旁路開關(guān)由變頻器整體配套提供。電機、高壓斷路保留了用戶原有設(shè)備。
根據(jù)水泥廠提供的負載參數(shù)及運行工況，我公司為2000t的窯尾高溫風(fēng)機配置SH-HVF系列高壓變頻器，其主要參數(shù)為：變頻器型號SH-HVF-Y6K/1800，隔離變壓器容量1800KVA，旁路開關(guān)柜容量400A。為2500t的窯尾高溫風(fēng)機配置SH-HVF系列高壓變頻器，其主要參數(shù)為：變頻器型號SH-HVF-Y6K/2000，隔離變壓器容量2000KVA，旁路開關(guān)柜容量400A。
3、改造簡述

由于原電機控制為液力耦合器調(diào)速，為了安裝變頻器，必須重新設(shè)計變頻器房。根據(jù)現(xiàn)場，我們選擇在高壓配電室旁另建一變頻器房，此地方距高壓室較近，動力電纜敷設(shè)方便。
由于現(xiàn)場灰塵較大，而變頻器為風(fēng)冷，設(shè)備內(nèi)空氣流通量較大，為保障變頻器盡量少受外界灰塵的影響，在房間通風(fēng)設(shè)計上，設(shè)計了大面積進風(fēng)窗，房間不另設(shè)其它窗口，基本上是密閉設(shè)計。通風(fēng)窗采用過濾棉濾網(wǎng)，這樣使變頻器室內(nèi)的空氣經(jīng)過通風(fēng)窗濾灰，變頻器室內(nèi)的灰塵大大減小。
由于本變頻器功率較大，為保證足夠的通風(fēng)冷卻效果，在變壓器柜頂和功率柜頂分別安裝了一整體風(fēng)罩，與各自的出風(fēng)口連成整體，保證變頻器整體冷卻通風(fēng)要求。
為減小安裝成本，動力電纜保留了原高壓柜至電機的電纜，將電纜原接線由高壓柜牽至變頻器，再重新由高壓柜到變頻器敷設(shè)一根動力電纜，由于變頻器房緊鄰高壓室，此電纜長度較短。
變頻改造后，由于需要取消原液力耦合器，我們按照液力耦合器的聯(lián)接尺寸設(shè)計制作了一套直接連接軸來代替液耦。連接軸的基座安裝尺寸、軸連接中心尺寸、軸徑尺寸、軸與電機及風(fēng)機側(cè)的連接靠背輪均與原液耦一致，安裝時，僅需將原液耦拆除，將連接軸代替液力耦合器，現(xiàn)場僅作少量即可達到安裝要求，而不用對風(fēng)機及電機作任何，安裝方便快捷。
4.高壓變頻器取代液力耦合器節(jié)能分析

1、)液耦調(diào)速與變頻調(diào)速的耗電分析
水泥廠原高溫風(fēng)機帶有液力耦合器調(diào)速，現(xiàn)將液耦調(diào)速改造為變頻器調(diào)速。圖3為液力耦合器進行風(fēng)機時的典型耗能曲線，表1為液耦與變頻調(diào)速的耗電特性對比?，F(xiàn)根據(jù)曲線及對比表對液力耦合器改為變頻器調(diào)速的耗能情況進行對比分析。
η： 液力偶合器的效率
Ns：液力偶合器的損失功率
I： 液力偶合器的輸出與輸入轉(zhuǎn)速之比
Nd：電機功率
Nf：負載功率
表1  液耦與變頻調(diào)速的耗電特性
上述數(shù)據(jù)為改造后窯產(chǎn)量的條件下風(fēng)機耗電對比，由于現(xiàn)在產(chǎn)量，改造后比改造前風(fēng)機耗電量下降不多，從上兩表中可計算出各風(fēng)機相應(yīng)的節(jié)電功率。
2500t窯高溫風(fēng)機節(jié)電功率：      1550－1500＝50（kW）
2500t窯窯尾EP風(fēng)機節(jié)電功率：   154－100＝54（kW）
2000t窯高溫風(fēng)機節(jié)電功率：      1260－1200＝60（kW）
2000t窯窯尾EP風(fēng)機節(jié)電功率：   138－70＝68（kW）
根據(jù)我們在設(shè)備調(diào)試和開窯中記錄的數(shù)據(jù)，2500t窯在額定2500t的產(chǎn)量下，高溫風(fēng)機6kV側(cè)電流為約136A，耗電功率約為1kW，比改造前同產(chǎn)量耗電功率下降約190kW。2000t窯在額定2000t的產(chǎn)量下，高溫風(fēng)機6kV側(cè)電流為約106A，耗電功率約為1060kW，比改造前同產(chǎn)量耗電功率下降約200kW。由此可推算出兩臺高溫風(fēng)機在額定產(chǎn)量下的節(jié)電量。
2500t窯高溫風(fēng)機節(jié)電功率：1550－1＝190（kW）
2000t窯高溫風(fēng)機節(jié)電功率：1260－100＝200（kW）
此為估算節(jié)電值。變頻改造的另一大收益為了窯的產(chǎn)量達15%倍，由此而產(chǎn)生的增產(chǎn)效益是非常大的。
 5.高壓變頻器在水泥廠使用中應(yīng)注意的問題
水泥廠因生產(chǎn)線粉塵較大，調(diào)速機械大多安裝在室外或庫下，較其它行業(yè)相比較為惡劣，操作人員一般集中在中控室。而高壓變頻器作為較精密的儀器設(shè)備，對要求較高，而生產(chǎn)現(xiàn)場時常無人且較差，對變頻設(shè)備運行非常不利。故在水泥生產(chǎn)線上，高壓變頻器應(yīng)安裝在配電室內(nèi)，或?qū)ｉT建造房屋。
由于高壓變頻器一般采用風(fēng)冷，通過變頻器的空氣所帶的灰塵較多，因此，變頻器在水泥廠使用時，必須加強防塵設(shè)計和，有條件的，可設(shè)置變頻器室，采用空調(diào)冷卻。
變頻器頂部裝有散熱通風(fēng)孔及風(fēng)機，灰塵和金屬物易于由此裝置內(nèi)部，應(yīng)采取防護措施，防止內(nèi)部短路，使用整體風(fēng)罩方案。
變頻器控制線必須采用屏蔽電纜，并且在布線范圍內(nèi)必須與動力線相距一定距離，相交時必須轉(zhuǎn)90°角，千萬不要將控制線與動力線同一電纜托架(或線框)內(nèi)，以避免變頻器控制受到。變頻器負載輸出線也要采取屏蔽措施，選用鎧裝電纜，以避免變頻器對附近儀表產(chǎn)生。
在變頻器接線時要特別注意電源的輸入線和輸出線絕不能接錯，將電源輸入線接上變頻器輸出位置，會立刻損壞設(shè)備。
通常變頻器連接到電機的電纜長度要求不要過150m，使用屏蔽電纜不能過150m，這就必須考慮變頻器到受控電機之間的距離問題，在水泥廠中一般會碰到過規(guī)定距離的情況，因此在變頻器的房屋設(shè)計上需根據(jù)現(xiàn)場條件合理安排。
變頻器的控制一般需接入到DCS，而中控室到風(fēng)機間有一定的距離，因此，變頻器接入DCS時，一般通過現(xiàn)地工作站進行轉(zhuǎn)接，在控制電纜接入時需注意抗處理。
6、變頻改造結(jié)
根據(jù)我公司對水泥廠高溫風(fēng)機的高壓變頻器的安裝及使用情況，結(jié)變頻器改造有以下優(yōu)點。
(1)安裝簡單，即將原高壓開關(guān)柜與電動機之間安裝變頻器，對原有接線改動不大。
(2)操作使用方便，變頻器操作只有簡單的開機、停機和。
(3)能進行無級調(diào)速，調(diào)速范圍廣，且調(diào)速精度高，適用性強。
(4)保護功能完善，故障率低，排風(fēng)機啟動平穩(wěn)，啟動電流小，可靠性高。
(5)電動機不需長期高速運行，工作電流大幅度下降，節(jié)電效果顯著。
(6)由于變頻器取代了液耦調(diào)速，了機械及液壓高故障率的缺陷，設(shè)備費用。
(7)電動機運行振動及噪聲明顯下降，軸承溫度也有很大的下降。
交流變頻調(diào)速器，以適用性強、可靠性高、操作使用方便等性能，受到用戶的歡迎。它應(yīng)用在調(diào)速、節(jié)電、軟啟動方面，對企業(yè)有很大的實用價值。我公司高壓變頻器在該水泥廠對兩條生產(chǎn)線的四臺電機進行了的改造，不僅節(jié)能效果明顯，了整個的工藝性能，同時也使兩條生產(chǎn)線大大了產(chǎn)量，用戶的好評，并在當(dāng)?shù)厮嘈袠I(yè)中產(chǎn)生了很大的影響。

7、結(jié)語
目前，水泥行業(yè)的競爭非常激烈，但關(guān)鍵還是制造成本的競爭，而電動機電耗就占成本近30％，而拖動風(fēng)機用的高壓電動機在電機中占有很大的比重，因此做好電動機的降耗增效工作就顯得極為重要。高壓變頻調(diào)速技術(shù)目前已經(jīng)比較成熟，是水泥廠節(jié)能改造的設(shè)備，具有很高的推廣價值
8.案例
1.)杭州三獅水泥有限公司的窯尾排風(fēng)機電機為6kV供電的三相異步電動機，功率為400kW
2.)浙江上峰水泥廠的窯尾排風(fēng)機電機為10kV供電的三相異步電動機，功率為450kW
3.)葛州壩水泥廠日產(chǎn)2500t的5#窯生產(chǎn)線，高溫風(fēng)機電機配置為6kV1600kW，窯尾EP風(fēng)機配置為6kV280kW的高壓變頻改造
4.) 華新金貓水泥(蘇州)有限公司的風(fēng)機電機為6kV，功率為500kW
5.)高壓變頻器在邯鄲鋼鐵集團一煉鋼廠混鐵爐除塵的應(yīng)用
6.)大唐集團公司陡河電廠#2爐2臺吸風(fēng)機電機上分別加裝一套某電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的6 kV/1000 kW高壓變頻器裝置。
7.)葫蘆島平山水源泵站有4臺10KV、功率710KW的水泵機組
8.)高壓變頻調(diào)速在大冶特鋼四煉鋼電爐除塵風(fēng)機上的應(yīng)用

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西門子EM223數(shù)字量輸入輸出模塊6ES7223-1PH22-0XA0 SIMATIC S7-200, EM223 數(shù)字量輸入/輸出模塊，
西門子EM223數(shù)字量輸入輸出模塊6ES7223-1PL22-0XA0 SIMATIC S7-200, EM223 數(shù)字量輸入/輸出模塊，
西門子EM223數(shù)字量輸入輸出模塊6ES7223-1PM22-0XA0 SIMATIC S7-200, EM223 數(shù)字量輸入/輸出模塊
西門子EM231模擬量輸入模塊6ES7231-0HC22-0XA0 SIMATIC S7-200, EM231 模擬量輸入模塊，4輸入
西門子EM231模擬量輸入模塊6ES7231-0HF22-0XA0 SIMATIC S7-200, EM231 模擬量輸入模塊，8輸入
西門子EM231模擬量輸入模塊6ES7231-7PB22-0XA0 SIMATIC S7-200, EM231 熱電阻模塊，2輸入
西門子EM231熱電偶模塊6ES7231-7PC22-0XA0 SIMATIC S7-200, EM231 熱電阻模塊，4輸入
西門子EM231熱電偶模塊6ES7231-7PD22-0XA0 SIMATIC S7-200, EM231 熱電偶模塊，4輸入
西門子EM231熱電偶模塊6ES7231-7PF22-0XA0 SIMATIC S7-200, EM231 熱電偶模塊，8輸入
6ES7232-0HB22-0XA0 SIMATIC S7-200, EM232 模擬量輸出模塊，2輸出
西門子EM232模擬量輸出模塊6ES7232-0HD22-0XA0 SIMATIC S7-200, EM232 模擬量輸出模塊，4輸出
西門子EM232模擬量輸出模塊6ES7235-0KD22-0XA0 SIMATIC S7-200, EM235 模擬量輸入輸出模塊，4輸入/1輸出
西門子EM253定位模塊6ES7253-1AA22-0XA0 SIMATIC S7-200, EM253 定位模塊
西門子EM221 數(shù)字量輸入模塊6ES7277-0AA22-0XA0 SIMATIC S7-200, EM277 Profibus-DP 從站模塊
西門子EM221 數(shù)字量輸入模塊6ES7221-1BF22-0XA8 S7-200CN, EM221 數(shù)字量輸入模塊， 8輸入24V DC
西門子EM221 數(shù)字量輸入模塊6ES7221-1BH22-0XA8 S7-200CN, EM221 數(shù)字量輸入模塊， 16輸入24V DC
西門子EM221 數(shù)字量輸入模塊6ES7222-1BF22-0XA8 S7-200CN, EM222 數(shù)字量輸出模塊，8輸出24V DC
西門子EM221 數(shù)字量輸入模塊6ES7222-1HF22-0XA8 S7-200CN, EM222 數(shù)字量輸出模塊，8輸出繼電器
西門子EM223 數(shù)字量輸入/輸出模塊6ES7223-1BF22-0XA8 S7-200CN, EM223 數(shù)字量輸入/輸出模塊，
西門子EM223 數(shù)字量輸入/輸出模塊6ES7223-1BH22-0XA8 S7-200CN, EM223 數(shù)字量輸入/輸出模塊
西門子EM223 數(shù)字量輸入/輸出模塊6ES7223-1BL22-0XA8 S7-200CN, EM223 數(shù)字量輸入/輸出模塊
西門子EM223 數(shù)字量輸入/輸出模塊6ES7223-1BM22-0XA8 S7-200CN, EM223 數(shù)字量輸入/輸出模塊，
西門子EM223 數(shù)字量輸入/輸出模塊6ES7223-1PH22-0XA8 S7-200CN, EM223 數(shù)字量輸入/輸出模塊
西門子EM223 數(shù)字量輸入/輸出模塊6ES7223-1PL22-0XA8 S7-200CN, EM223 數(shù)字量輸入/輸出模塊，
西門子EM223 數(shù)字量輸入/輸出模塊6ES7223-1PM22-0XA8 S7-200CN, EM223 數(shù)字量輸入/輸出模塊，
西門子EM223 數(shù)字量輸入/輸出模塊6ES7231-0HC22-0XA8 S7-200CN, EM231 模擬量輸入模塊，4輸入
西門子EM223 數(shù)字量輸入/輸出模塊6ES7231-7PB22-0XA8 S7-200CN, EM231 熱電阻模塊，2輸入
西門子EM223 數(shù)字量輸入/輸出模塊6ES7231-7PD22-0XA8 S7-200CN, EM231 熱電偶模塊，4輸入
西門子EM223 數(shù)字量輸入/輸出模塊6ES7232-0HB22-0XA8 S7-200CN, EM232 模擬量輸出模塊，2輸出
西門子EM223 數(shù)字量輸入/輸出模塊6ES7235-0KD22-0XA8 S7-200CN, EM235 模擬量輸入輸出模塊，
西門子PS207電源模塊6EP1332-1LA00 PS207電源，輸入: 100-240 V AC (110-300 V DC)，輸出:
西門子PS207電源模塊6EP1332-1LA10 PS207電源，輸入: 100-240 V AC (110-300 V DC)，輸出:
西門子擴展電纜6ES7290-6AA20-0XA0 SIMATIC S7-200, 擴展電纜, 0.8米 180
電池卡 6ES7291-8BA20-0XA0 SIMATIC S7-200, 電池卡
64K存儲卡 6ES7291-8GF23-0XA0 SIMATIC S7-200, 64K存儲卡
256K存儲卡6ES7291-8GH23-0XA0 SIMATIC S7-200, 256K存儲卡
6ES7297-1AA23-0XA0 SIMATIC S7-200, CPU221/222時鐘卡（包括電池卡功能）
6ES7901-3CB30-0XA0 SIMATIC S7-200, PC/PPI 電纜, RS232/RS485轉(zhuǎn)換,帶光電隔離,187.5K波特率
6ES7901-3DB30-0XA0 SIMATIC S7-200, PC/PPI 電纜, USB/RS485轉(zhuǎn)換,帶光電隔離,187.5K波特率
6AV66400AA000AX0 文本顯示器, 4行字符顯示

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一.  鑄鐵管的生產(chǎn)
目前，城市自來水大口徑的供水管主要使用鑄鐵管﹑水泥管和玻璃纖維管。在保證一定強度的前提下，用離心法澆鑄比用模具法澆鑄的鑄鐵管的管壁厚度已經(jīng)大大地下降了，整體重量減輕了很多，而且也不錯。在現(xiàn)行普遍使用的幾種供水管中，鑄鐵管價位處于中等，強度高﹑經(jīng)久耐用，重量輕﹑安裝施工簡單快捷，很受各自來水公司的青睞。

S7-200系列類也必然要符合現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。 一般來說可以從三個角度對可編程序控制器進行分類。其一是從可編程序控制器的控制規(guī)模大小去分類，其二是從可編程序控制器的性能高低去分類，其三是從可編程序控制器的結(jié)構(gòu)特點去分類?？刂埔?guī)?？梢苑譃榇笮蜋C、中型機和小型機。西門子PLCS7-300系列小型機: 小型機的控制點一般在256點之內(nèi),適合于單機控制或小型的控制。門子小型機有S7-200：處理速度0.8~1.2ms ；存貯器2k ；數(shù)字量248點；模擬量35路 。中型機:中型機的控制點一般不大于2048點,可用于對設(shè)備進行直接控制，還可以對多個下一級的可編程序控
四川崇州鑄管廠生產(chǎn)城市自來水供水使用的400mm~800mm口徑的鑄鐵管，為保證鑄鐵管管壁厚度的均勻性，又要保證鑄鐵管的，采用離心澆注法。其工藝是將熔化了的高溫鐵水注入模具中，再將模具從零速逐漸加速到高速，由于離心力的作用，鐵水很快在模具中成型，并在模具中通冷卻水，維持數(shù)分鐘后，鐵管溫度下降到大約400~500時逐漸降速到零，開模取管。鑄管機的模具前后1﹑2﹑3﹑4四只傳動輪上，其中2﹑4由兩臺電機經(jīng)皮帶輪帶動的輪，其余1﹑3兩只是被動輪，如圖1所示。原來的傳動是兩臺37KW的電機由電磁調(diào)速器驅(qū)動。這種生產(chǎn)工藝要求兩臺電機同步運轉(zhuǎn)。盡管對電磁調(diào)速

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