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技術 | 永磁直驅技術改造水泥粉磨驅動系統

來源:《唐山盾石電氣有限責任公司》 發布日期:2019/12/2 編輯:徐展迪
核心提示:永磁直驅技術改造水泥粉磨驅動系統

傳統粉磨驅動系統中的減速機在偏載和沖擊載荷工況下運行,存在故障率高、傳遞效率低、運行和維護成本高等重大缺陷。為解決上述問題,唐山某公司采用高效永磁和重載變頻驅動技術,基于粉磨各種運行工況,研制出2MW大功率永磁直驅系統,并成功應用到了集團某公司水泥粉預磨系統中。此系統自2015年帶料試車后,滿載連續運行至今,各狀態監測數值正常,項目實施達到了預期效果。


一、改造方案


1 .1 技術方案


立式粉磨直驅系統采用永磁直驅電機直接驅動立磨磨盤,取代由異步電動機和減速機組成的傳統驅動系統,同時取消了異步電動機的潤滑油站、水電阻柜等。改造后的直驅系統是一個個性化設計、 智能化運行的柔性驅動系統,其特點:


(1)驅動系統去掉了減速機,發生了結構性變化。獨創的立磨直驅系統技術在驅動系統中去掉了減速機,徹底解決了水泥行業長期存在的故障率高、運維成本高等重大難題,為粉磨技術節能降耗提供最佳技術路徑。


(2)可調速控制系統。立磨采用具有調速功能的直驅系統,可以根據原料特性、摻加輔料特性的變化實現個性,化設計,還可以消除季節變化、耐磨件磨損等造成的不利影響,始終運行在最佳狀態,實現生產系統智能化運行。


1.2 改造前設備情況


水泥預粉磨系統改造前,繞線異步電機參數:型號YRKK710-6;額定功率2240kW;定子電壓 6 000 V;定子電流2633A;轉子電壓1872V;轉子電流736A;額定頻率50Hz;額定轉速993r/min;絕緣等級為F級,功率因數0.86;啟動方式為水電阻;冷卻方式為IC61。減速機參 數:型 號JLP220;輸 入功2300kW; 輸入轉速994r/min;速比為29.76∶1。


1.3 設備選型


1.3.1 永磁直驅電機


改造后永磁電機為低速低頻電機,額定轉速33.5r/min,直接匹配粉磨轉速,額定頻率20.1 Hz,啟動方式為變頻啟動;電機定子為貼壁結構,整體浸漆,有加強支撐的作用;電機轉子為永磁結構,電機結構簡單,性能更可靠;電機采用機殼強制水冷,在水泥生產現場環境條件下,保證電機內部清潔,提高電機壽命。


根據改造前設備參數及水泥預粉磨系統要求,設計永磁直驅電機結構及電磁性能,永磁直驅電機技術數據:型號 TYC2000-72;額定功率2000kW;電壓6 000 V;電流210A;額定頻率20.1Hz;額定轉速33.5r/min;絕緣等級為F級;功率因數0.96;啟動方式為變頻驅動;冷卻方式為水冷。


電機為立式結構如圖1所示。機座與推力軸承組成支撐體系,推力軸承是電機的一部分,位于電機上部。推力軸承為靜壓結構,稀油潤滑,采用重力回油方式,大大減少了潤滑油成本。

1.3.2 變頻控制系統


變頻驅動裝置作為永磁電動機的低頻電源,使系統具有軟啟動功能。完美無諧波高壓變頻采 用若干個低壓PWM變頻功率單元串聯的方式實現直接高壓輸出。重載變頻驅動裝置如圖2所示。

6kV電壓等級采用36脈沖的整流電路結構,輸入電流波形接近正弦波。由于輸入電流諧波失真很低,變頻驅動裝置輸入的綜合因數可達到0.95以上。根據水泥預粉磨轉速及永磁電機特性,考慮水泥磨過載等因素,變頻器選型為2300kW電壓源型完美無諧波變頻器,其技術參數見表1。

1.3.3 推力瓦軸承推力瓦軸承


由15組巴氏合金可傾式靜壓推力瓦和鍛鋼鏡板構成,用于承受立磨的軸向動、靜載荷。裝配后任意一組瓦間的高度差不超過0.03mm, 并做可追溯性標識;安裝到推力軸承箱體上后需作研刮處理,負荷承載工作瓦面每平方厘米內應有1~3個接觸點,局部接觸面積每處不應大于瓦面的2%,但最大不超過16cm2,其總和不應超過瓦面的 5%。


此次改造中,推力軸承配備的高低壓供油系統仍使用原減速機的XGD-C200/6 00(Ⅱ)型潤滑裝置,除了高壓油出口由16路改為15路外,其他無實質性改動。推力軸承結構如圖3所示。

二、項目實施


2.1 項目組織


2014年初,開始項目前期的測繪調研工作,主要調研內容:磨機需要的研磨功率、磨盤轉速、電力系統電壓等級、磨機下部的安裝空間、設備安裝機械電氣接口、振動源及其分布、歷史生產運行數據、傳統驅動系統設備在運行中出現的問題、生產工藝對驅動系統的要求等。根據現場空間核算, 完成永磁直驅電機的外形和定轉子結構設計,分析原系統歷史運行參數等相關數據選型配套的重載變頻驅動裝置。歷時4個半月完成設備材料采購和電機生產制造。


2.2 安裝調試


安裝前要完成吊車布置、安裝材料進場、設計圖紙與現場實際核對等前期準備工作。根據永磁直驅電機安裝要求,改造安裝底座和潤滑油站、接引冷卻用水。同時,完成變頻驅動裝置就位固定及電氣接線。永磁直驅電機就位后,用2500V兆歐表測試其絕緣性能。安裝完成后的直驅立磨如圖4所示。

所有安裝工作完成后,對其進行檢查,包括新安裝設備的機械電氣接口,正常運行所需的冷卻、潤滑條件,磨機系統中的其他相關設備等。檢查完畢,各崗位人員就位,開始直驅系統調試工作。


試運行時,先帶磨盤空轉,監測電機運行狀態的相關溫度、冷卻水流量儀表顯示是否正常,直驅控制系統與DCS系統的聯鎖控制保護是否正確等。然后分50%、80%和滿載三個階段帶載調試,每階段運行至少半小時,檢查機械部分以及各監測參數是否正常。帶滿載后連續穩定運行72h,對系統穩定性及設備可靠性進行考核。


2.3 遇到問題


(1)電機繞組溫度偏高。


問題描述:永磁直驅電機選用了機殼水冷方案,安裝在封閉廠房內;由于現場冷卻水溫度夏天最高時達到36℃,且水泥工序位于冷卻水系統的末梢,電機冷卻水量??;封閉廠房內空氣流通較差,室內溫度夏天最高時達到41℃;水泥的生產根據銷售情況時緊時松,特別緊張時磨機甚至超負荷運行。以上情況導致電機繞組溫度在夏天時最高達到120 ℃。


解決方案:將冷卻水系統的備用泵開啟,增加水量;增加輔助風冷,加強電機散熱效果。


效果:磨機正常運行時,電機繞組溫度可穩定在108 ℃長期運行,對于F級絕緣的電機來說,此溫度可保證整個壽命期內的電機安全性。


(2)推力軸承無法實現重力回油。


推力軸承本身設計的是重力回油,但是在運行中發現回油口太小,回油量不夠,無法實現重力回油。為了不耽誤生產,采用了主動回油方案,臨時增加了回油泵。


經過分析計算和評估,從推力軸承箱壁上的觀察窗接引了一路回油,重力回油問題得以解決,油位也能保持在設計要求的高度,不影響推力軸承的軸承運行。


三、改造效果


3.1 實施效果


從水泥磨系統和永磁直驅系統的多年運行情況來看,與傳統驅動系統相比,永磁直驅系統組成設備少,傳動環節減少,設備故障率低,可靠性提高;永磁直驅系統中永磁電機和變頻器效率都高達95%以上,改造后整套系統效率大幅提高;減少了減速機及其附屬設備,運行維護成本降低;采用變頻調速系統,主機設備操作靈活,適應各種工況。直驅控制系統能夠實現磨盤轉速勻速提升啟機過程;中磨盤出料均勻增加,消除了對立磨循環斗提機的沖擊。


3.2 經濟效益


(1)節電效果明顯。兩種驅動系統運行數據見表2。與采用原驅動系統的A立磨運行相比,B立磨采用直驅系統后節電率約為9.6%,按全年產能100萬t水泥計算,年均節約電費約50萬元。

(2)運維成本降低。與原系統相比,由于沒有了減速機,年可直接節省減速機維修費和備件費約40萬元。而且,由于直驅系統所需潤滑油量比原系統少,減少了一臺潤滑油站,相應的潤滑油消耗和輔助電耗都大幅減少。


此改造項目年均節約運行和維護成本合計100多萬元。


四、整體評價


建材行業專家對此改造項目的評價為“永磁直驅技術在國內外水泥立磨上首次設計應用,技術達到國際領先水平。對提高水泥生產效率、節能減排、清潔生產等效果顯著。該技術符合國家節能減排政策,對水泥行業技術進步具有重要的示范作用?!?span style="color:#003399;">同時,永磁直驅系統的可調速特性,打破了傳統立磨驅動系統定速運行模式,為高效節能粉磨技術未來發展提供了良好的技術支撐。

來源:《陜西北元集團水泥有限公司》


作者:薛錦衛,賀喜貴


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