引言

目前水泥企業(yè)單線設(shè)計(jì)產(chǎn)能規(guī)模4500~5000t/d水泥生產(chǎn)線高達(dá) 90%以上，數(shù)量上百條，在國(guó)家倡導(dǎo)供給側(cè)改革大背景下，在環(huán)保錯(cuò)峰生產(chǎn)常態(tài)化的形勢(shì)下，提供水泥回轉(zhuǎn)窯的臺(tái)時(shí)產(chǎn)能尤其重要，特別是在銷售旺季，產(chǎn)能直接影響銷售出貨量，進(jìn)而影響企業(yè)效益。

日產(chǎn)4500t新型水泥熟料生產(chǎn)線是目前水泥生產(chǎn)線單線最主要且應(yīng)用最多的規(guī)格，2017年底，全國(guó)新型干法水泥生產(chǎn)線累計(jì)1715條（注:去除部分2016年已拆除或無法恢復(fù)的生產(chǎn)線），設(shè)計(jì)熟料產(chǎn)能達(dá)18.2億 t，日產(chǎn)4500t線數(shù)量居多達(dá)上千條，水泥回轉(zhuǎn)窯及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)備是水泥生產(chǎn)全線設(shè)備的關(guān)鍵核心，回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速又很大程度上決定著生產(chǎn)線的產(chǎn)能，近年來水泥等過剩產(chǎn)能行業(yè)實(shí)行秋冬季錯(cuò)峰生產(chǎn)、開二停一等等管控、限產(chǎn)措施，水泥全年有效生產(chǎn)時(shí)間一下減少近 1/3，有的地區(qū)甚至全年僅有半年的允許生產(chǎn)時(shí)間，被政策牢牢綁定的水泥企業(yè)很是無耐，如何在有效的生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)產(chǎn)出更多水泥熟料保證銷售出貨量利潤(rùn)提升成了企業(yè)高管們關(guān)心的重點(diǎn)。在此特別探討一下如何利用回轉(zhuǎn)窯提速進(jìn)而達(dá)到提產(chǎn)增效的目的。

某公司于2012年9月建成日產(chǎn)4500t新型水泥熟料生產(chǎn)線，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)水泥用熟料139.5萬t。工藝流程簡(jiǎn)介：生料進(jìn)入五級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器后，在自上向下逐級(jí)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，逐步預(yù)熱、分解。預(yù)熱器具有較高的熱交換效率。生料經(jīng)過預(yù)熱器和分解爐，碳酸鹽大部分分解后，進(jìn)入Φ4.8×72m回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行煅燒。分解爐所用熱風(fēng)來自冷卻機(jī)的三次風(fēng)，更有利于煤粉的燃燒。出預(yù)熱器的廢氣經(jīng)過 PH 鍋爐后由高溫風(fēng)機(jī)排入廢氣處理系統(tǒng)。出窯熟料進(jìn)入篦式冷卻機(jī)進(jìn)行冷卻，出冷卻機(jī)熟料溫度為 65 ℃＋環(huán)境溫度。大塊熟料經(jīng)冷卻機(jī)出料端的破碎機(jī)破碎后，由鏈斗輸送機(jī)送往熟料庫(kù)。

2.1 技改優(yōu)化涉及的設(shè)備

1）回轉(zhuǎn)窯：采用的基本是通用的φ4.8×72m米規(guī)格，設(shè)備圖紙按天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院圖紙，經(jīng)中信重工機(jī)械股份有限公司轉(zhuǎn)化后圖紙生產(chǎn)。數(shù)量：1臺(tái)（套）；規(guī)格：φ4.8×72M（筒體內(nèi)徑×長(zhǎng)度）；型式：?jiǎn)蝹鲃?dòng)、單液壓擋輪；支承：3 檔；斜度：3.5%（正弦）；轉(zhuǎn)速：主傳動(dòng) 0.396～3.96 r/min；輔助傳動(dòng)11.45 r/h；旋向：從窯頭向窯尾看窯為逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。附屬設(shè)備包含窯頭罩、耐火材料、筒體部分、傳動(dòng)裝置、大齒圈裝置、齒輪罩、支承裝置、帶擋輪支承裝置、擋輪油站、主減速機(jī)油站、冷卻風(fēng)管、窯頭和窯尾密封裝置、擋磚圈、地腳螺栓等。

2）篦冷機(jī)：推動(dòng)篦式冷卻機(jī)用于5500t/d熟料生產(chǎn)線的熟料冷卻、破碎及輸送；規(guī)格型號(hào)TC-12108；型式：充氣梁型篦冷機(jī)；額定能力：5500t/d；入料：1370℃，出料：環(huán)境溫度 +65℃；篦床有效面積:128.6m2；傳動(dòng)段數(shù):3 段；單位冷卻風(fēng)量:2.1～2.3Nm3/kg.cl。

3）預(yù)熱器：TTF爐型5500t/d窯尾預(yù)熱器用于5500t/d熟料生產(chǎn)線的生料預(yù)熱和預(yù)分解；額定能力：5500t/d (與φ4.8m回轉(zhuǎn)窯匹配)，主要包含：C1-C5 級(jí)旋風(fēng)筒及內(nèi)筒、C1-C5 級(jí)下料管（含料管上鎖風(fēng)閥和分料閥）、氣體管道，撒料裝置、TTF 分解爐（含窯尾燃燒器一套）、喂料室（含喂料舌頭、喂料室冷卻風(fēng)機(jī)）、脫氮風(fēng)管（含脫氮風(fēng)管用閘板閥）等。

4）主驅(qū)動(dòng)電機(jī)：型號(hào)及主要參數(shù)：ZSN4-400-92；額定功率：630 kW；額定電壓：660 VDC；額定電流：1 020 A；額定轉(zhuǎn)速：1 000rpm；勵(lì)磁電壓：180 V；勵(lì)磁功率：4.75 kW；勵(lì)磁電流：26.4 A；調(diào)速范圍：100-1 000 rpm；絕緣等級(jí)：F 級(jí)；防護(hù)等級(jí)：IP44；冷卻方式：IC37；啟動(dòng)轉(zhuǎn)距：2.5 倍；定子測(cè)溫元件（與主電機(jī)裝配在一起），數(shù)量：3 組，規(guī)格：Pt-100，精度：0.1 級(jí)；測(cè)速發(fā)電機(jī)（與主電機(jī)裝配在一起），型號(hào)：ZYS-3A，額定功率：22 W，額定電壓：110 V，測(cè)速范圍：0～2 000 rpm，數(shù)量：1 套。

5）主驅(qū)動(dòng)減速機(jī)：型號(hào)參數(shù)：JH800C；輸入功率：630 kW；輸入轉(zhuǎn)速：1 000r/min；速比：30.848:1；數(shù)量：1 套。

6）配套驅(qū)動(dòng)調(diào)速控制系統(tǒng)型號(hào)及主要參數(shù)：全數(shù)字直流調(diào)速器 M1850，磁場(chǎng)控制器 FXM5。

7）全密封油浸整流變壓器型號(hào)及主要參數(shù)：型號(hào)：ZTS11-M-1400/10.5/0.59；額定容量：1 400 kVA；額定電壓：一次側(cè)：10 kV±2×2.5%；二次側(cè)：0.59 kV（根據(jù)直流傳動(dòng)柜輸入要求電源確定）；軌距：縱向 /橫向 820×820 mm（安裝孔中心距，參考數(shù)據(jù)），相數(shù)：三相，頻率：50 Hz，冷卻方式：油浸自冷。

2.2 技改優(yōu)化方案、原理

目前國(guó)內(nèi)大多水泥回轉(zhuǎn)窯驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用直流電機(jī) + 全數(shù)字直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)，其核心為全數(shù)字直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)器，國(guó)內(nèi)主流應(yīng)用大多采用 CT、ABB、SIEMENS 等進(jìn)口品牌全數(shù)字直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控器或者全數(shù)字直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)器能對(duì)電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行全面，輸出電流范圍25 A~1 850 A，全系列產(chǎn)品具有控制、監(jiān)測(cè)、保護(hù)和串行通訊的功能。運(yùn)行參數(shù)可由面板或通過串行通訊接口進(jìn)行選擇和修改。直流電動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)用中必須控制的量是速度、輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向。速度與電樞反電動(dòng)勢(shì)成正比，與磁通成反比，轉(zhuǎn)矩與電樞電流和磁通成正比，轉(zhuǎn)向簡(jiǎn)單地由電樞和勵(lì)磁電壓的相對(duì)極性決定。以下為必須控制的量：

1）電樞電壓：反電勢(shì)是電樞電壓的一部分。因而，若假定磁場(chǎng)不變，控制電樞電壓能完全控制速度直到電樞的最大電壓設(shè)計(jì)值。電樞電流也是電樞電壓的函數(shù)。在速度能達(dá)到的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩也由電壓控制。只要磁場(chǎng)是完全激勵(lì)的，從零速到最大電樞電壓(基速)一般能保持最大轉(zhuǎn)矩。

2）勵(lì)磁電壓：它決定勵(lì)磁電流，從而決定磁通量。若勵(lì)磁電壓能獨(dú)立于電樞電壓變化，在滿功率（滿電樞電壓）下速度可以超過電壓提供的基速點(diǎn)并且電流為最大值。因?yàn)檗D(zhuǎn)矩直接與磁通成正比，所以當(dāng)速度由弱磁開始增加時(shí)最大轉(zhuǎn)矩減少。總的來說，直流調(diào)速是控制電樞的端電壓從而控制電機(jī)的電流。如要求速度超過基速，則驅(qū)動(dòng)器必須有控制磁場(chǎng)的能力。工作在基速以下的系統(tǒng)，采用獨(dú)立勵(lì)磁方式，可擴(kuò)展速度和轉(zhuǎn)矩的控制功能，以滿足更復(fù)雜的電機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合。

3）直流調(diào)速原理：?jiǎn)蜗嚯娫唇o一個(gè)可控硅全控橋供電，在電阻負(fù)載上所產(chǎn)生的電流是斷續(xù)的。當(dāng)可控硅被觸發(fā)時(shí)有電流，當(dāng)電源電壓在每半個(gè)周期過零時(shí)電流消失。當(dāng)觸發(fā)角完全推前時(shí)整流橋得到最大電壓輸出。觸發(fā)角后移時(shí)電流輸出減少。當(dāng)負(fù)載是感性時(shí)，如電機(jī)或者觸發(fā)角充分推前時(shí)電流變?yōu)檫B續(xù)。電流基波滯后于電壓，一部分原因是負(fù)載的電感特性，另一部分原因是觸發(fā)角延遲。

4）根據(jù)運(yùn)行原理分析，根據(jù)驅(qū)動(dòng)器的最大輸入電壓：主回路 480 V+10%標(biāo)準(zhǔn)，525 V+10%可選，660 V+10%特殊訂貨，推薦選取最大電機(jī)電壓，電樞電壓 Varm=1.15* 電源電壓 Vsupply，1.15*660=759；其中，03.15 最大電樞電壓值 0~1 000，出廠設(shè)定值+600 選用標(biāo)定因子 1.2 允許實(shí)際電樞電壓比最大值高出 20%，以生產(chǎn)超調(diào)；03.06 最高轉(zhuǎn)速 0~1 999 出廠設(shè)定值 +1 750 rpm。調(diào)整設(shè)備、優(yōu)化修整關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)：調(diào)整整流變壓器輸出即提高直流調(diào)速系統(tǒng)輸入電壓至 660 V，使電樞電壓接近 690 V；調(diào)整勵(lì)磁控制器穩(wěn)定勵(lì)磁電壓和電流至額定值，逐步提速加產(chǎn)使回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速達(dá)額定 3.96r/min，臺(tái)時(shí)達(dá) 260 多 t，改造前后主要參數(shù)如表1、表2所示。

數(shù)據(jù)對(duì)比分析，技改優(yōu)化使得水泥回轉(zhuǎn)窯迅速提產(chǎn)超 10%，單位消耗下降超 10%的歷史性突破，高產(chǎn)低耗，質(zhì)量穩(wěn)定。

公司通過對(duì)回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)電氣技改優(yōu)化后，臺(tái)時(shí)產(chǎn)能迅速提升，并非常有利于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料實(shí)現(xiàn)薄料快燒，確保了出窯熟料強(qiáng)度質(zhì)量，高產(chǎn)低耗，充分說明此次技改改優(yōu)化后已有效解決了產(chǎn)能擴(kuò)大及節(jié)能降耗的瓶頸問題，通過多年運(yùn)行實(shí)踐，公司運(yùn)行質(zhì)量綜合排名集團(tuán)第一，行業(yè)領(lǐng)先，應(yīng)該說此項(xiàng)改造非常成功。

作者：李華斌

來源：《天瑞集團(tuán)禹州水泥有限公司》

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