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[導(dǎo)讀]0 引言在21世紀(jì)的今天,全球能源緊張,節(jié)能的呼聲越來越高,先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)逐漸成為社會發(fā)展的一道亮點(diǎn)。然而在很多可以進(jìn)行節(jié)能的企業(yè)里,例如陶瓷行業(yè),普遍認(rèn)為其生產(chǎn)設(shè)

0 引言

在21世紀(jì)的今天,全球能源緊張,節(jié)能的呼聲越來越高,先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)逐漸成為社會發(fā)展的一道亮點(diǎn)。然而在很多可以進(jìn)行節(jié)能的企業(yè)里,例如陶瓷行業(yè),普遍認(rèn)為其生產(chǎn)設(shè)備球磨機(jī)是難以被控制的,認(rèn)為用電設(shè)備消耗多少電,是由其機(jī)電特性所決定的,主觀的控制無能為力。顯然,此觀念是錯誤的。在全國上下用電形勢嚴(yán)峻的情況下,深圳市微能科技有限公司利用先進(jìn)變頻節(jié)能技術(shù),采用最新的9G系列變頻器,在廣東陶瓷生產(chǎn)基地佛山市西樵鎮(zhèn)某知名陶瓷廠實(shí)行球磨機(jī)節(jié)能改造。實(shí)踐證明,通過一系列的技術(shù)和管理措施能達(dá)到將球磨機(jī)能耗降到最低的效果,這樣既保護(hù)環(huán)境又為企業(yè)創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益,企業(yè)的經(jīng)營成本至少可以減少5%~10%。

1 球磨機(jī)的工作原理

在陶瓷企業(yè)里,球磨機(jī)由于功率比較大,占據(jù)了企業(yè)總用電量的80%以上的,各類球磨機(jī)的基本結(jié)構(gòu)大體上是相同的,一般均由筒體,襯板,給料器,排料器,空中軸,軸承,傳動裝置和潤滑系統(tǒng)組成。其外形結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 筒體

圓形筒體由若干塊厚度為12~15 mm 的鋼板焊接而成。其兩端焊接有法蘭盤,以便與鑄鋼的給料端蓋、排料端蓋進(jìn)行連接,筒內(nèi)裝有可以更換的襯板,為了使襯板與筒體內(nèi)壁緊密接觸并緩沖鋼球?qū)ν搀w的沖擊,在襯板與筒體內(nèi)壁之間敷有膠合板,為便于更換襯板和檢查筒體內(nèi)部狀況,在筒體上開有入孔,入孔多為矩形,長度一般為350~500 mm。

 

 

1.2 給料部

給料部由帶有中空軸頸的端蓋聯(lián)合給料器,扇形襯板,和軸頸內(nèi)套等部件組成。中空軸頸內(nèi)套可防止給料時對軸頸內(nèi)表面的磨損,內(nèi)套的內(nèi)表面帶有螺旋,有助于給料,給料器用螺栓固定在內(nèi)套的端部,一般使用聯(lián)合式給料器,其次是使用鼓式給料器和渦式給料器等。

1.3 排料部

排料部由帶有中空軸頸的端蓋,格子襯板,襯塊,中心襯板和軸頸內(nèi)套等零件組成。在端蓋內(nèi)壁上鑄有八條放射狀筋條,相當(dāng)于隔板,每兩根筋條之間裝有格子襯板,用襯塊擠壓固定,襯塊則由螺釘穿過壁上的筋條固緊在端蓋上,自中心部分,利用中心襯板的止口拖住所有格子襯板,中空軸頸的內(nèi)套在排料格子的一端制成喇叭形葉片,以引導(dǎo)隔板淘起的礦漿順著葉片流出,整個排料部位和給料部位都一樣緊固在筒體法蘭盤上。

1.4 驅(qū)動部分

球磨機(jī)屬于低速重載設(shè)備,裝載量大,起動力矩也很大,一般需要加裝液力耦合器來完成傳動系統(tǒng)的啟動和調(diào)速。陶瓷工業(yè)球磨機(jī)通常采用附加啟動電機(jī)沖擊啟動或軟啟動裝置來啟動,對電網(wǎng)沖擊大,而且啟動完成后運(yùn)轉(zhuǎn)時所需的轉(zhuǎn)矩減小,所以在節(jié)約能源方面有很大的空間。目前普遍采用的驅(qū)動方式是三相交流電動機(jī)- 液力耦合器- 齒輪減速器-皮帶輪減速器。由于球磨機(jī)屬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,在用液力耦合器調(diào)速時,其調(diào)速效率等于調(diào)速比,有很大一部分能量在液力耦合器中被浪費(fèi)掉。

2 球磨機(jī)的生產(chǎn)工藝

球磨機(jī)一般以固定轉(zhuǎn)速運(yùn)行,筒體的轉(zhuǎn)速是由皮帶輪或齒輪減速機(jī)構(gòu)(也有用液力耦合器)決定的。球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速直接影響到鋼球和物料的運(yùn)動狀況及物料的研磨過程,在不同的轉(zhuǎn)速下,筒體內(nèi)的鋼球和物料的運(yùn)動狀況如圖2所示。

1)當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時,鋼球和物料隨筒體內(nèi)壁上升,當(dāng)鋼球和物料的傾角等于或大于自然傾角時,沿斜面滑下,不能形成足夠的落差,鋼球?qū)ξ锪系难心プ饔煤苄。蚰C(jī)的效率很低。

2)如果筒體的轉(zhuǎn)速很高,由于離心力的作用,以致使物料和鋼球不再脫離筒壁,而隨其一同旋轉(zhuǎn),這時鋼球?qū)ξ锪弦褵o撞擊作用,研磨效率則更低。這種狀態(tài)的最低轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。

3)當(dāng)筒體的轉(zhuǎn)速處于上述二者之間的某一轉(zhuǎn)速時,鋼球被帶到一定的高度后沿拋物線落下,對筒底物料的撞擊作用最大,研磨效率最高,此時的轉(zhuǎn)速稱為最佳工作轉(zhuǎn)速。

 

 

3 球磨機(jī)系統(tǒng)存在的問題

1)球磨機(jī)一般采用簡單的工頻控制,易造成物料的過渡研磨,所需研磨周期較長,研磨效率較低,單位產(chǎn)品功耗較大;

2)球磨機(jī)一般采用星三角或自耦降壓啟動,啟動電流特別大,對設(shè)備和電網(wǎng)的沖擊很大;

3)機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)維護(hù)量也大,而且耗電量相當(dāng)驚人,這必然會給生產(chǎn)廠家?guī)砗芏嗖槐匾穆闊┖蛧?yán)重的資源浪費(fèi)。

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大,直接工控球磨機(jī)的弊病已暴露無遺,并嚴(yán)重地阻礙了行業(yè)的快速發(fā)展。這就促使人們?nèi)パ兄茊悠交?、研磨效率較高、產(chǎn)量大、能耗低的球磨機(jī)———變頻控制球磨機(jī)。[!--empirenews.page--]

4 球磨機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理

根據(jù)原工況存在的問題并結(jié)合生產(chǎn)工藝要求,改造后的球磨機(jī)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求:

1)改造后的設(shè)備要有足夠的起動轉(zhuǎn)矩,滿足球磨機(jī)裝載量大的要求,并保證設(shè)備在變頻運(yùn)行狀態(tài)下使電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行,保障電動機(jī)具有恒功率特性;

2)利用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)改造原有球磨機(jī)拖動系統(tǒng),滿足球磨機(jī)低速時的正常運(yùn)行,確保正常的工藝控制要求,延長球磨機(jī)及電動機(jī)的使用壽命,減少維護(hù)量。

根據(jù)上述原則,選擇采用深圳市微能科技有限公司最新的9G系列變頻器,該系列變頻器具有以下特點(diǎn):

1)本系列是采用新一代SVPWM 波形生成技術(shù)的變頻器,低速額定轉(zhuǎn)矩輸出,帶載能力強(qiáng),低速時可達(dá)到180%的額定轉(zhuǎn)矩輸出;

2)具有多種轉(zhuǎn)矩提升及V/f 曲線可設(shè)定,多種加、減速模式可選擇,內(nèi)置人性化的PID 功能,諸多參數(shù)均可在線調(diào)整;

3)具有各種完善的保護(hù)功能及故障診斷系統(tǒng),具有過電壓、過電流及失速保護(hù)等功能,技術(shù)先進(jìn),功能齊全,使用方便,可滿足電氣節(jié)能及各種生產(chǎn)工藝的要求;

4)電壓等級多,功率規(guī)格齊全,性能可達(dá)到歐美日等國外同類產(chǎn)品水準(zhǔn);

5)頻率精度高,可使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),滿足設(shè)計(jì)要求。

變頻調(diào)速系統(tǒng)電路如圖3所示。

球磨機(jī)安裝變頻節(jié)能控制系統(tǒng)后,取得了以下效果:

1)改造后的設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制,以及市電/節(jié)電切換功能,并能克服球磨機(jī)大慣性引起的回升電壓,能有效地保證設(shè)備正常運(yùn)行;

2)利用變頻器自動電壓調(diào)節(jié)功能,可在與負(fù)載無關(guān)的條件下,保持電機(jī)效率最高,因消除了起動時的沖擊,所以延長了機(jī)軸、齒輪、皮帶等機(jī)械件的使用壽命,減少了維修費(fèi)用;

3)利用變頻調(diào)速技術(shù)改造后的球磨機(jī)拖動系統(tǒng),滿足了球磨機(jī)低速運(yùn)行、大起動轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了球磨機(jī)的運(yùn)行速度連續(xù)可調(diào),電機(jī)起動時無沖擊電流,起動力矩大,保護(hù)功能完善,保證了工藝控制質(zhì)量,節(jié)約了維護(hù)成本;

4)球磨機(jī)使用變頻調(diào)速后,起動電流可減少到原來的1/5,如132 kW電機(jī)原起動電流在1 000 A以上,變頻節(jié)能改造后起動電流為180~200 A之間,實(shí)現(xiàn)了真正的軟起動,也收到了節(jié)能的效果,由于起動電流大大減小,不會造成對電網(wǎng)的沖擊和電網(wǎng)電壓的下降,消除了因球磨機(jī)起動而引起的其它用電設(shè)備跳閘或故障,在同樣的電網(wǎng)容量下,可增加裝機(jī)臺數(shù);

5)內(nèi)置PLC 多段速自動運(yùn)行功能,可以通過變頻器方便地設(shè)定研磨時間,加磨時間和自動停機(jī)功能,使操作更加智能化,人性化;

6)球磨機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能系統(tǒng)的節(jié)能效果一般可達(dá)12%~15%左右。

5 投資與回報

以佛山市西樵鎮(zhèn)某知名陶瓷廠為例,該廠已安裝了37臺微能科技有限公司的大功率變頻器。以其中的一臺40 t球磨機(jī)為例,電動機(jī)功率為132 kW,實(shí)際使用功率為115 kW,每天工作18 h,每月工作30 天,這樣原球磨機(jī)每月用電量為115×18×30=62 100 kW·h,在安裝了球磨機(jī)專用變頻節(jié)能控制系統(tǒng)后節(jié)電率可達(dá)14.6%,則每月可節(jié)省電費(fèi)約為62100×14.6%×0.65元/ kW·h=5 893元。若以每臺變頻器投資為5.5萬元計(jì)算,投資回收期約為55 000÷5893=9.3個月。

若以平均節(jié)電率12%計(jì)算,則月節(jié)電效益約為62 100×12%×0.65=4 843 元,每臺變頻器投資為5.5萬元計(jì)算,投資回收期約為55 000÷4 843=11.3個月,即不到一年就可以收回全部的投資。而變頻器的使用壽命一般為10~15年,一年以后即為純回報期,也即年節(jié)電收益在6萬元左右。

 

 

6 結(jié)語

實(shí)踐證明,深圳市微能科技有限公司生產(chǎn)的9G系列變頻器用于陶瓷行業(yè)球磨機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)是十分成功的,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。這對于我國提出的建設(shè)節(jié)約型社會,減少環(huán)境污染具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會意義。

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