引言

目前水泥企業單線設計產能規模4500~5000t/d水泥生產線高達 90%以上，數量上百條，在國家倡導供給側改革大背景下，在環保錯峰生產常態化的形勢下，提供水泥回轉窯的臺時產能尤其重要，特別是在銷售旺季，產能直接影響銷售出貨量，進而影響企業效益。

日產4500t新型水泥熟料生產線是目前水泥生產線單線最主要且應用最多的規格，2017年底，全國新型干法水泥生產線累計1715條（注:去除部分2016年已拆除或無法恢復的生產線），設計熟料產能達18.2億 t，日產4500t線數量居多達上千條，水泥回轉窯及其驅動控制系統設備是水泥生產全線設備的關鍵核心，回轉窯的轉速又很大程度上決定著生產線的產能，近年來水泥等過剩產能行業實行秋冬季錯峰生產、開二停一等等管控、限產措施，水泥全年有效生產時間一下減少近 1/3，有的地區甚至全年僅有半年的允許生產時間，被政策牢牢綁定的水泥企業很是無耐，如何在有效的生產時間內產出更多水泥熟料保證銷售出貨量利潤提升成了企業高管們關心的重點。在此特別探討一下如何利用回轉窯提速進而達到提產增效的目的。

某公司于2012年9月建成日產4500t新型水泥熟料生產線，設計年生產水泥用熟料139.5萬t。工藝流程簡介：生料進入五級旋風預熱器后，在自上向下逐級運動的同時，逐步預熱、分解。預熱器具有較高的熱交換效率。生料經過預熱器和分解爐，碳酸鹽大部分分解后，進入Φ4.8×72m回轉窯進行煅燒。分解爐所用熱風來自冷卻機的三次風，更有利于煤粉的燃燒。出預熱器的廢氣經過 PH 鍋爐后由高溫風機排入廢氣處理系統。出窯熟料進入篦式冷卻機進行冷卻，出冷卻機熟料溫度為 65 ℃＋環境溫度。大塊熟料經冷卻機出料端的破碎機破碎后，由鏈斗輸送機送往熟料庫。

2.1 技改優化涉及的設備

1）回轉窯：采用的基本是通用的φ4.8×72m米規格，設備圖紙按天津水泥工業設計研究院圖紙，經中信重工機械股份有限公司轉化后圖紙生產。數量：1臺（套）；規格：φ4.8×72M（筒體內徑×長度）；型式：單傳動、單液壓擋輪；支承：3 檔；斜度：3.5%（正弦）；轉速：主傳動 0.396～3.96 r/min；輔助傳動11.45 r/h；旋向：從窯頭向窯尾看窯為逆時針方向旋轉。附屬設備包含窯頭罩、耐火材料、筒體部分、傳動裝置、大齒圈裝置、齒輪罩、支承裝置、帶擋輪支承裝置、擋輪油站、主減速機油站、冷卻風管、窯頭和窯尾密封裝置、擋磚圈、地腳螺栓等。

2）篦冷機：推動篦式冷卻機用于5500t/d熟料生產線的熟料冷卻、破碎及輸送；規格型號TC-12108；型式：充氣梁型篦冷機；額定能力：5500t/d；入料：1370℃，出料：環境溫度 +65℃；篦床有效面積:128.6m2；傳動段數:3 段；單位冷卻風量:2.1～2.3Nm3/kg.cl。

3）預熱器：TTF爐型5500t/d窯尾預熱器用于5500t/d熟料生產線的生料預熱和預分解；額定能力：5500t/d (與φ4.8m回轉窯匹配)，主要包含：C1-C5 級旋風筒及內筒、C1-C5 級下料管（含料管上鎖風閥和分料閥）、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、喂料室冷卻風機）、脫氮風管（含脫氮風管用閘板閥）等。

4）主驅動電機：型號及主要參數：ZSN4-400-92；額定功率：630 kW；額定電壓：660 VDC；額定電流：1 020 A；額定轉速：1 000rpm；勵磁電壓：180 V；勵磁功率：4.75 kW；勵磁電流：26.4 A；調速范圍：100-1 000 rpm；絕緣等級：F 級；防護等級：IP44；冷卻方式：IC37；啟動轉距：2.5 倍；定子測溫元件（與主電機裝配在一起），數量：3 組，規格：Pt-100，精度：0.1 級；測速發電機（與主電機裝配在一起），型號：ZYS-3A，額定功率：22 W，額定電壓：110 V，測速范圍：0～2 000 rpm，數量：1 套。

5）主驅動減速機：型號參數：JH800C；輸入功率：630 kW；輸入轉速：1 000r/min；速比：30.848:1；數量：1 套。

6）配套驅動調速控制系統型號及主要參數：全數字直流調速器 M1850，磁場控制器 FXM5。

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

2.2 技改優化方案、原理

目前國內大多水泥回轉窯驅動系統采用直流電機 + 全數字直流電動機調速控制系統，其核心為全數字直流電動機調速驅動器，國內主流應用大多采用 CT、ABB、SIEMENS 等進口品牌全數字直流電動機調速控器或者全數字直流調速驅動系統，驅動器能對電機的速度和轉矩進行全面，輸出電流范圍25 A~1 850 A，全系列產品具有控制、監測、保護和串行通訊的功能。運行參數可由面板或通過串行通訊接口進行選擇和修改。直流電動機在實際運用中必須控制的量是速度、輸出轉矩和轉向。速度與電樞反電動勢成正比，與磁通成反比，轉矩與電樞電流和磁通成正比，轉向簡單地由電樞和勵磁電壓的相對極性決定。以下為必須控制的量：

1）電樞電壓：反電勢是電樞電壓的一部分。因而，若假定磁場不變，控制電樞電壓能完全控制速度直到電樞的最大電壓設計值。電樞電流也是電樞電壓的函數。在速度能達到的范圍內，轉矩也由電壓控制。只要磁場是完全激勵的，從零速到最大電樞電壓(基速)一般能保持最大轉矩。

2）勵磁電壓：它決定勵磁電流，從而決定磁通量。若勵磁電壓能獨立于電樞電壓變化，在滿功率（滿電樞電壓）下速度可以超過電壓提供的基速點并且電流為最大值。因為轉矩直接與磁通成正比，所以當速度由弱磁開始增加時最大轉矩減少?？偟膩碚f，直流調速是控制電樞的端電壓從而控制電機的電流。如要求速度超過基速，則驅動器必須有控制磁場的能力。工作在基速以下的系統，采用獨立勵磁方式，可擴展速度和轉矩的控制功能，以滿足更復雜的電機應用場合。

3）直流調速原理：單相電源給一個可控硅全控橋供電，在電阻負載上所產生的電流是斷續的。當可控硅被觸發時有電流，當電源電壓在每半個周期過零時電流消失。當觸發角完全推前時整流橋得到最大電壓輸出。觸發角后移時電流輸出減少。當負載是感性時，如電機或者觸發角充分推前時電流變為連續。電流基波滯后于電壓，一部分原因是負載的電感特性，另一部分原因是觸發角延遲。

4）根據運行原理分析，根據驅動器的最大輸入電壓：主回路 480 V+10%標準，525 V+10%可選，660 V+10%特殊訂貨，推薦選取最大電機電壓，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，出廠設定值+600 選用標定因子 1.2 允許實際電樞電壓比最大值高出 20%，以生產超調；03.06 最高轉速 0~1 999 出廠設定值 +1 750 rpm。調整設備、優化修整關鍵技術參數：調整整流變壓器輸出即提高直流調速系統輸入電壓至 660 V，使電樞電壓接近 690 V；調整勵磁控制器穩定勵磁電壓和電流至額定值，逐步提速加產使回轉窯轉速達額定 3.96r/min，臺時達 260 多 t，改造前后主要參數如表1、表2所示。

數據對比分析，技改優化使得水泥回轉窯迅速提產超 10%，單位消耗下降超 10%的歷史性突破，高產低耗，質量穩定。

公司通過對回轉窯系統電氣技改優化后，臺時產能迅速提升，并非常有利于回轉窯內物料實現薄料快燒，確保了出窯熟料強度質量，高產低耗，充分說明此次技改改優化后已有效解決了產能擴大及節能降耗的瓶頸問題，通過多年運行實踐，公司運行質量綜合排名集團第一，行業領先，應該說此項改造非常成功。

作者：李華斌

來源：《天瑞集團禹州水泥有限公司》

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