重型球磨机变频节能技术

一、所属类别：重点节能技术

二、适用范围：适用于陶瓷墙地砖生产企业原料生产球磨机技术改造

三、技术内容：

（一）技术原理

本技术应用于陶瓷、水泥、化工、矿业等重型球磨机领域。技术原理为：依据变频技术是以降低重型球磨机的运行电流（不增加球磨机研磨时间为前提）减少运行过程的功率消耗。其节能原理是利用电子控制技术，根据负荷变化调整电流的频率，降低电机瞬时功率，减少无用功损耗，从而达到节能的目的。因此，变频技术的应用有两个关键的前提条件，第一是负荷在运行过程中不同时期产生变化；第二是变频的规律符合负荷变化规律。

根据陶瓷行业球磨机在运行过程中，其负荷主要体现在物料（包括原料、水、研磨介质）在空间的偏心程度所造成的扭矩，与球磨机装载重量没有直接关系，偏心扭矩越大，负荷越大，反之越小。因此，当球磨机装载量一定的时候，负荷的大小主要取决于筒体内物料重心偏离距离。球磨机型号（筒体尺寸不同）、工作状态、工艺要求等因素对偏心距离均有影响。

由于球磨机的负荷变化很难通过温度、压力、重量等因素进行感知，只能根据物料的粉碎原理，以及运行电流的变化规律，判别球磨机的负荷变化，因此，掌握球磨机运行负荷变化规律，是重型球磨机变频节能技术的核心关键。

本项目技术提出了针对不同浆料种类，利用粉碎方式原理、物料细度变化规律，对研磨过程进行分段设定，以实现变频技术对陶瓷生产重型球磨机的有效节能。本项目技术的研究主要包括三方面内容，第一是确定各种重型球磨机研磨过程的负荷变化规律；第二是预设式GLSAVER-AQM 变频器的研发；第三是适合GLSAVER-AQM 变频器应用的数据库建立。

（二）关键技术、工艺流程

GLSAVER-AQM 型（系列）重型球磨机变频器的关键技术是克服现有技术的不足，设计与研制一种能够适应不同性质物料、不同粉末阶段对球磨机的最佳转速要求，从而提高湿法间歇式重型球磨机效率，达到节能降耗的目的。

本技术项目的研究主要包括三方面内容：第一是确定各种重型球磨机研磨过程的负荷变化规律；第二是预设式GLSAVER-AQM变频器的研发；第三是适合GLSAVER-AQM变频器应用的数据库建立。

在球磨开始阶段，由于物料较粗，主要依靠球石（研磨介质）碰击进行破碎为主，此时物料和球石呈沉积状态，重心偏移较大，运行电流较高；在研磨中期，主要依靠球石研磨进行粉碎，物料和球石充分混合均匀，此时物料和球石处于悬浮状态，重心偏移缩小，运行电流有所下降；在球磨末期，主要依靠振动使物料疲劳破坏而粉碎，此时物料与水完全胶融，形成泥浆，球石悬浮于泥浆之中，运行电流进一步下降，并逐渐趋于稳定（图2—1、图2—2），如果一直用工频运行，将造成电力浪费。

  

球磨机在原料加工的时候，不同的原料，运行电流有所不同，比如抛光砖坯料、瓷质砖坯料、内墙砖坯料细度要求不同，球磨机运行电流也有所不同。

 

本项目技术思路与路线图：由于原料加工的工艺要求，重型球磨机实现电力节能，不能通过减少研磨时间来实现。因此实现球磨机节能只能通过优化、降低运行电流，合理设定不同原料、不同时段的运行电流。通过变频技术降低运行电流是实现球磨机节能的重要途径。技术路线见图2-3。

  

变频调速原理：如图—4所示，CPU控制器发出的指令经转化模块转化后的控制信号输出至变频器输入端；从变频器输出端输入球磨机型号和工艺状态参量信号去搜索数据库的最佳球磨机电机的转速和转矩；球磨机的转速、加速度和状态信号由转换电子卡转化后输入CPU控制器输入端，CPU控制器还接有用于监视被控参量信号和输入预设参数的输入与显示单元，预设参数信号直接输入CPU控制器输入端，经CPU控制器内部软件进行综合分析运算，所获得的球磨机电机实时转速指令经转化模板转化输出至变频器输入端，实现分段预设变频调速的目的。

根据球磨机的负荷变化规律，研制GLSAVER-AQM型预设式变频器是本项目的核心内容之一。其GLSAVER-AQM型变频器是本项目的成果产品，其创新核心内容是“起动变频模式”和“运行变频模式”的预设功能设计。

根据各种球磨机型号、坯料特性、工艺要求等参数，建立专门用于GLSAVER-AQM型变频器的预设变频数据库，最终实现在陶瓷生产企业推广应用。

四、主要技术指标：

本项目技术，建立了能适应不同球磨机型号、不同浆料、不同细度等工艺数据库，从而达到节能目的。技术性能指标与其他变频器的对比：本项目技术成果产品各项指标均能符合CCECT16.1-2006《电力省电装置节能产品认证技术要求》指标要求。其中节能效果达到15-18%。本项目技术成果与国内外同类技术比较主要有以下几方面：

1、抗高温跳闸温度：本项目为85℃，普通为70℃；

2、欠压跳闸电压值：本项目为三相250（VAC），普通为三相345（VAC）；

3、抗过载能力：本项目为150%，普通为120~50%；

4、是否对内部元器件进行防腐：本项目有，普通无；

5、控制方法：本项目为电流矢量控制，普通为电压矢量控制；

6、启动功率因数：本项目为电流矢量控制97~100%，普通为92~95%；

7、调速控制范围：本项目为0.0~400.0Hz，普通为10~200Hz；

8、节能效果：本项目为15~18%，普通为10~13%；

通过本项目技术研究和应用说明本项目各项技术指标均能优于国内外同类技术成果。

五、技术应用情况：

球磨机是一种广泛应用于水泥、陶瓷、化工、矿山、冶金等行业不可缺少的粉碎机械。其工作原理是利用惯性离心力作用，将研磨体带到一定高度，由其自身的重力作用抛下，对物料产生撞碎、研磨、振动，达到对物料粉碎的目的。

球磨机的型号较多，从物料粉碎形态来分，有湿式和干式两大类；从生产方式来分，有连续式和间歇式两大类。陶瓷生产的球磨机以湿式为主，为间歇式重型球磨机（吨位 8-100 吨）。

相比较其他的粉碎机械，球磨机的粉碎效率比较低、能耗高，以陶瓷墙地砖生产企业为例，球磨机的耗电量占全生产线50-85%（其中抛光砖约为50-60%，非抛光砖为80-85%），能耗（综合）占陶瓷砖原料生产成本50%以上（其中电耗占生产成本约15%）。但是由于球磨机对物料的混合工艺性能很好，因此，目前球磨机仍广泛应用。

目前，在我国规模以上的建筑卫生企业约1000多家，墙地砖生产线约2000多条，具有各种规格的重型球磨机数量约20000多台，装机总功率超过265万千伏安，每年消耗电量约140亿度电。因此，球磨机节能对行业发展影响重大，节能潜力也很大。

六、典型用户及投资效益：

案例一：广东爱和陶陶瓷有限公司球磨机节能改造项目

项目采用重型球磨机变频节能技术分别对一台14 吨球磨机（110kW）和一台40 吨球磨机（160kW）的配电系统增加安装冠菱球磨机专用起动节能控制器。项目投资额7.1万元，按该二台球磨机配电系统增加安装冠菱专用起动节能控制器后节电率达到9%计算，设备年运行时间为4500 小时，原电机基本为满负荷运行。则总节电量为：

（110+160）×15%×4500=182250kWh=18.225 万kWh/年

折算标准煤量为：18.225×1.229=22.40 tce/年

按企业用电价格：0.78元/kWh计，年节约电费14.22万元。

投资回收期5个月。

案例二：佛山市三水惠万家陶瓷有限公司球磨机节能改造项目

项目采用重型球磨机变频节能技术分别对12 台100 吨球磨机（315kW）的配电系统增加安装冠菱球磨机专用起动节能控制器。项目投资额132 万元，按该12台球磨机配电系统增加安装冠菱专用起动节能控制器后节电率达到18%计算，设备年运行时间为4500 小时，原电机基本为满负荷运行。则总节电量为：

315×12×18%×4500=3061800kWh=306.18万kWh/年

折算标准煤量为：306.18×1.229=376.30tce/年

按企业用电价格：0.76元/kWh计，年节约电费232.70万元。

投资回收期5个多月。