In der Zementindustrie trägt der hohe Energieverbrauch bestimmter, kontinuierlich laufender Hochleistungsanlagen maßgeblich zu den anhaltend hohen Produktionskosten bei. Statistiken zeigen, dass die Stromkosten etwa 30 % der gesamten Zementherstellungskosten ausmachen. Daher ist es unerlässlich, energiesparende technologische Modernisierungen dieser energieintensiven Anlagen durchzuführen, um die Produktionskosten zu senken, die Gewinnmargen zu verbessern und die Wettbewerbsfähigkeit zu steigern. Ausgehend von den Anforderungen des Zementherstellungsprozesses und den in Zementwerken eingesetzten Produktionsanlagen haben wir festgestellt, dass die meisten Anlagen in Zementwerken, insbesondere die Hochleistungsanlagen, während der Produktion die meiste Zeit unterhalb ihrer Volllast arbeiten. Der Automatisierungsgrad dieser Systeme ist recht niedrig und beruht fast ausschließlich auf manuellen Einstellungen. Beispiele hierfür sind die Luftzufuhrsysteme von Vertikalschachtöfen, die Vorbewässerungssysteme für die Pelletierung, die Zuführsysteme zur Rohmaterialhomogenisierung, die Zementklassiersysteme und die Entladesysteme von Vertikalschachtöfen. Ingenieure der Firma Puchuan und eines Unternehmens aus Dalian führten vor Ort Untersuchungen und Analysen dieser Systeme durch. Aufbauend auf ihrer Erfahrung mit der Modernisierung dutzender Zementproduktionslinien entwickelten sie ein ausgereiftes Modernisierungskonzept für die Frequenzumrichterregelung der fünf wichtigsten Produktionssysteme in Zementwerken. Die Vorteile dieser Lösung liegen auf der Hand: 1. Geringe Investitionskosten; 2. Einfache Installation, Inbetriebnahme und Steuerung; 3. Rechtzeitiger Schutz von Motoren und anderen Anlagenteilen für einen zuverlässigen Betrieb; 4. Deutliche Energieeinsparungen und schnelle Amortisation; 5. Verbesserte Automatisierung des Produktionsprozesses; 6. Höhere Verarbeitungsgenauigkeit. Insgesamt wurde das modifizierte System von Kunden in der Zementindustrie sehr positiv aufgenommen. So investierte beispielsweise ein Unternehmen in Dalian rund 1,3 Millionen Yuan in die Modernisierung aller Motoren seiner drei Zementproduktionslinien mit einer Leistung von 1,5 kW bis 315 kW. Im Folgenden werden die konkreten Modifikationen analysiert, um die praktischen Auswirkungen der Frequenzumrichter-Lösung zu veranschaulichen. I. Vertikales Ofenluftsystem 1. Vor der Umrüstung auf Frequenzumrichter basierte das vertikale Ofenluftsystem in diesem Werk auf der mechanischen Verstellung des Öffnungswinkels der Leitbleche, um den variierenden Luftmengen während des Sinterprozesses gerecht zu werden. Die Nachteile dieser Methode waren: 1) Der Motor lief permanent, was zu erheblicher Energieverschwendung führte; 2) Geringe Einstellgenauigkeit und ungenaue Sintertemperaturregelung; 3) Hoher Anlaufstrom, der das Stromnetz stark belastete; 4) Hohe Motor- und Lüfterdrehzahlen und hohe Lasten; 5) Erhebliche mechanische Stöße beim Anlauf, die die Lebensdauer der Anlage verkürzten; 6) Hoher Geräuschpegel und starke Staubbelastung. 2. Nach der Umrüstung auf Frequenzumrichter wurde das ursprüngliche Luftsystem beibehalten und ein neuer Frequenzumrichterkreis parallel zum bestehenden Kreis geschaltet, wodurch ein zweistufiges, umschaltbares Steuerungssystem entstand. Die Luftmenge während des Sinterprozesses wurde durch Regelung der Motor- (Lüfter-) Drehzahl angepasst. Zu den Vorteilen zählten: 1) Kein Betrieb unter Volllast erforderlich, was zu erheblichen Energieeinsparungen führte; 2) Sanftanlauffunktion zur Reduzierung der Lastintensität, Verlängerung der Anlagenlebensdauer und niedriger Anlaufstrom, wodurch die Netzkapazität effektiv erhöht wird; 3) Reduzierte Arbeitsbelastung für die Mitarbeiter und präzise Luftmengenregelung; 4) Kein Bypass-Ventilator erforderlich, wodurch die Zementstaubbelastung reduziert wird. Die Testergebnisse nach der Modifizierung sind in Tabelle 1 dargestellt. (Tabelle 1) Energieeinsparung durch Frequenzumrichtermodifikation des Vertikalofengebläses. II. Pelletier- und Vorbewässerungssystem: Die Rohmaterialpelletierung ist einer der Schlüsselprozesse, der die Sinterqualität von Zementklinker beeinflusst, und das Wasser-Material-Verhältnis wirkt sich direkt auf die Pelletierqualität aus. Nach dem Einsatz des Frequenzumrichters kann die Drehzahl der Pelletier- und Vorbewässerungspumpe stufenlos an die Rohmaterialzufuhr angepasst werden. Dadurch wird eine vollautomatische Regelung mit einem stabilen Material-Wasser-Verhältnis, einem guten Pelletierergebnis und einer deutlichen Verbesserung der Zementsinterqualität erreicht. Diese Systemmodifikation dient hauptsächlich der Verbesserung des Automatisierungsgrades und des Fertigungsprozesses. Da der Leistungsbedarf relativ gering ist, ist die Energieeinsparung zweitrangig. III. Zuführsystem: Nach der Umrüstung des Systems auf Frequenzumrichter werden alle Zuführmotoren am Zuführanschluss stufenlos und synchronisiert über Frequenzumrichter gesteuert. Dadurch wird das Material im erforderlichen Verhältnis zugeführt, was die Homogenisierung verbessert und den Herstellungsprozess grundlegend optimiert. IV. Klassiersystem: Das Klassiersystem des Zementwerks arbeitet nach dem Prinzip, die Drehzahl des Sichters und des Klassiergebläses an die verschiedenen Zementsorten anzupassen und so Zementprodukte unterschiedlicher Feinheit zu selektieren. 1. Vor der Umrüstung auf Frequenzumrichter erforderte der alte Sichter die Einstellung der Anzahl und des Winkels der Lüfterflügel an der Lüfterwelle. Um die gewünschte Partikelfeinheit zu erreichen, wurden Vergleichstests durchgeführt. Das neue Sichtersystem besteht aus zwei Teilen: einem Sichter und einem Sichterlüfter. Die Drehzahl des Sichters wird über einen Schleifringmotor geregelt, die Luftmenge des Sichterlüfters über den Winkel der Leitbleche. Beide Systeme weisen Nachteile wie komplexe Bedienung, geringe Einstellgenauigkeit und hohen Energieverbrauch auf. Insbesondere ist der Schleifringläufermotor nicht nur energieintensiv, sondern weist aufgrund der starken Staubbelastung in der Zementherstellung auch eine besonders hohe Ausfallrate auf, was die Wartung erschwert. 2. Nach der Umrüstung auf Frequenzumrichter genügt es, die Motordrehzahl einfach auf eine bestimmte Größe einzustellen, um Partikel der gewünschten Feinheit zu selektieren. Dies spart Energie und ermöglicht gleichzeitig eine kontinuierliche und automatisierte Produktion, verbessert die Arbeitseffizienz und reduziert die Arbeitsbelastung, was insgesamt zu erheblichen Vorteilen führt. (Spezifische Testergebnisse siehe Tabelle 2) (Tabelle 2) Analyse der Energieeinsparung durch die Umrüstung des Pulverklassierergebläses auf Frequenzumrichter Tabelle 5. Entladesystem für Vertikalöfen Um beim Zementsintern ein Gleichgewicht zwischen Zufuhr, Luftzufuhr und Entladung zu erreichen, verwenden Vertikalöfen üblicherweise Differenzialantriebe (elektromagnetische Drehzahlregler) als Antriebsquelle für die Scheibenentladevorrichtung. Dieser Motor erfüllt nicht nur nicht die Anforderungen an den Schutzgrad in der Zementproduktionsumgebung, sondern verbraucht unter gleichen Drehzahlbedingungen auch etwa 20 % mehr Leistung als ein Reihenschlussmotor. Der Unterschied ist bei reduzierter Drehzahl noch größer. Durch den Austausch der Schlupfdifferenz-Drehzahlregelung gegen ein Frequenzumrichtersystem werden die oben genannten Nachteile behoben, und die Drehzahlregelung ist deutlich besser als die des Schlupfdifferenz-Drehzahlreglers. Neben der Energieeinsparung werden auch die Wartungskosten erheblich reduziert, und das System findet breite Anwendung in verschiedenen Branchen. (Tabelle 3) Analyse der Auswirkungen der Frequenzumrichter-Nachrüstung des Entladesystems VI. Weitere Vorteile Durch die Stromreduzierung während des Betriebs und Anlaufs des Frequenzumrichters werden die notwendigen Garantien für den Anlauf anderer Anlagen geschaffen, wodurch die Leistungskapazität des Werks indirekt erhöht wird. Dies ist besonders vorteilhaft bei instabiler Netzspannung und unzureichender Leistungskapazität. Nach der umfassenden Nachrüstung kann das Unternehmen 200 kVA Transformatorleistung einsparen. Bei der Installation neuer Anlagen kann das Umspannwerk vorübergehend nicht modernisiert werden, was erhebliche Investitionen spart. Puchuan-Frequenzumrichter blicken auf eine über 20-jährige Geschichte zurück. Ihre Produkte, insbesondere im mittleren und hohen Leistungsbereich, bieten ein hervorragendes Preis-Leistungs-Verhältnis und sind in großen Stückzahlen erhältlich, was ihnen eine starke Marktwettbewerbsfähigkeit verleiht. Die erfolgreiche Umsetzung beweist eindrucksvoll das enorme Potenzial der Frequenzumwandlung in der Zementindustrie. Nach der Umrüstung amortisierte sich die Gesamtinvestition bereits nach wenigen Monaten allein durch die eingesparten Stromkosten. Dank der niedrigeren Produktionskosten kann das Unternehmen zukünftig im Wettbewerb deutlich besser positioniert sein. Die Frequenzumwandlung ist in der Zementherstellung unerlässlich. Sie spiegelt einerseits die starke Wirtschaftskraft des Unternehmens und die Weitsicht der Unternehmensführung wider. Andererseits kann sie dem Unternehmen erhebliche Renditen bringen und den Automatisierungsgrad der Produktion steigern.