Durch die Analyse des Zementherstellungsprozesses und die Durchführung von Vor-Ort-Inspektionen der Produktionsanlagen in einigen Zementwerken wurde festgestellt, dass die meisten Zementwerke, insbesondere mit Hochleistungsanlagen, die meiste Zeit nur mit halber Kapazität arbeiten. Der Automatisierungsgrad dieser Systeme ist recht niedrig und beruht fast ausschließlich auf manueller Steuerung. Beispiele hierfür sind die Luftzufuhr des Vertikalschachtofens, die Vorbewässerung der Pelletieranlage, die Homogenisierungsanlage, die Zementklassieranlage und die Entladeanlage des Vertikalschachtofens. Durch die langjährige Beobachtung und Erforschung dieser Systeme sowie die praktische Erfahrung aus der Modernisierung zahlreicher Zementproduktionslinien haben die Ingenieure und Techniker der Puchuan Company und ihrer Tochtergesellschaft ein ausgereiftes Modernisierungskonzept für die Frequenzumrichtersteuerung der fünf wichtigsten Produktionssysteme in Zementwerken entwickelt. Dieses Konzept erfordert geringere Investitionen, ist einfach zu installieren, in Betrieb zu nehmen und zu steuern, arbeitet zuverlässig, erzielt signifikante Energieeinsparungen und verbessert den Automatisierungsgrad und die Verarbeitungsgenauigkeit des Produktionsprozesses. Daher ist es in der Zementindustrie weit verbreitet. Es gibt drei Zementproduktionslinien. Im April 2002 begannen wir mit der Umrüstung eines 132-kW-Sichtgebläses auf Frequenzumrichtertechnik (VDC). Nach einer Testphase erwies sich der Energiespareffekt als besonders signifikant. Daher rüsteten wir ab der zweiten Jahreshälfte des vergangenen Jahres sukzessive die Motoren der Vertikalofengebläse (ein 245-kW- und zwei 215-kW-Motoren), Sichter, Sichtergebläse und Zuführungen mit VDC um. Bis heute haben wir rund 1,3 Millionen Yuan in die Umrüstung von 130 Motoren mit einer Leistung von 1,5 kW bis 250 kW investiert. Tests nach der Umrüstung zeigten, dass sich die Gesamtinvestition durch die Stromkosteneinsparungen innerhalb weniger Monate amortisierte. Dies ermöglicht uns in der anschließenden Produktion und im Betrieb eine wettbewerbsfähigere Marktposition bei gleichzeitig niedrigeren Produktionskosten. Die folgende Analyse untersucht die tatsächlichen Auswirkungen der VDC-Umrüstung auf die genannten Systeme auf Basis der Umrüstungserfahrung unseres Unternehmens. I. Nachrüstung des Luftzufuhrsystems für einen vertikalen Zementofen mit Frequenzumrichter (FU) Wie andere ältere Zementwerke nutzte auch dieses Unternehmen für sein Luftzufuhrsystem für den vertikalen Zementofen eine veraltete mechanische Methode zur Anpassung des Luftvolumens während des Sinterprozesses. Die Anpassung erfolgte durch Verstellen des Öffnungswinkels der Leitbleche. Diese Methode wies erhebliche Nachteile auf: 1. Hoher Energieverbrauch; 2. Ungenaue Einstellung; 3. Hohe Belastung des Stromnetzes durch den Anlaufstrom; 4. Hohe Motor- und Lüfterdrehzahlen und hohe Lasten; 5. Starke mechanische Belastung beim Anlauf, was die Lebensdauer der Anlage verkürzte; 6. Hoher Geräuschpegel und starke Staubbelastung. Das nachgerüstete FU-Luftzufuhrsystem ergänzt das ursprüngliche System um einen Frequenzumrichter und bildet so ein zweistufiges, umrüstbares Steuerungssystem. Der Drehzahlregler des FU ist am Ofen installiert und ermöglicht die Anpassung des Luftvolumens während des Sinterprozesses durch Regelung der Motor- (Lüfter-)drehzahl. Zu den Merkmalen gehören: 1. Hervorragende Energieeinsparung (da der Stromverbrauch des Motors proportional zur dritten Potenz der Motordrehzahl ist, kann der Motor nach der Modifizierung die Luftmengenanforderungen größtenteils mit einer Frequenz von ca. 35–40 Hz erfüllen, was zu einer Energieeinsparung von über 20 % führt); 2. Sanftanlauffunktion zur Reduzierung der Lastintensität, Verlängerung der Gerätelebensdauer und geringer Anlaufstrom, was einer Erhöhung der Netzkapazität entspricht; 3. Präzise und komfortable Luftmengenregelung; 4. Keine Bypass-Belüftung erforderlich, wodurch die Zementstaubbelastung reduziert wird usw. II. Pelletierwasserversorgungssystem: Die Rohmaterialpelletierung ist einer der Schlüsselprozesse für die Sinterqualität von Zementklinker, und das Wasser-Material-Verhältnis beeinflusst die Pelletierungsqualität direkt. Durch den Einsatz eines Frequenzumrichters kann die Geschwindigkeit des Vorpumpenwassers für die Pelletierung stufenlos an die Rohmaterialzufuhr angepasst werden, wodurch eine vollautomatische Regelung erreicht wird. Das Material-Wasser-Verhältnis ist stabil, was zu einem guten Pelletierungsergebnis und einer deutlichen Verbesserung der Sinterqualität des Zements führt. Diese Systemmodifikation dient primär der Verbesserung des Automatisierungsgrades und des Fertigungsprozesses; aufgrund des relativ geringen Stromverbrauchs ist der Energiespareffekt zweitrangig. III. Rohmaterialhomogenisierungssystem: Nach der Frequenzumrichtermodifikation werden alle Zuführmotoren an den Zuführöffnungen synchron und anorganisch mittels Frequenzumrichtern drehzahlgeregelt, was eine proportionale Zuführung und verbesserte Homogenisierung gewährleistet. Dies ist auch aus Sicht des Fertigungsprozesses von Bedeutung. IV. Zementklassierungssystem: Das Funktionsprinzip des Zementklassierungssystems besteht darin, die Drehzahl des Klassierers und des Klassiererlüfters entsprechend den verschiedenen Zementsorten anzupassen und so Zementprodukte unterschiedlicher Feinheit zu selektieren. Bei älteren Klassierern müssen Anzahl und Winkel der Lüfterflügel an der Lüfterwelle eingestellt und Vergleichstests durchgeführt werden, um die gewünschte Feinheit zu erreichen. Neuere Klassifizierungssysteme bestehen aus einem Klassierer und einem Klassiererlüfter. Die Drehzahl des Klassierers wird durch einen Schleifringmotor geregelt, der Luftstrom des Klassiererlüfters durch die Einstellung des Winkels der Leitbleche. Beide Systeme weisen komplexe Betriebsprozesse, geringe Einstellgenauigkeit und erhebliche Energieverschwendung auf. Insbesondere Schleifringmotoren sind nicht nur energieintensiv, sondern weisen aufgrund der starken Staubbelastung in der Zementherstellung auch eine besonders hohe Ausdehnung des Schleifringkopfes auf, was die Wartung erschwert. Nach der Nachrüstung mit einem Frequenzumrichter kann – unabhängig davon, ob es sich um ein altes oder neues System handelt – durch Einstellen der Motordrehzahl die gewünschte Partikelgröße ausgewählt werden. Dies spart Energie, ermöglicht eine kontinuierliche und automatisierte Produktion, verbessert die Arbeitseffizienz und reduziert die Arbeitsbelastung, was insgesamt zu erheblichen Vorteilen führt. V. Entladesystem für Vertikalöfen: Um ein Gleichgewicht zwischen Zufuhr, Luftzufuhr und Entladung während des Zementsinterns zu gewährleisten, verwenden Vertikalöfen üblicherweise Schleifringmotoren (elektromagnetische Drehzahlregler) als Antriebsquelle für die Scheibenentladevorrichtung. Diese Motoren erfüllen jedoch nicht nur die Schutzanforderungen der Zementproduktionsumgebung nicht, sondern verbrauchen bei gleicher Ausgangsdrehzahl auch etwa 20 % mehr Energie als herkömmliche Motoren, wobei die Unterschiede bei reduzierter Drehzahl noch größer sind. Daher behebt der Austausch der Schleifringdrehzahlregelung durch ein Frequenzumrichter-Drehzahlregelungssystem diese Nachteile. Darüber hinaus ist die Drehzahlregelungsleistung der von Schleifringläufermotoren deutlich überlegen, was Energie spart und die Wartungskosten erheblich senkt. Dies führt zu einer breiten Anwendung in verschiedenen Branchen. Der Einsatz von Frequenzumrichtern zur Steuerung von drehzahlverstellbaren Motoren spart nicht nur erheblich Energie, sondern ermöglicht auch einen Sanftanlauf, wodurch der Anlauf- und Betriebsstrom des Motors reduziert wird. Dies senkt die Belastung der gesamten Energie- und Mechaniksysteme während des Anlaufs und Betriebs und verlängert die Lebensdauer der mechanischen Komponenten. Die Nachrüstung von Schleifringläufermotoren mit Frequenzumrichtern verbessert zudem deren Schutzniveau und reduziert die Ausfallraten aufgrund von rauen Umgebungsbedingungen. Ein weiterer, unerwarteter Vorteil: Der reduzierte Strom während des Betriebs und Anlaufs des Frequenzumrichters bietet die notwendige Sicherheit für den Anlauf anderer Anlagen und erhöht so effektiv die Leistungskapazität des Werks. Dies ist besonders vorteilhaft bei instabiler Netzspannung und unzureichender Leistungskapazität. Beispielsweise können nach einer umfassenden Modernisierung wie der von Tianma Cement Co., Ltd. 200 kVA Transformatorleistung eingespart und die Kapazität des Umspannwerks während der Installation neuer Anlagen vorübergehend aufrechterhalten werden, wodurch erhebliche Investitionen eingespart werden. Selbstverständlich ist es auch nach der Umrüstung auf Frequenzumrichter notwendig, das Produktionsmanagement weiter zu optimieren und die Motordrehzahlen im Rahmen der zulässigen Produktionsbedingungen rational anzupassen, um optimale Energieeinsparungen zu erzielen. Dies erfordert kontinuierliche Verbesserungen in der zukünftigen Arbeit. 【Fazit】Die erfolgreichen Erfahrungen im Zementsektor belegen eindrucksvoll das außergewöhnliche Potenzial der Frequenzumrichter-Umrüstung in der Zementindustrie. Dass innerhalb eines Jahres so hohe Investitionen getätigt werden konnten, ist einerseits auf die starke Wirtschaftskraft des Unternehmens und die außergewöhnliche Weitsicht seiner Führung zurückzuführen. Andererseits zeigt es auch, dass das Unternehmen mit dieser Umrüstung eine hohe Rendite erzielen und den Automatisierungsgrad seiner Produktionsprozesse insgesamt verbessern kann.