Çimento Fabrikası Transformatörü: Klinker Hattı için OG Dağıtım Sisteminin Boyutlandırılması, Değirmen Kalkış Akımı ve Çimento Tozunun Spesifikasyonu Nasıl Belirlediği ve Enterkonnekte Gücün Tasarımı Ne Zaman Değiştirdiği

Önce cevap: bir çimento fabrikası trafosu, kVA/ton çimento kuralına göre değil, öğütme ve piro-proses yük listesinden ve değirmen yol verme görevinden boyutlandırılır. Fırın günde 24 saat, 0,8'in üzerinde bir yük faktörüyle çalışır, yani sorun yük değildir; anma gücünü belirleyen şey, birkaç çok büyük değirmen ve fan motorunun bu yüke karşı yol alması ve bu yükün giderek büyüyen bir kısmının bir değişken frekanslı sürücü (VFD), bir bilezikli rotor yol vericisi veya bir senkron motor üzerinden gelmesidir. Yük listesini bölge bölge oluşturun — kırıcı, farin değirmeni, fırın ve ön ısıtıcı, klinker soğutucu, çimento değirmeni, paketleme — talep ve çeşitlilik faktörlerini uygulayın, tasarım yedeğini ekleyin, en büyük değirmen barasındaki gerilim düşümünü kontrol edin, sürücülerin gerçekte çektiği sinüzoidal olmayan akım için düşürme yapın ve ancak bundan sonra standart bir anma gücü seçilmeden önce fırın tarafı ortam sıcaklığı ve iletken çimento tozu için düşürme yapın.

Bir çimento fabrikası trafosu, bir elektrik dağıtım şirketinin veya bir öz üretim santralinin tesise getirdiği gerilimi — yaygın olarak 33 kV, 66 kV, 110 kV veya 132 kV ve büyük entegre tesislerde 220 kV veya 400 kV — klinker üreten ve çimento öğüten elektriğe dönüştürür: büyük değirmen, fan ve kırıcı motorları için 11 kV veya 6,6 kV; motor kontrol merkezleri (MCC'ler), konveyörler, paketleyiciler, toz toplayıcılar ve aydınlatma için 11 kV veya 6,6 kV'dan 0,4 kV veya 0,69 kV'a; ve enstrümantasyon, basınçlı hava, su sistemleri ve elektrik odası HVAC'ı için 0,4 kV yardımcı yükler. Çimento görevini sıradan bir endüstriyel dağıtım yükünden ayıran şey toplam kVA değildir. Ayıran şey prosesin durdurulamamasıdır — güç kaybeden bir fırın bir haftalık üretim kaybı ve hasarlı bir refrakter astar demektir — en büyük motorların sık sık yol alması ve anma akımlarının birkaç katını çekmesidir ve ortamın aynı anda hem sıcak hem de alkali, aşındırıcı, nem emici tozla dolu olmasıdır. Bu üç gerçek, bu sırayla boyutlandırmayı, harmonik spesifikasyonunu ve muhafazayı belirler.

Aşağıdaki her şey, bu ekipmanı satın alması veya spesifiye etmesi gereken kişi için yazılmıştır: bir fabrika elektrik mühendisi, bir EPC yüklenicisi veya yeni bir öğütme ünitesi ya da klinker hattı kuran bir proje geliştiricisi. Bunun yerine sıradan bir endüstriyel dağıtım yükünü boyutlandırıyorsanız, boyutlandırma ve bütçe formülü kılavuzumuzdaki ve dağıtım sistemi boyutlandırma kılavuzumuzdaki genel yöntem doğru başlangıç noktasıdır. Sahanız tesisi besleyen bir taş ocağıysa, maden sahası trafo kılavuzumuzdaki yük çevrimi mantığı tesisin o kısmı için geçerlidir; ve tesisin yanına öz üretimli bir çelik veya hurda tesisi ekliyorsanız, elektrik ark ocağı trafo kılavuzumuzda açıklanan fırın görevi ilgili karşılaştırmadır. Bu makale, yükün sürekli çalışan bir değirmen ve fırın olduğu durumda nelerin değiştiğini kapsar.

Önemli çıkarımlar

• Ton başına kVA ile değil, ton başına kWh ile başlayın. Modern bir kuru proses tesisinin özgül elektrik enerjisi tüketimi yaygın olarak ton çimento başına yaklaşık 90–110 kWh aralığında belirtilir; bunun büyük kısmını çimento öğütme (kabaca 25–40 kWh/t), farin öğütme ve piro-proses fanları oluşturur. Yıllık bir enerji rakamı elde etmek için bunu üretim kapasitesi ve çalışma saatleriyle çarpın, ardından bir yük listesine dönüştürün — boyutlandırma girdisi bir kural değil, yük listesidir (endüstri deneyimi / 行业经验值 proses alanları arasındaki dağılım için).
• Değirmen yol verme, tasarım olayıdır. Doğrudan hatta yol alan bir değirmen motoru kabaca tam yük akımının 6–8 katını, rotor yol vericili bir bilezikli motor kabaca 2–3 katını ve VFD ile sürülen bir motor yaklaşık 1,0–1,5 katını çeker. Bu tek rakam, trafo oranının motor kW'ının kVA'ya %25 mi yoksa %60 mı olacağını belirler ve tüm trafo merkezinde para tasarrufu yapılacak en ucuz yerdir. İlgili enerjilendirme olayı için ani mıknatıslanma akımına ve baranın yük altında nasıl davrandığı için gerilim regülasyonuna bakın.
• Sürekli görev artı toz, bir soğutma ve sızdırmazlık sorunudur. Fırın yılda 300–350 gün çalışır, bu nedenle trafo yüklenmesi bir görev çevrimi yerine düz, ağır bir profili izler ve ünite buna göre boyutlandırılmalı, soğutulmalı ve korunmalıdır. Alkali çimento tozu her şeye sızar, buşingleri ve izolatörleri kaplar ve nem aldığında iletken hale gelir — bu nedenle spesifikasyon yalnızca kVA ile ilgili değil, IP sınıfı, kaçak mesafesi, temizleme erişimi ve soğutma yüzeyleri tozlu olduğunda bile çalışmaya devam eden soğutma ile ilgilidir. Soğutma yöntemleri ve sıcaklık artışına ve buşing seçimine bakın.
• Bozuk bir yük ve zayıf bir besleme varsayın. Değirmen ve fan sürücüleri büyük, sürekli çalışan doğrusal olmayan bir yüktür ve birçok çimento tesisi uzun bir dağıtım şirketi besleyicisinin ucunda yer alır veya sınırlı arıza seviyesine sahip öz üretimle çalışır. Harmonik görevini (K-faktörü veya harmonik kılavuzumuzda belgelendiği gibi bir harmonik çalışması), gerçek arıza seviyesi için izolasyon seviyesini ve çöken bir şebeke için gerilim regülasyonunu spesifiye edin.
• Yağlı veya kuru tip seçimini modaya göre değil, konuma göre yapın. Açık hava değirmen trafo merkezleri ve ana indirici trafo normalde yağlı üniteler kullanır; tesis içindeki elektrik odaları, MCC binaları ve kablo bodrumları, dolu bir binada mineral yağ yangınının kabul edilemez olması nedeniyle dökme reçine kuru tip trafoları tercih eder. Karşılaştırma yağlı ve kuru tip seçiminde ortaya konmuştur.

Trafo, bir çimento fabrikasının güç zincirinde nerede yer alır?

Bir çimento tesisi elektriksel olarak şekil itibarıyla basit, ayrıntıda ise acımasızdır: az sayıda büyük trafodan beslenen az sayıda büyük yük, prosesin kendisinde neredeyse hiç yedeklilik yoktur. Tek bir kuru proses hattı tipik olarak bir ana giriş trafo merkezine, birkaç bölge trafo merkezine halka veya radyal OG dağıtıma ve değirmen ile MCC binalarında ünite trafo merkezlerine sahiptir. Aşağıdaki tablo, çoğu yeni tesiste gördüğümüz katmanlama geleneğidir ve gerçekçi anma gücü bantlarını içerir.

Herhangi bir şeyi boyutlandırmadan önce bu tabloda dikkat edilmesi gereken iki şey var. Birincisi, tesisin toplam bağlı yüküne belki beş veya altı motor hâkimdir, bu nedenle değirmen ve fan motoru verilerinizin doğruluğu, diğer her şeyin doğruluğunun toplamından daha önemlidir. İkincisi, elektrik odaları proses alanına göre yerleştirilmiştir, bu da fırını besleyen trafo ile paketleme tesisini besleyen trafonun tamamen farklı iki ortamda yaşadığı ve asla ortak bir spesifikasyonu paylaşmaması gerektiği anlamına gelir.

Sıradan bir dağıtım trafosu neden işi yapamaz? Çimento görevinin farklı olduğu altı yol

Standart bir dağıtım trafosu amperleri taşır. Yapamayacağı şey, bunları bir çimento fabrikasında yirmi beş yıl boyunca, bir dağıtım sisteminin asla talep etmediği altı şey için spesifiye edilmeden taşımaktır.

1. Yük süreklidir ve neredeyse düzdür, bu nedenle tasarımı yükleme kılavuzu belirler

Bir çimento fırını durmaz. İyi işletilen bir ön ısıtıcı/ön kalsiner hattı için gerçekçi yıllık kullanılabilirlik 300–350 işletme günü civarındadır ve fırın, soğutucu ve değirmen devreleri bunun çoğunda tasarım noktasına yakın çalışır. Değirmen veya fırın barasındaki bir trafo bu nedenle yüksek yük faktörüne sahip bir yük profili görür — günün çoğunu %20–30 yükte geçiren ve birkaç saat zirve yapan bir dağıtım trafosundan çok farklıdır. Bu hesabı değiştirir: ortalama sargı sıcaklık artışı, yılın en sıcak gününün bu ortalamanın üzerindeki etkisi ve izolasyonun uzun vadeli yaşlanması, varsayılmak yerine yükleme kılavuzuna göre kontrol edilmelidir. Pratik sonuçlar, anma gücü ile hesaplanan yük arasında bir dağıtım şirketi dağıtım ünitesinde izin vereceğinizden daha küçük bir tasarım marjı ve trafonun bir dakika boyunca %100'de değil, bir ay boyunca anma plakasının %105'inde ne yaptığına gerçek bir ilgidir.

2. En büyük motor yüke karşı yol alır ve motor-trafo oranı kVA'yı belirler

Bu, bir çimento trafo merkezindeki en pahalı tek karardır. Değirmen tahriki, fırın indüklenmiş çekiş fanı ve en büyük pompa motorları, yol alma akımlarının trafonun anma akımının anlamlı bir kesri olacak kadar büyüktür. Baranın geri kalanı zaten %70 yükteyken bir değirmen motoru doğrudan hatta yol alırsa, bara gerilimi kontaktörleri düşürecek, motoru durduracak ve yukarı akım korumasını açtıracak kadar çöker. Geleneksel çözüm trafoyu büyütmektir. Daha iyi çözüm, motorun yol alma şeklini değiştirmektir — ancak bu proses ve sürücü mühendisine aittir ve trafo sipariş edilmeden önce üzerinde anlaşılmalıdır, çünkü bu 5 MVA ile 10 MVA bir ünite arasındaki farktır.

3. Yükün büyük bir kısmı bir güç elektroniği dönüştürücüsü üzerinden gelir

Değirmen tahrikleri, fırın ve soğutucu fanları, konveyörler, merdane presleri ve separatör fanları giderek daha fazla VFD ile beslenir ve VFD ile beslenmek, 5., 7., 11. ve 13. mertebelerde zengin bir harmonik spektruma sahip sinüzoidal olmayan akım ve doğrultucu ön ucundan anahtarlama frekansı bileşenleri anlamına gelir. Tek bir büyük çok seviyeli sürücü 12 darbeli veya 18 darbeli ve makul ölçüde temiz olabilir; aynı barada 6 darbeli sürücülerle dolu bir saha ise temiz değildir. Trafo toplamı görür ve toplam, sargılarda ve yapısal parçalarda yoğunlaşan ek girdap akımı ve kaçak kayıplar olarak ortaya çıkar. Bu, basitçe bir termal yük sorunu değil, bir girdap akımı kaybı spesifikasyonu sorunudur (K-faktörü veya belgelenmiş bir harmonik çalışması). Ayrıntılar trafo harmonik kılavuzumuzda ve K-faktörü seçiminde.

4. Çimento tozu alkali, aşındırıcı ve higroskopiktir

Çimento ve klinker tozu atıl kir değildir. Alkalidir, hafif aşındırıcıdır ve havadan nem emer; tozlu bir tesiste bir buşing üzerinde oluşan tortu bu nedenle yalıtkan değil, yarı iletken bir yoldur. Pratikte bu şu anlama gelir: kaçak mesafesi, atlama gerilimi kadar önemlidir, buşing ve izolatör profili temiz bir ortam yerine kirli bir ortam için spesifiye edilmelidir, temizleme erişimi baştan tasarlanmalıdır ve muhafaza yalnızca panjurlu değil, gerçekten sızdırmaz olmalıdır. Klasik arıza modu — kurak bir dönemden sonraki ilk nemli günde tozla kirlenmiş bir buşing üzerinden dış atlama — bir işletme hatası değil, bir spesifikasyon hatasıdır.

5. Fırın bölgesi sıcaktır ve sıcak ortam, veri sayfasının ortamı değildir

Standart trafo anma güçleri, tanımlanmış bir günlük ve yıllık ortalamayla maksimum 40°C ortam varsayar (yağlı üniteler için IEC 60076-2'ye göre maksimum 40°C, günlük ortalama 30°C, yıllık ortalama 20°C). Fırın ve klinker soğutucu bölgesi bunu aşabilir ve sıcak yüzeylerden gelen ışınım ısısı ile havalandırması proses ısısıyla mücadele eden bir elektrik odası durumu daha da kötüleştirir. Tasarım değerinin üzerindeki her bir derece gerçek ortam, ünitenin yüklenebilirliğinden düşer ve etki doğrusal değildir: sargı sıcak noktasını ve soğutma havası sıcaklığını aynı anda vurur. Aynı mantık, yüksek rakım ve sıcaklık düşürmesinde tartışılan rakım için de geçerlidir.

6. Besleme genellikle zayıftır, öz üretimdir veya her ikisidir

Birçok çimento tesisi güçlü bir dağıtım şirketi barasından uzakta, uzun bir havai besleyicinin ucunda yer alır veya sınırlı arıza seviyesine ve kendi regülatör davranışına sahip öz üretimle çalışır. Zayıf besleme üç şey yapar: motor yol verme düşümlerini daha kötü hale getirir, arıza seviyesini — ve dolayısıyla kabul edilebilir trafo empedansını — alışkanlık değil sistem çalışması meselesi haline getirir ve ana indirici trafodaki kademe değiştirmeli gerilim regülasyonunu dekoratif olmaktan çıkarıp gerçekten faydalı kılar. Bir tesis bir atık ısı geri kazanım (WHR) türbini eklediğinde, onu tesis halkasına bağlayan yükseltici trafo paralel çalışma, yük paylaşımı ve ada işletmesini yönetmelidir ki bu yine farklı bir spesifikasyondur.

Bir çimento fabrikası trafosunu nasıl boyutlandırırsınız? Ton başına kWh'den anma plakasına altı adım

Yöntem herhangi bir yük listesi boyutlandırma çalışmasıyla aynıdır, ancak girdiler ve kontroller çimentoya özgüdür. Bunları sırayla yapın; her adım kendinden öncekinin cevabını değiştirebilir.

Adım 1 — Proses verilerini bölge bölge bir yük listesine dönüştürün

kVA'dan değil, tondan ve kWh'den başlayın. Tesisin tasarım üretim kapasitesini (klinker ve çimento için t/s ve yıllık çalışma saatleri), ardından her proses alanının özgül elektrik enerjisi tüketimini uygulayın — kırıcı ve farin öğütme, ön ısıtıcı, fırın ve soğutucu fanları dahil piro-proses, çimento öğütme ve yardımcı/paketleme alanı. Yayımlanmış tesis kıyaslamaları, modern bir kuru proses tesisi için toplam özgül elektrik tüketimini ton çimento başına yaklaşık 90–110 kWh civarına koyar ve çimento öğütme genellikle en büyük tek tüketicidir. Her alanın enerji rakamını anma gücü kW, verim, güç faktörü, yol alma yöntemi ve görevi ile kurulu motor listesine dönüştürün, çünkü trafo akım için boyutlandırılmalıdır ve akım yalnızca kW'a değil, verime ve güç faktörüne bağlıdır. Bir rakam tesisin kendi tasarım verilerinden elde edilemiyorsa, bunu bir varsayım olarak işaretleyin ve sessizce gömülü bırakmak yerine duyarlılık kontrolüne taşıyın.

Adım 2 — Bölge başına talep ve çeşitlilik faktörlerini uygulayın

Her motor aynı anda çalışmaz ve her motor anma plakasında çalışmaz. Her yük grubuna bir talep faktörü (bağlı kW'ın ne kadarının tasarım noktasında gerçekte çekildiği) ve gruplar arasında bir çeşitlilik faktörü (hangi grupların birlikte zirve yaptığı) uygulayın. Çimento fabrikaları, proses sürekli olduğu için alışılmadık derecede yüksek faktörlere sahiptir: çimento değirmeni alanı tipik olarak 0,85–0,95 taleple, piro-proses alanı benzer şekilde çalışırken atölye, paketleme ve sevkiyat daha keskin düşer. Gerçekten değişen ana alan, genellikle kendi trafosunun verilmesinin nedeni olan kırıcı ve taş ocağı devresidir. Uyguladığınız her faktörü belgeleyin — yanlış boyutlandırılmış bir çimento trafo merkezinin en yaygın tek nedeni, bir elektronik tabloda sahibi olmayan gömülü bir çeşitlilik varsayımıdır.

Adım 3 — kVA'ya dönüştürün, tasarım yedeğini ekleyin ve standart bir anma gücü seçin

kVA'ya toplayın, müşterinin tasarım esasının talep ettiği tasarım yedeğini ekleyin (daha sonra darboğazı giderilebilecek bir tesis için yaygın olarak %15–25) ve ardından standart bir anma gücüne yuvarlayın. Bu adımda durmayın: sonraki üç adım rutin olarak cevabı her iki yönde de bir anma gücü adımı kaydırır, bu nedenle bu kVA'yı bir karar değil, geçici bir rakam olarak değerlendirin.

Adım 4 — En kötü motorda yol verme gerilim düşümünü kontrol edin

Baradaki en büyük motoru, gerçekte seçilen yol alma yöntemini, trafo empedansını, kablo güzergâhını ve barada zaten bulunan yükü alın; yol alma sırasında motor terminallerindeki gerilimi hesaplayın. Yaygın tasarım sınırları, seyrek bir yol verme için MCC barasında maksimum %10–15 düşüm ve tesisin kendi standardının daha katı olduğu veya kontaktör düşmesinin endişe olduğu durumlarda sıklıkla %5–10'dur (endüstri deneyimi / 行业经验值 — sınır müşterinin tasarım esasından gelmelidir). Düşüm çok derinse, maliyet sırasına göre seçenekleriniz şunlardır: yol alma yöntemini değiştirin, o motor için özel bir trafo ekleyin, trafonun empedansını azaltın veya anma gücünü artırın. Yeni trafonun sağlayacağı kısa devre akımını aynı anda şalt ekipmanı anma gücüne karşı doğrulayın; kısa devre akımı hesaplamasındaki yöntemi kullanın.

Adım 5 — Harmonik görevini uygulayın ve bozuk yük kabiliyetini doğrulayın