Odważna koncepcja techniczna firmy ABB zrealizowana w Cementowni Chełm należącej do CEMEX Polska

Po ubiegłorocznej wymianie napędu pieca przyszedł czas na modernizację głównego, procesowego wentylatora instalacji pieca. To kluczowy dla każdej cementowni element procesu technologicznego. Decyzja wynikała z faktu, że spółka CEMEX Polska od kilku lat inwestuje w infrastrukturę techniczną, by zwiększyć zdolności produkcyjne zakładu w Chełmie, a nowy wentylator miał podnieść wydajność pieca.

Jednak inżynierowie z ABB – po analizie wstępnego zapytania ofertowego – zaproponowali nieszablonowe rozwiązanie dla nowego systemu napędowego.

Firma CEMEX – której historia sięga roku 1906 – to międzynarodowa grupa wytwarzająca materiały budowlane. Produkuje i dostarcza cement, beton towarowy i kruszywa w ponad 50 krajach na czterech kontynentach. W 2020 roku została sklasyfikowana jako piąty największy producent  materiałów budowlanych na świecie, natomiast w rankingu Forbes Global 2000 w 2021 r. CEMEX znalazł się na 1178 pozycji pośród największych spółek publicznych na świecie z roczną sprzedażą swojej grupy przekraczającą 13 mld dolarów. Należąca do spółki CEMEX Polska Cementownia w Chełmie jest producentem cementów portlandzkich, portlandzkich popiołowych wapiennych, mieszanych oraz cementów specjalnych, w tym dla budownictwa drogowego. To produkty, na które w ostatnich latach jest coraz większe zapotrzebowanie. Firma stara się więc systematycznie modernizować zakład, by zwiększać możliwości produkcyjne linii technologicznej.

Zakład Cementownia Chełm
Zakład Cementownia Chełm

– Staramy się w pełni wykorzystywać moce instalacji. Po wymianie silnika napędu pieca w ubiegłym roku, zdecydowaliśmy się na modernizację wentylatora mającą na celu zwiększenie jego wydajności bez zmiany konstrukcji zewnętrznej – obudowy i łożyskowania. Chcieliśmy wymienić tylko wirnik wentylatora oraz silnik napędowy, co znacznie skróciłoby niezbędny czas na modernizację – tłumaczy Wojciech Szczucki, kierownik projektów inwestycyjnych w CEMEX Polska. – Do złożenia ofert zaprosiliśmy najlepsze firmy inżynierskie na polskim rynku.

  Wymiana wentylatora

Gigantyczny wentylator pracuje w niezwykle trudnych warunkach, ponieważ jego łopatki są narażone na nieustanne uderzenie drobnych cząsteczek, znajdujących się w wyciąganym gazie z instalacji pieca. Wszystko to dzieje się w temperaturze ok. 130 °C w trakcie normalnej pracy, a także dopuszczalnej temperaturze pracy wentylatora do 280 °C. Do tego nowy silnik musiał osiągać moc 5 MW, i być zasilany z przemiennika częstotliwości, by mieć możliwość regulacji wydajności (obrotów) wentylatora.

– Najważniejsze było dla nas spełnienie warunków technicznych, zgodnie z założonymi parametrami. Ekonomia – podczas rozmów z oferentami – choć równie istotna, była na drugim miejscu – dodaje Wojciech Szczucki. – Przedstawiciele firm, które chciały z nami współpracować przy tej modernizacji, mieli zaproponować konkretne rozwiązania i produkty.

Jedną z firm, która podjęła się zadania dostarczenia silnika z napędem falownikowym była ABB. Spółka współpracuje z chełmską Cementownią od wielu lat. Ona właśnie uczestniczyła w wymianie silnika napędu pieca, dostarczając najważniejsze urządzenia. Tym razem jednak wyzwanie było znacznie większe.

– Czasu na prace nie było zbyt wiele, bo wszystko trzeba było wykonać podczas planowego przestoju zakładu, a wymiana wentylatora, to bardzo skomplikowana operacja – tłumaczy Marcin Markowski z ABB. – Sam silnik o mocy 5 MW to był najmniejszy problem, ale już dobór falownika  wymagał dokładnej analizy, ze względu na duży wydatek cieplny z takiego urządzenia.

W grę wchodziło więc postawienie specjalnego klimatyzowanego kontenera, który umożliwi bezpieczną pracę przemiennika częstotliwości lub zastosowanie falownika z układem chłodzenia wodą i zabudowanie go w istniejącej rozdzielni elektrycznej.

Falownik idealny dla instalacji

– Zrobiliśmy więc szczegółowy przegląd produkowanych przez ABB urządzeń i doszliśmy do wniosku, że falownik ACS1000 idealnie nadaje się do tej instalacji – mówi Marcin Markowski. – Po pierwsze ma wymiennik woda/woda, co oznacza, że praktycznie nie ma odprowadzania ciepła z urządzenia bezpośrednio do jego otoczenia. Po drugie, okazało się, że jako jedyne z proponowanych CEMEX-owi urządzeń, nie ma zintegrowanego transformatora. Dzięki temu szafa przemiennika jest znacznie mniejsza i zmieści się do pomieszczenia starej rozdzielni, a to znacząco obniży koszty, ponieważ nie ma konieczności budowy kontenera oraz kosztownej i drogiej w eksploatacji klimatyzacji. Sam transformator można z powodzeniem zainstalować poza tym pomieszczeniem, w komorze transformatorowej.

  • nowy falownik ACS 1000W zabudowany w rozdzielni SO.4
  • silnik NMI 630L6A BAFS na fundamencie jako napęd wentylatora ID Fan

Do rozwiązania pozostała więc tylko kwestia samego wentylatora i jego wymiany. Firma ABB zarekomendowała swojego wieloletniego partnera biznesowego – łódzką spółkę Vibroson. Założona i rozwijana przez pracowników naukowych Politechniki Łódzkiej spółka specjalizuje się w zwiększaniu sprawności eksploatacyjnej wentylatorów energetycznych oraz przemysłowych poprzez poprawę i dopasowanie ich charakterystyk przepływowych do potrzeb danej instalacji.

– Propozycja Vibroson odpowiadała firmie CEMEX, ponieważ pozwalała na osiągnięcie celu w krótkim czasie remontu zimowego pieca. Do istniejącej obudowy  zaprojektowano nowy wirnik o większej wydajności – o ok. 20 proc. przy 1200 obr/min. W ten sposób udało się uniknąć wymiany całej konstrukcji wentylatora, mocowania i obudowy – wspomina Marcin Markowski.

Szybki "powrót" do starego wirnika

– Wszystko odbywało się zgodnie z naszymi oczekiwaniami, ale pewne wątpliwości budził w nas pomysł wymiany samego wirnika – przyznaje Wojciech Szczucki. Sam wentylator – trzeba pamiętać – to kluczowe urządzenie. Bez niego zatrzymuje się cała linia pieca do produkcji klinkieru.

Ostatecznie, szefowie CEMEX-u postanowili zrealizować koncepcję zaproponowaną przez Vibroson i inżynierów ABB. Zastrzegli jednak, że nowe rozwiązania techniczne muszą uwzględniać możliwość szybkiego "powrotu" do starego wirnika. – Chcieliśmy zaopatrzyć się w nowy silnik o obrotach dostosowanych do nominalnych obrotów starego wirnika, ponieważ przejście pomiędzy nowym a starym wirnikiem jest możliwe – mówi Wojciech Szczucki.

W związku z tym, zastosowano silnik z nominalnymi 1000 obrotami na minutę dostosowanymi do dopuszczalnych maksymalnych obrotów starego wirnika. – W tej sytuacji niezastąpiony okazał się falownik, dzięki któremu silnik o nominalnych obrotach wynoszących 1000 obr/min mógł pracować z prędkością 1200 obr/min, aby osiągnąć nominalną wydajność nowego wentylatora– tłumaczy zawiłości techniczne Wojciech Szczucki.

W związku z tym, zakupiono dwa silniki 5 MW 3300 V, z czego jeden stanowi zapas. Natomiast jeden z dotychczasowo używanych (zapasowy) został w ramach rozliczenia przekazany do ABB, przez co obniżono koszty inwestycji. –Z firmą ABB współpracujemy od wielu lat przy najważniejszych modernizacjach i inwestycjach, więc uznaliśmy, że możemy jej zaufać – podkreśla Wojciech Szczucki. – Szczególnie, że znaleźliśmy dość dobre zabezpieczenie na wypadek problemów w postaci awaryjnego wirnika. Natomiast "plan B", związany z tym wirnikiem, na szczęście do dzisiaj pozostaje jako rozwiązanie opcjonalne.

tekst: Sławomir Dolecki, zdjęcia: Wojciech Szczucki oraz dzięki uprzejmości Cemex

Linki

Skontaktuj się z nami

Do pobrania

Poleć artykuł

Facebook LinkedIn Twitter WhatsApp