淺談變頻器在水泥熟料生產(chǎn)中的應(yīng)用

　　一、幾種風(fēng)量調(diào)節(jié)方式比較： 

　　1、通過改變風(fēng)機(jī)的管網(wǎng)特性曲線來實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié) 

　　這種辦法是通過調(diào)節(jié)擋風(fēng)板的開關(guān)程度來實(shí)現(xiàn)的，如圖1所示。風(fēng)機(jī)在管網(wǎng)特性曲線R1工作時(shí)，工況點(diǎn)為M1，其風(fēng)量、風(fēng)壓分別為Q1、H1。如果要減少流量，可將風(fēng)機(jī)的擋風(fēng)板關(guān)小，管網(wǎng)特性曲線變?yōu)镽2，工況點(diǎn)移至M2，風(fēng)量、壓力變?yōu)镼2、H2。其實(shí)質(zhì)是人為地增加或減少風(fēng)機(jī)的管網(wǎng)阻力，而風(fēng)機(jī)的性能曲線（H—Q曲線）不變，工況點(diǎn)沿著風(fēng)機(jī)的性能曲線（H—Q曲線）由M1移到M2，繼續(xù)關(guān)小擋風(fēng)板，特性曲線變?yōu)镽3，工況點(diǎn)移至M3，從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，目前集團(tuán)在運(yùn)行的干法熟料線篦冷機(jī)風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)都采用這種方法，但是此種方法由于人為地增加了風(fēng)機(jī)的管網(wǎng)阻力，多消耗了一部分功率，故很不經(jīng)濟(jì)，尤其是風(fēng)量變化較大時(shí)，損耗的功率更大。

圖1  改變風(fēng)機(jī)的管網(wǎng)的特性曲線 

　　2、通過改變風(fēng)機(jī)葉片的角度來實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié) 

　　當(dāng)風(fēng)機(jī)管網(wǎng)性能曲線不變時(shí)，通過改變風(fēng)機(jī)葉片的角度，使風(fēng)機(jī)的特性曲線（H—Q曲線）改變，工況點(diǎn)將沿著管網(wǎng)特性曲線移動(dòng)，達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。如圖2所示，圖中M1點(diǎn)是原來工況點(diǎn)，其風(fēng)量、風(fēng)壓分別為Q1、H1，葉片角度為 ；當(dāng)改變?nèi)~片角度為 時(shí)，風(fēng)機(jī)性能曲線（H—Q曲線）由 線變?yōu)?nbsp;線，與管網(wǎng)特性曲線相交于M2，風(fēng)量、風(fēng)壓變?yōu)镼2、H2，從而達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量的目的。這種辦法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，相對(duì)于節(jié)流調(diào)節(jié)風(fēng)量能減少節(jié)流損耗，達(dá)到節(jié)能目的，但由于必須停機(jī)來改變風(fēng)機(jī)葉片角度，因此不適合要求連續(xù)不斷運(yùn)行的場(chǎng)合。

 

圖2 改變風(fēng)機(jī)葉片的角度來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量的特性曲線 

　　3、通過改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié) 

　　當(dāng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速改變時(shí)，其性能曲線的變化如圖3所示，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為n1時(shí)，風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓-風(fēng)量曲線與管網(wǎng)特性曲線R1相交于M1點(diǎn)，其風(fēng)量、風(fēng)壓分別為Q1、H1，電機(jī)的軸功率P1與Q1、H1的乘積成正比，在圖中可以用面積H1M1Q1O來表示。若工藝變更，需要的風(fēng)量為Q2時(shí)，可將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降到n2，風(fēng)機(jī)的性能曲線（H—Q曲線）相應(yīng)下降并與R1相交于M2點(diǎn)，此時(shí)風(fēng)量為Q2，風(fēng)壓為H2，可見風(fēng)量、風(fēng)壓同時(shí)下降，達(dá)到風(fēng)量調(diào)節(jié)的作用。相對(duì)于節(jié)流調(diào)節(jié)而言，當(dāng)風(fēng)量為Q2時(shí)，是靠關(guān)閉擋風(fēng)板來實(shí)現(xiàn)的，此時(shí)管網(wǎng)特性曲線由R1變化到R2，與n1時(shí)的風(fēng)機(jī)特性曲線相交于M3，此時(shí)風(fēng)量為Q2，風(fēng)壓為Hf，由圖3可見，Hf＞H2，即用關(guān)閉擋風(fēng)板來調(diào)節(jié)風(fēng)量，雖然風(fēng)量下降了，但風(fēng)壓相對(duì)于調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來說，反而上升了，因而變速調(diào)節(jié)比節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)的風(fēng)壓要減小ΔH=Hf-H2。在滿足同樣風(fēng)量Q2的情況下，風(fēng)壓H2大幅度降低，在假設(shè)效率不變時(shí)相應(yīng)的軸功率P2隨著顯著減少，用面積H2M2Q2O表示。節(jié)省的功率△P＝（Hf-H2）×Q2，用面積HfM3M2H2表示，顯然，節(jié)能的效果非常明顯。即變速調(diào)節(jié)比節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)，風(fēng)機(jī)從電網(wǎng)吸收功率要減少，因此采用變速調(diào)節(jié)，能把消耗在節(jié)流中的損耗省下來，達(dá)到節(jié)能的目的。由于 值較大，一般約占Hf的30%～40%，因而變速調(diào)節(jié)是風(fēng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的有效途徑。

 
 
圖3  改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來改變風(fēng)機(jī)的特性曲線 

　　由流體力學(xué)可知，風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，風(fēng)壓H與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率N與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。采用調(diào)速系統(tǒng)，當(dāng)風(fēng)量下降到80％，轉(zhuǎn)速下降到80％，軸功率下降到額定功率的51.2％，如果風(fēng)量下降到60％，軸功率N下降到額定功率的21.6％，當(dāng)然同時(shí)還要考慮由于轉(zhuǎn)速降低會(huì)引起效率的降低及附件控制裝置的效率影響等。即便這樣，節(jié)能的效果也是可觀的。目前集團(tuán)運(yùn)行的生產(chǎn)線中窯頭一次風(fēng)機(jī)早已采用此種變頻調(diào)速方式。 

　　二、常用幾種調(diào)速方式的比較 

　　要風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能，則拖動(dòng)它的電動(dòng)機(jī)必須能夠調(diào)速。目前成熟的水泥廠風(fēng)機(jī)常用的調(diào)速主要有液力偶合器調(diào)速及變頻調(diào)速，現(xiàn)比較如下： 

　　1、液力偶合器調(diào)速 

　　液力偶合器調(diào)速亦屬耗能型低效無極調(diào)速方式，它由恒速電動(dòng)機(jī)、液力偶合器組成，液力偶合器安裝在恒速電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)中間，通過改變液力偶合器工作腔內(nèi)液體的充滿度（即油壓），就可以改變液力偶合器所傳遞的轉(zhuǎn)矩和輸出軸的轉(zhuǎn)速，使液力偶合器電機(jī)端和風(fēng)機(jī)端的轉(zhuǎn)速不一致，從而實(shí)現(xiàn)在電機(jī)速度不改變的條件下對(duì)風(fēng)機(jī)的調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。若液力偶合器出現(xiàn)故障，必須停機(jī)處理，更重要的是調(diào)速時(shí)也消耗能量，當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)到額定轉(zhuǎn)速2/3時(shí)該損耗最大，為電機(jī)額定功率的14.8%，因此其節(jié)能效果不太理想。主要表現(xiàn)如下： 

　　① 安裝要求高，運(yùn)行維護(hù)工作量大，需要定期加油，對(duì)油質(zhì)要求高。并定期檢查逆止器及易熔塞； 

　　② 效率低，損耗大； 

　　③  調(diào)速精度低，速度響應(yīng)慢，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定； 

　　④ 可靠性差，偶合器出現(xiàn)故障，無法啟動(dòng)設(shè)備，必須停機(jī)處理。 

　　2、中、低壓變頻調(diào)速 

　　變頻調(diào)速是高效調(diào)速方式，其原理是通過電力半導(dǎo)體器件改變電動(dòng)機(jī)定子的電源頻率（即中壓變頻）和轉(zhuǎn)子電源頻率（即低壓變頻）以實(shí)現(xiàn)調(diào)速。變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)如下： 

　?、?nbsp;調(diào)速范圍寬，調(diào)速效率高，可以使普通異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速； 

　?、?nbsp;采用變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以取消擋板調(diào)節(jié)，具有顯著的節(jié)電效果； 

　　③ 采用變頻器控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng)，避免了對(duì)電網(wǎng)的沖擊； 

　　④ 變頻器具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等保護(hù)、保護(hù)功能強(qiáng)； 

　?、?nbsp;功率因數(shù)高，無需設(shè)電容補(bǔ)償裝置，故障率低，運(yùn)轉(zhuǎn)率高； 

　?、?nbsp;電機(jī)將在低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運(yùn)行，減少了噪聲對(duì)環(huán)境的影響。 

　　由此可見，提高設(shè)備電能的利用效率是節(jié)約電能的有效途徑，更是企業(yè)降低成本、增加競(jìng)爭(zhēng)力、增加利潤(rùn)的有效手段。