變頻器在水泥廠的應(yīng)用

　　一、 概述

　　風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載多是根據(jù)滿負(fù)荷工作需用量來(lái)選型，實(shí)際應(yīng)用中大部分時(shí)間并非工作于滿負(fù)荷狀態(tài)，由于交流電機(jī)調(diào)速很困難。常用擋風(fēng)板、回流閥或開(kāi)/停機(jī)時(shí)間，來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量或流量，同時(shí)大電機(jī)在工頻狀態(tài)下頻繁開(kāi)/停比較困難，電力沖擊較大，勢(shì)必造成電能損耗和開(kāi)/停機(jī)時(shí)的電流沖擊。采用變頻器直接控制風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載是一種最科學(xué)的控制方法，當(dāng)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速的80%運(yùn)行時(shí)，理論上其消耗的功率為額定功率的（80%）2次方，即51.2%，去除機(jī)械損耗電機(jī)銅、鐵損等影響。節(jié)能效率也接近40%，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)恒壓控制，節(jié)能效率將進(jìn)一步提高。由于變頻器可實(shí)現(xiàn)大的電動(dòng)機(jī)的軟停、軟起，避免了啟動(dòng)時(shí)的電壓沖擊，減少電動(dòng)機(jī)故障率，延長(zhǎng)使用壽命，同時(shí)也降低了對(duì)電網(wǎng)的容量要求和無(wú)功損耗。

　　二、交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn):

　　1、效率高．節(jié)約能源。在相同的情況下．交流變頻驅(qū)動(dòng)比一般直流傳動(dòng)方式能提高效率5％左右，比電動(dòng)機(jī)一發(fā) 
電機(jī)組供電的直流傳動(dòng)方式提高效率15％左右，比其它交流調(diào)速方式提高效率20％以上，節(jié)能效果顯著。變頻調(diào)速用于風(fēng)機(jī)水泵的控制，甚至可節(jié)約電能50％以上。
　　2、S3000系列變頻器具有和直流調(diào)速系統(tǒng)相同的調(diào)速平滑、方便、超載力矩和起動(dòng)力矩大等優(yōu)點(diǎn)。目前較先進(jìn)的變頻器的調(diào)速范圍可達(dá)1：100，超載能力可達(dá)150％、60S。
　　3、所控制的交流電機(jī)容量、速度和電壓等級(jí)高?？梢愿鶕?jù)需要設(shè)計(jì)出高轉(zhuǎn)速、大容量的交流變頻供大型交流電動(dòng)機(jī)，而直流電動(dòng)機(jī)因受換向條件的制約其容量和速度受到很大限制。交流電動(dòng)機(jī)的電壓可以達(dá)到10kV以上。
　　4、系統(tǒng)的控制精度和回應(yīng)速度均優(yōu)于直流傳動(dòng)指標(biāo)和水準(zhǔn)。
　　5、工/變頻轉(zhuǎn)換電路，保障系統(tǒng)的安全可靠
　　6、提高了運(yùn)行可靠性．減少了維修工作量。降低了運(yùn)行成本。 

　　三、節(jié)能原理 

　　羅茨風(fēng)機(jī)節(jié)能 

　　羅茨風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓是不受風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速限制的，不論轉(zhuǎn)速變化如何其風(fēng)壓可以保持不變。而風(fēng)量則與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比的， 
即Q＝KN 
Q：表示風(fēng)量 N：表示風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 K：為系數(shù)

　　從公式可知，風(fēng)量調(diào)節(jié)，完全由變頻器改變電機(jī)頻率達(dá)到無(wú)級(jí)變速，起到調(diào)節(jié)風(fēng)量的效果。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工藝 
風(fēng)機(jī)的最低頻15HZ,通常在35HZ左右，有個(gè)別時(shí)刻50HZ滿風(fēng)量運(yùn)行，由于立窯工藝基本是一致的，因此在不同的立窯風(fēng)量調(diào)節(jié)量是基本相同的，凡立窯應(yīng)用變頻技術(shù)都可以獲40%左右的節(jié)能效果。

　　羅茨鼓風(fēng)機(jī)個(gè)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其節(jié)電率與轉(zhuǎn)速降成正比即N％=△N％，雖然不同于一般風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)電率更高，但因它的功率較大，而且只要爐墻不壞，是連續(xù)24小時(shí)工作的，并開(kāi)動(dòng)時(shí)間亦很長(zhǎng)。因此節(jié)電潛力大，節(jié)電費(fèi)用高。

　　羅茨鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造后，改變了過(guò)去以調(diào)節(jié)出口（進(jìn)口）閥門開(kāi)度方式來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)壓或風(fēng)量的生產(chǎn)方式，勞動(dòng)強(qiáng)度減輕，調(diào)節(jié)的及時(shí)性好，提高了產(chǎn)品的合格率，單耗明顯下降。

　　立窯卸料機(jī)節(jié)能 

　　立窯卸料機(jī)是采用18.5～30KW的滑差調(diào)速電機(jī)，轉(zhuǎn)速通?？刂圃?00－1000rpm，這是工藝上根據(jù)窯的情況，對(duì)卸料速度進(jìn)行控制的。采用變頻調(diào)速的方法取代滑差電機(jī)。經(jīng)過(guò)多個(gè)廠家的應(yīng)用結(jié)果表明，平均節(jié)能量40%左右、為什么對(duì)滑差電機(jī)進(jìn)行變頻改造會(huì)有如此大的節(jié)能效果呢，因?yàn)槔没钫{(diào)速方法是的一種耗能的低效調(diào)速方法，

① 滑差電機(jī)主電機(jī)軸輸出功率：P0∝M0*N0
P0：表示軸輸出功率 M0：表示負(fù)載轉(zhuǎn)矩 N0：表示主電機(jī)轉(zhuǎn)速
②滑差頭輸出功率：P1∝M0•N1
P1：表示輸出功率 N1：表示滑差頭轉(zhuǎn)速
③滑差頭損耗功率：△P＝P0－P1∝M0（N0-N1）

　　由滑差頭損耗功率公式可以清楚看到，滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速越低，浪費(fèi)能源越大，然而卸料機(jī)的轉(zhuǎn)速通常在400rpm左右運(yùn)行，因此改用變頻調(diào)速的方式會(huì)有50～60％的節(jié)能效果。

　　在水泥廠中除了立窯卸料機(jī)是采用滑率調(diào)速電機(jī)，還有很多設(shè)備同樣是采用滑差電機(jī)，要進(jìn)一步挖潛應(yīng)全面對(duì)低效耗能的滑差電機(jī)進(jìn)行變頻改造，節(jié)能前景大有可為。

　　離心式風(fēng)機(jī)水泵節(jié)能 

　　對(duì)于離心式風(fēng)機(jī)、水泵的變頻調(diào)速改造同樣有巨大的節(jié)能潛力。通過(guò)沸騰式鍋爐高壓離心式風(fēng)機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速的方法調(diào)節(jié)風(fēng)量，證明其節(jié)能效果在30～50％，水泵的變頻改造節(jié)能效果高達(dá)70％。 

　　離心式風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備的流量與轉(zhuǎn)速成正比Q∝N，壓力與轉(zhuǎn)速平方成正比H∝N2，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比P∝N3（Q：表示流量 N：表示轉(zhuǎn)速 H：表示壓力　P：表示功率 ） 

　　改變轉(zhuǎn)速其流量線性變化的而功耗則是立方關(guān)系變化，因此在調(diào)節(jié)風(fēng)量或流量時(shí)如降低20％的風(fēng)量或流量，功耗則會(huì)下降50％。但是必須注意，轉(zhuǎn)速與壓力是平方關(guān)系，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降20％壓力則會(huì)下降64％，因此必須要注意工藝要求壓力范圍不能象羅茨風(fēng)機(jī)那樣，不用考慮轉(zhuǎn)速與風(fēng)壓的關(guān)系。

　　離心風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備傳統(tǒng)的風(fēng)量、流量控制的，大量的能源耗在風(fēng)門或截流閥的阻力上，風(fēng)門或截流閥控制流量的功耗與流量關(guān)系：P＝P0＋K•Q　Q：表示流量 K：為系數(shù) P：表示功耗　P0：表示基本功率。

　　比較風(fēng)門或截流閥控制與變頻調(diào)速調(diào)節(jié)，可以看到在流量變化范圍，采用變頻調(diào)速的方法具有很大的節(jié)能潛力，因此在水泥廠的供水泵或其它離心風(fēng)機(jī)上進(jìn)行變頻改造同樣會(huì)取得很大的節(jié)能效果。 

　　系統(tǒng)特點(diǎn) 

　　變頻節(jié)能技術(shù)在水泥廠應(yīng)用后不但節(jié)省了電費(fèi)支出（節(jié)電率可達(dá)30％-50％），提高了產(chǎn)品品質(zhì)，也增加了使用上的靈活性，對(duì)不同工藝性要求適應(yīng)性更強(qiáng)。

　　避免電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流沖擊大和 電網(wǎng)電壓降低，可明顯減少風(fēng)機(jī)葉輪、機(jī)殼及軸承的磨損，延長(zhǎng)檢修換件周期和設(shè)備使用壽命，節(jié)約維修費(fèi)。 

　　四、改造方案

　　根據(jù)技術(shù)要求，本方案采用變頻調(diào)速技術(shù)，把擋風(fēng)門開(kāi)的最大，根據(jù)生產(chǎn)需要人工可隨時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)、也可在電氣控制室控制，只需調(diào)節(jié)電位器即可調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)可隨時(shí)隨意改變引風(fēng)、鼓風(fēng)量，以適應(yīng)的變化，保持風(fēng)機(jī)的正常經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，達(dá)到穩(wěn)定控制、方便操作、節(jié)約能源的目的

　　五、節(jié)能效果計(jì)算

　　風(fēng)機(jī)配用45kw電機(jī)，實(shí)際工作如一臺(tái)風(fēng)機(jī)，如風(fēng)門開(kāi)啟度為20%來(lái)計(jì)算，利用變頻器可以使得風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率設(shè)置在35Hz，全天24小時(shí)工作, 設(shè)原來(lái)電機(jī)全速供風(fēng)量為Qn空載損耗為0.1(Y0≈cosnt)。每天總供風(fēng)量則全速Pp=(45－45×0.1)kw=40.5kw，現(xiàn)更改變頻器后平均轉(zhuǎn)速為30HZ左右，根據(jù)風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速n的平方成正比。

　　變頻時(shí)只需功率
　　P/40.5=352/502 所以P=19.845KW

　　節(jié)約的功率：Pj=(40.5－19.845)kw*80%（實(shí)際效率）=20.655 kw *80%=16.524KW
　　如果電費(fèi)按0.6元/kw小時(shí)計(jì)算，每月節(jié)約的電費(fèi)：
　　16.524kw×24h×30×0.6元/kwh=7138.5元

　　六、結(jié)束語(yǔ)

　　利用變頻器調(diào)速是目前最佳的調(diào)速方式．傳統(tǒng)的凋速、流量控制方式存在著效率低、品質(zhì)差、消耗大、故障率高等弱點(diǎn)。利用變頻器調(diào)速來(lái)改造落后的傳統(tǒng)調(diào)速方式，能明顯提高用電效率，同時(shí)有利于提高水泥生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化水準(zhǔn)，提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率，降低工人勞動(dòng)，從而有利于提高水泥企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。隨著變頻技術(shù)的不斷提高和水泥從業(yè)人員對(duì)其認(rèn)識(shí)的不斷加深，變頻技術(shù)必將在水泥生產(chǎn)過(guò)程中有關(guān)更廣闊的應(yīng)用前景。