水泥廠變頻節(jié)能改造

　　近一、兩年我國大量引進變頻調(diào)速器為各行各業(yè)進行節(jié)能改造，水泥廠的羅茨風機、立窯卸料機，供水泵等設(shè)備應(yīng)用變頻調(diào)速器，經(jīng)過國內(nèi)特別是廣東的多個水泥廠的應(yīng)用，長期測量的數(shù)據(jù)（如江門市水泥廠的統(tǒng)計數(shù)據(jù)）表明，節(jié)能效果是相當驚人的，每生產(chǎn)一噸水泥平均節(jié)約４３％的電耗量。由此可見水泥行業(yè)使用變頻器有明顯的節(jié)能效果，是目前比較為先進的設(shè)備，也是水泥廠今后技改的一個重要方向為了讓更多的廠家認識這種先進的節(jié)能技術(shù)，大膽應(yīng)用，在此將變頻調(diào)速器節(jié)能的原理，以及安裝調(diào)試，使用中的問題作一個綜合報告。

1、羅茨風機應(yīng)用變頻調(diào)速的節(jié)能原理
　　我國水泥廠較多采用立窯配備１５５～２１５ＫＷ羅茨風機，傳統(tǒng)的風量控制辦法是倚靠放風閥進行調(diào)節(jié)。由于羅茨風機的供風量較為恒定的，煅燒時根據(jù)窯的情況需要隨時調(diào)節(jié)風量，當窯內(nèi)需要少風量時，通過放風閥放走多余的風量，造成嚴重的能源浪費。怎樣才能節(jié)省放風所浪費的能源呢？當然比較根本的辦法是控制羅茨風機的轉(zhuǎn)速，進行風量調(diào)節(jié)，保證窯內(nèi)需多少風量就供多少風，完全免除放風所造成的浪費。因此把風機的節(jié)能問題會聚焦點，成為風機無級調(diào)速的問題，針對１５５～２１５ＫＷ或更大功率電機、風機、無級調(diào)速的課題，專家們不懈的努力進行研究、攻關(guān)，比較終是變頻調(diào)速的方法，獲得了成功。無論是造價、可靠性、改造周期是比較為適合大面積推廣使用的。直流電機調(diào)速的方法，如此大功率的直流電機造價很昂貴更主要的是在水泥廠大粉塵環(huán)境下，直流電機的電氣壽命很短，因此無法應(yīng)用。液力偶合器的調(diào)速效率較低，并需要改基礎(chǔ)，改造周期一個多月。根據(jù)國內(nèi)多個水泥廠應(yīng)用結(jié)果表明，平均節(jié)能在５～１０％，這個節(jié)能效果比起采用變頻調(diào)速的方法節(jié)能在３０～４５％是無法比擬的，因此很多廠家紛紛放棄液力偶合器采用變頻器。
　　已經(jīng)采用變頻調(diào)速技術(shù)的廠家通過實踐，實測對其可靠性，節(jié)能效果是毫不懷疑了。但是對于尚未使用過的廠家來說，會有這樣的疑問，在其它廠使用也許有它的特定條件，因此有此效果，它是否適合自己的設(shè)備呢？不能下一個定論。在此我們在理論和實踐上闡明，怎樣估計未使用變頻器的風機的節(jié)能效果。
　　羅茨風機的風壓是不受風機轉(zhuǎn)速限制的，不論轉(zhuǎn)速變化如何其風壓可以保持不變。而風量則與風機轉(zhuǎn)速成正比的，如公式（１－１）
Ｑ＝ＫＮ（式１－１）
Ｑ：表示風量　　Ｎ：表示風機轉(zhuǎn)速?。耍簽橄禂?shù)因此風量調(diào)節(jié)，完全由變頻器改變電機頻率達到無級變速，起到調(diào)節(jié)風量的效果。根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用工藝風機的比較低頻１５ＨＺ，通常在３５ＨＺ左右，有個別時刻５０ＨＺ滿風量運行，由于立窯工藝基本是一致的，因此在不同的立窯風量調(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。

2、立窯卸料調(diào)速電機改造
　　立窯卸料機是采用１８•５～３０ＫＷ的滑差調(diào)速電機，轉(zhuǎn)速通常控制在３００－１０００ｒｐｍ，這是工藝上根據(jù)窯的情況，對卸料速度進行控制的。采用變頻調(diào)速的方法取代滑差電機經(jīng)過多個廠家的應(yīng)用結(jié)果表明，平均節(jié)能量４０％左右、為什么對滑差電機進行變頻改造會有如此大的節(jié)能效果呢，因為利用滑差調(diào)速方法是的一種耗能的低效調(diào)速方法，如公式（２－１）滑差電機主電機軸輸出功率：
　　　　　　　Ｐ０∝Ｍ０*Ｎ０　　　式２－１　　
Ｐ０：表示軸輸出功率
Ｍ０：表示負載轉(zhuǎn)矩
Ｎ０：表示主電機轉(zhuǎn)速
滑差頭輸出功率：
　　　　　　 Ｐ１∝Ｍ０•Ｎ１　　　式２－２　　
Ｐ１：表示輸出功率
N１：表示滑差頭轉(zhuǎn)速
滑差頭損耗功率：　
△Ｐ＝Ｐ０－Ｐ１∝Ｍ０（Ｎ０－Ｎ１）　　式２－３
　　由滑差頭損耗功率公式（２－３）可以清楚看到，滑差電機的轉(zhuǎn)速越低，浪費能源越大，然而卸料機的轉(zhuǎn)速通常在４００ｒｐｍ左右運行，因此改用變頻調(diào)速的方式會有５０～６０％的節(jié)能效果。在水泥廠中除了立窯卸料機是采用滑率調(diào)速電機，還有很多設(shè)備同樣是采用滑差電機，要進一步挖潛應(yīng)全面對低效耗能的滑差電機進行變頻改造，節(jié)能前景大有可為。

3、離心式風機、水泵類設(shè)備的節(jié)能原理
　　有某些水泥廠是采用高壓離心式風機進行供風的，該種水泥窯的風量調(diào)節(jié)是通過風門開啟度對風量進行調(diào)節(jié)。對于離心式風機、水泵的變頻調(diào)速改造同樣有巨大的節(jié)能潛力。我們通過沸騰式鍋爐高壓離心式風機應(yīng)用變頻調(diào)速的方法調(diào)節(jié)風量，實踐證明其節(jié)能效果在３０～５０％。對于水泵的變頻改造節(jié)能效果高達７０％。為什么離心式風機，泵類設(shè)備通過調(diào)速調(diào)節(jié)風量或流量有如此驚人的節(jié)能呢？在此將其原理加以闡明。離心式風機、泵類設(shè)備的流量與轉(zhuǎn)速成正比，如公式（３－１）壓力與轉(zhuǎn)速平方成正比，如公式（３－２）功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，如公式（３－３）
Ｑ∝Ｎ　　式３－１　　Ｑ：表示流量 　
Ｐ∝Ｎ３　式３－３　?。龋罕硎緣毫Α?
Ｐ：表示功率
　　將經(jīng)上３個公式繪成一張圖，如圖３－１可以清楚看到，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)風量或流量時如降低２０％的風量或流量，功耗 ，則會下降５０％。但是必須注意，轉(zhuǎn)速與壓力是平方關(guān)系，當轉(zhuǎn)速下降２０％壓力則會下降６４％，因此必須要注意工藝要求壓力范圍不能象羅茨風機那樣，不用考慮轉(zhuǎn)速與P風壓的關(guān)系。
　　離心風機、泵類設(shè)備傳統(tǒng)的風量、流量控制的，大量的能源耗在風門或截流閥的阻力上，如公式（３－４），風門或截流閥控制流量的功耗與流量關(guān)系：
　　Ｐ＝Ｐ０＋Ｋ•Ｑ　式３－４ 　　
Ｑ：表示流量　?。耍簽橄禂?shù)
Ｐ：表示功耗　　Ｐ０：表示基本功率
　　由此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機上進行變頻改造同樣會取得很大的節(jié)能效果?！　　　　　　?

4、變頻調(diào)速的基本原理及特性
　　對于普通異步電機的無級調(diào)速，必須采用變頻變壓，同時進行的方法才能夠?qū)崿F(xiàn)，異步電機的調(diào)速如，公式（４－１）因此利用變頻技術(shù)，調(diào)整電機的供電頻率，使電機得到任意轉(zhuǎn)速。
Ｎ＝６０ｆ（１－Ｓ）／Ｐ　式４－１　　
Ｎ：表示轉(zhuǎn)速?。妫罕硎绢l率?。樱罕硎净盥省。校罕硎倦姍C極對數(shù)從電機的設(shè)計特性，如單純改變頻率，會造成嚴重的磁過飽和或轉(zhuǎn)矩變軟，根據(jù)電機轉(zhuǎn)矩特性公式（４－２）可知只要在頻率Ｆ變化時，電壓Ｖ跟蹤變化，保持壓頻比Ｖ／Ｆ為常數(shù)，即可保證電機在變頻調(diào)速的同時，保證恒轉(zhuǎn)矩輸出。如圖４－１所示
　　 Ｍ＝Ｋ（Ｖ／Ｆ）　　 式４－２　 Ｍ：表示轉(zhuǎn)矩　 ?。郑罕硎倦妷?　　Ｆ：表示頻率 Ｋ：為系數(shù)
5、電機及水泵的變頻改造
　　滑差調(diào)速電機的變頻改造：改造滑差調(diào)速電機有兩種方法。
　　首先是切換滑差電調(diào)速電機，改用普通異步電機，由變頻器直接控制轉(zhuǎn)速如圖５－２，將原來的滑差電機拆除換上異步電機，將原調(diào)速控制改為變頻控制，這種改造方案，在機械結(jié)構(gòu)上需要換電機及電氣改造，需要時間不多，可以讓調(diào)速系統(tǒng)發(fā)揮比較高效率。
　　另外一種方法是無需更換滑差調(diào)速電機，用變頻器直接控制滑差調(diào)速電機的主電機轉(zhuǎn)速，將滑差頭控制器設(shè)定在比較大轉(zhuǎn)速。這樣減少了機械改造工作。但節(jié)能效果因滑差頭有所損耗，會比直接用異步機調(diào)速的方法低１０％左右。

供水泵的恒壓供水改造方案：
　　在工業(yè)生產(chǎn)中，用水幾乎是每一個工廠必不可少的，水泥廠同樣不會例外，但由于工廠用水不是每時每刻都處于恒定狀態(tài)。因此水泵的流量不加控制的話，在用水低峰期，泵口壓力增加，浪費能源，根據(jù)上文論述的泵類負載的節(jié)能原理，利用變頻器對水泵進行調(diào)速。即可達到節(jié)能目的。采用壓力傳感器ＰＩＤ調(diào)節(jié)器與變頻器構(gòu)成一個閉環(huán)自動控制回路，使整系統(tǒng)自動控制流量，保持壓力恒定，從而使供水泵在比較佳節(jié)能狀態(tài)運行。

6、成球預(yù)加水系統(tǒng)
　　生料成球工序是影響水泥熟料燒結(jié)質(zhì)量的關(guān)鍵工序之一，其中，料、水比例直接影響成球好壞。變頻器通過對成球預(yù)加水泵電機轉(zhuǎn)速進行無極調(diào)速調(diào)節(jié)，時刻跟蹤生料供給量，進行等比例加水，從而使半機械化、半手工加“人腦”（即憑經(jīng)驗）控制的落后工藝跨上了全自動化、電腦控制的新臺階。料水配合比較穩(wěn)定，成球效果良好，水泥燒結(jié)質(zhì)量得到提高

7、生料均化給料系統(tǒng)
　　為確保產(chǎn)品質(zhì)量必須比較大限度消除生料中石料質(zhì)量的隨機波動，實現(xiàn)均化是必要的。但螺旋給料機“堵料”、“虧料”現(xiàn)象時有發(fā)生，間斷給料不僅影響生產(chǎn)，而且造成機械設(shè)備和電器設(shè)備的損傷。各生料倉下送料口的送料比例人為性較大，使均化效果受到影響，一直無法解決。此系統(tǒng)用變頻改造之后，將所有送料口處的送料電機用變頻器同步進行無極調(diào)速，等比例送料，操作人員只需觀察螺旋給料機的總輸料量，調(diào)整送料電機轉(zhuǎn)速快慢即可。這樣均化效果大大提高，非生產(chǎn)耽擱時間減少50%以上。

8、水泥選粉系統(tǒng)
　　根據(jù)水泥桔的不同，要求水泥成品粉粒細度不同，而老式選粉機要改變選粉細度，其過程相當麻煩，不單要停產(chǎn)，而且要將選粉機拆開，調(diào)速同軸上每組扇葉的數(shù)量和角度。這個過程又沒有一定的標準，只能按照經(jīng)驗一次一次對比試驗，每次都重復(fù)這樣的過程：
　　拆開機組→調(diào)整扇葉→裝上機組→試選→檢驗細度
　　直到選出的粉粒達到要求的細度為止。變頻改造之后的選粉系統(tǒng)，只須按下提前預(yù)置的不同標號細度按鈕，選粉機選出的粉粒就對應(yīng)所需要的細度。做到了連續(xù)化、自動化生產(chǎn)，即節(jié)約了寶貴的時間又提高效率，降低勞動強度，綜合效益明顯。

9、安裝、調(diào)試、使用變頻器應(yīng)注意的幾個問題
１、變頻器通常是安裝在配電室內(nèi)，環(huán)境溫度不要超過４０℃，灰塵要較為小，特別注意避免導電性、保濕性和腐蝕性，粉塵和氣體的環(huán)境安裝設(shè)備。
２、電氣安裝時要特別注意，電源輸入輸出線絕對禁止錯接，將電源輸入線接上變頻器的輸出，如發(fā)生錯誤即馬上損壞設(shè)備。
３、遠距離控制線必須采用屏敝線，并且在布線范圍內(nèi)必須與電力動力線相距一米，相交時必須轉(zhuǎn)９０°角，更不要將控制線與動力線放在同一個線框內(nèi)，被免控制信號受到干擾。
４、變頻器開機調(diào)試前必須根據(jù)負載特點，將所有參數(shù)設(shè)定好，檢查無錯誤方可開機運行，特別注意變頻器輸出電流，在起動過程中，恒轉(zhuǎn)速過程中，減速過程中，認真觀察，如果第一次設(shè)定的參數(shù)不是十分理想時，應(yīng)逐步接近。具體調(diào)試規(guī)則請參看本公司的《變頻器調(diào)試手冊》。
５、總結(jié)各家水泥廠在羅茨風機、立窯卸料機、水泵等設(shè)備應(yīng)用，變頻器所碰到的問題以及解決方法在此向各廠家作一個簡介。
⑴、機械共振問題：有個別廠家在使用變頻器前，無機械共振現(xiàn)象的。但利用變頻調(diào)速之后，在某些頻率，機械共振很強烈，有的甚至影響到整座建筑，其原因是原風機系統(tǒng)只是設(shè)計在５０ＨＺ市電下運行，改變頻后，則在１５－５０ＨＺ之間無級變化。因此在某些頻率點上造成機械共振，調(diào)試時必須細心檢查是否存在機械共振的問題，如果有應(yīng)采用頻率回避的方法，即在發(fā)生共振的頻率范圍，跳過該頻率范圍使變頻器不輸出發(fā)生共振的頻率范圍。
⑵、電機低速運行的散熱問題：由于電機的散熱是由電機轉(zhuǎn)子帶的風葉吹風進行的，電機的轉(zhuǎn)速降低時，吹風量減小，低速時，散熱風量不夠，長期運行會造成電機過熱，因此在長期低速運行時，必須另加散熱風扇。