水泥廠電動(dòng)機(jī)節(jié)能探討

　　電動(dòng)機(jī)的合理選型和節(jié)能改造

　　1.1  選用節(jié)能型電動(dòng)機(jī)

    Y系列電動(dòng)機(jī)是全國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的新系列產(chǎn)品，是國(guó)內(nèi)目前較先進(jìn)的三相異步電動(dòng)機(jī)。20世紀(jì)80年代中期即在全國(guó)推廣應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)是效率高、節(jié)能、啟動(dòng)性能好。而目前國(guó)內(nèi)許多老水泥企業(yè)仍大量采用JO2系列電動(dòng)機(jī)，相比來(lái)說(shuō)Y系列比JO2系列電動(dòng)機(jī)效率提高了0.413％。因此用Y系列電動(dòng)機(jī)取代舊式電動(dòng)機(jī)勢(shì)在必行，目前我廠85％電動(dòng)機(jī)都已改為了新型號(hào)電動(dòng)機(jī)。

　　1.2  合理選用電動(dòng)機(jī)類型

　　選擇電動(dòng)機(jī)類型除了滿足拖動(dòng)功能外，還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性能。對(duì)于年運(yùn)行時(shí)間大于3000h，負(fù)載率大于50％的場(chǎng)合，應(yīng)選擇YX系列高效率的三相異步電動(dòng)機(jī)。與Y系列相比，其效率平均高3％，損耗降低20％～30％，雖然價(jià)格高于Y系列電動(dòng)機(jī)，但從長(zhǎng)期運(yùn)行考慮，經(jīng)濟(jì)性還是明顯的。

　　同步電動(dòng)機(jī)能提高企業(yè)電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低供電線路損耗，但控制系統(tǒng)繁雜，價(jià)格較高。隨著異步電動(dòng)機(jī)制造水平的提高，新設(shè)備已很少采用。

　　1.3  合理選用電動(dòng)機(jī)的額定容量

　　國(guó)家對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)3個(gè)運(yùn)行區(qū)域作了如下規(guī)定：負(fù)載率在70％～100％之問(wèn)為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)；負(fù)載率在40％～70%之間為一般運(yùn)行區(qū)；負(fù)載率在40％以下為非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)。若電動(dòng)機(jī)容量選得過(guò)大，雖然能保證設(shè)備的正常運(yùn)行，但不僅增加了投資，而且它的效率和功率因數(shù)也都很低，造成電力的浪費(fèi)。因此考慮到既能滿足水泥廠設(shè)備運(yùn)行需要，又能使其盡可能地提高效率，水泥企業(yè)一般負(fù)載率保持在60％～l00％較為理想。對(duì)于負(fù)載率小于40％的三角形接法電動(dòng)機(jī)可改為星型接法，以提高其效率。

　　1.4  老式電動(dòng)機(jī)的節(jié)能改造

    (1)更換電動(dòng)機(jī)的外風(fēng)扇，將電動(dòng)機(jī)的外風(fēng)扇改為節(jié)能型，對(duì)于不同型號(hào)的電動(dòng)機(jī)，有對(duì)應(yīng)的節(jié)能型風(fēng)扇產(chǎn)品可供選用。主要用于單方向運(yùn)轉(zhuǎn)的2極和4極電動(dòng)機(jī)，改后可提高效率1.35％～2.55％。

    (2)采用磁性槽泥代替原來(lái)的槽楔，用磁性槽泥進(jìn)行電動(dòng)機(jī)節(jié)能改造后，可降低電動(dòng)機(jī)的鐵芯損耗和附加損耗，提高效率，雖然啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)下降10％～20％，但很適應(yīng)空載或輕載啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)改造。

　　電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行形式的合理設(shè)計(jì)

　　2.1  低壓籠型大中型電動(dòng)機(jī)

　　若采用全壓直接啟動(dòng)方式，這要求電力系統(tǒng)有足夠大的容量，而實(shí)際運(yùn)行時(shí)，電力系統(tǒng)負(fù)載率很低，影響供電效率，并且用直接啟動(dòng)方式易燒毀開(kāi)關(guān)、電動(dòng)機(jī)，影響電網(wǎng)其他設(shè)備的運(yùn)行，往往為了盡量減少電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)次數(shù)而寧愿讓電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)而不停車，造成大量浪費(fèi)。此類電動(dòng)機(jī)可以用電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器啟動(dòng)。電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器是采用大功率晶閘管模塊作為主回路的開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)控制它的導(dǎo)通角以實(shí)現(xiàn)軟特性的電壓爬升。它具有對(duì)電網(wǎng)無(wú)過(guò)大沖擊，對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)(齒輪及軸連接器)震動(dòng)小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩平滑穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)。啟動(dòng)電流在2.5～3.5倍額定電流之間可調(diào)，啟動(dòng)時(shí)間可調(diào)。我廠在185、155kW羅茨風(fēng)機(jī)和55kW排風(fēng)機(jī)上應(yīng)用，改造后具體情況見(jiàn)表1，解決了改造前采用直接啟動(dòng)時(shí)，經(jīng)常發(fā)生的變壓器跳閘及開(kāi)關(guān)、電動(dòng)機(jī)燒毀的現(xiàn)象。

　　高壓籠型電動(dòng)機(jī)

    傳統(tǒng)的啟動(dòng)方式多選用電抗器、自耦變壓器等，但這些啟動(dòng)設(shè)備都不能很好地滿足啟動(dòng)要求，很難獲得理想的啟動(dòng)參數(shù)。目前出品的熱變電阻軟啟動(dòng)裝置能較好地滿足啟動(dòng)要求。熱變電阻器由具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻材料制成，電阻器串于電動(dòng)機(jī)定子回路，當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、電阻體通過(guò)啟動(dòng)電流時(shí)，其溫度升高，而阻值隨之減小，從而使電動(dòng)機(jī)端電壓逐步升高，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐步增加，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)啟動(dòng)。根據(jù)電動(dòng)機(jī)參數(shù)和負(fù)載要求的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，能方便地配置適當(dāng)?shù)膯?dòng)電阻值獲得最佳的啟動(dòng)參數(shù)，即在較小的啟動(dòng)電流下，獲得足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。海螺集團(tuán)回轉(zhuǎn)窯風(fēng)機(jī)上已有應(yīng)用，啟動(dòng)電流為2.92Ⅰe，與用電抗器相比，電流下降了28％，電網(wǎng)壓降由8％降到了5％。這說(shuō)明在啟動(dòng)過(guò)程中有一定的節(jié)能效果，延長(zhǎng)了電動(dòng)機(jī)的使用壽命，減少了對(duì)機(jī)械設(shè)備的沖擊。由于啟動(dòng)裝置熱容量大，幾乎無(wú)需維修，因此在水泥企業(yè)的相關(guān)電動(dòng)機(jī)上有明顯的推廣價(jià)值。

　　2.3  大型繞線型電動(dòng)機(jī)

    以前大多采用頻敏變阻器啟動(dòng)，但其故障率太高。目前較為成熟的方式是采用液體變阻啟動(dòng)器。它是利用兩極問(wèn)的液體電阻，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)裝置使極板的距離逐步接近，直至接觸，達(dá)到串人轉(zhuǎn)子回路中的電阻無(wú)級(jí)變小最后為零，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)無(wú)沖擊的平滑啟動(dòng)。其特點(diǎn)是啟動(dòng)電流小，對(duì)電網(wǎng)無(wú)沖擊，熱容量大，可連續(xù)啟動(dòng)5～10次，維護(hù)方便，使用可靠。目前我廠該類型電動(dòng)機(jī)已全部采用液體變阻啟動(dòng)器。

　　2.4  中、小型繞線電動(dòng)機(jī)

　　以前主要采用頻敏電阻器和油浸電阻器啟動(dòng)，由于有滑環(huán)、碳刷、短路環(huán)等零件與繼電器、交流接觸器、頻敏或油浸變阻器等電器元件組成的啟動(dòng)系統(tǒng)都安裝在粉塵較大的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，因此它具有故障率高、維修量大的缺點(diǎn)，經(jīng)常影響設(shè)備的正常運(yùn)行，而無(wú)刷無(wú)環(huán)啟動(dòng)器較好地解決了上述問(wèn)題，它是一種啟動(dòng)平滑，不改變運(yùn)行特性且不受粉塵干擾的啟動(dòng)設(shè)備。其一次啟動(dòng)電流限制在3.0～4.0Ⅰe之間，適合于11～600kW的高低壓繞線型電動(dòng)機(jī)。該啟動(dòng)器是利用頻敏變阻器的原理，利用鐵磁性材料的頻感特性研制而成，安裝在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸原來(lái)裝集電環(huán)的位置，與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，省去了電動(dòng)機(jī)的輔助啟動(dòng)裝置。我廠已在5臺(tái)設(shè)備上使用．

　　電動(dòng)機(jī)的調(diào)速節(jié)能

　　3.1  變頻調(diào)速

　　變頻調(diào)速結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠，調(diào)速精度高，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍廣，節(jié)能顯著。我廠在回轉(zhuǎn)窯主傳動(dòng)、選粉機(jī)、煤粉喂料、篦冷機(jī)篦床、料漿供給和排風(fēng)機(jī)(除大功率的高壓排風(fēng)機(jī)之外)等設(shè)備上，都采用了變頻調(diào)速，我廠電動(dòng)機(jī)變頻器應(yīng)用情況見(jiàn)表3。

　　3.2  繞線式電動(dòng)機(jī)液體調(diào)速

　　對(duì)于一些調(diào)速精度要求不高，調(diào)速范圍要求不寬，并且不頻繁調(diào)速的繞線式電動(dòng)機(jī)，如風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備的大中型繞線式異步電動(dòng)機(jī)采用液體調(diào)速效果顯著。與變頻調(diào)速、可控硅串級(jí)調(diào)速相比，該方式更經(jīng)濟(jì)、可靠、實(shí)用，維護(hù)簡(jiǎn)單，雖調(diào)速時(shí)效率稍低，但功率因數(shù)高，且全速時(shí)效率高于變頻調(diào)速，價(jià)格僅為變頻調(diào)速的幾分之一。該設(shè)備采用強(qiáng)制冷卻的方法由循環(huán)水裝置來(lái)降低在調(diào)速過(guò)程中液體電阻因通電發(fā)熱所升高的溫度，有效地解決了以前熱容量不夠容易引起開(kāi)鍋的現(xiàn)象。我公司一分廠在l臺(tái)460kW噴槍泵上使用已有2年，投入前一次運(yùn)行電流平均為42A，投入后平均電流降低為36A。運(yùn)行功率由340kW降為286kW，節(jié)電達(dá)16％。廣東肇慶小湘水泥有限公司一分廠制成355kW排風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)使用了1臺(tái)YQT-500型液體調(diào)速器，投入前一次運(yùn)行電流平均為36A，投入后平均電流為26A，節(jié)電率達(dá)28%。因此水泥企業(yè)的窯尾排風(fēng)機(jī)高壓繞線電動(dòng)機(jī)最適宜液體調(diào)速改造。

　　另外，傳統(tǒng)調(diào)速所采用的晶閘管串級(jí)調(diào)速、直流調(diào)速、電磁滑差調(diào)速、液力耦合器調(diào)速和異步電動(dòng)機(jī)的變級(jí)調(diào)速等，有的逐漸被淘汰，有的在水泥企業(yè)應(yīng)用較少，不再逐一介紹。

　　電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)補(bǔ)償

　　4.1  原理及補(bǔ)償類型

　　籠型電動(dòng)機(jī)通常采用并聯(lián)電容器就地補(bǔ)償?shù)姆椒?。我廠在35臺(tái)37kW以上的籠型低壓電動(dòng)機(jī)上進(jìn)行了并聯(lián)電容器補(bǔ)償，每年節(jié)電17萬(wàn)kWh。繞線式電動(dòng)機(jī)可采用進(jìn)相機(jī)補(bǔ)償?shù)姆绞?。進(jìn)相機(jī)補(bǔ)償分旋轉(zhuǎn)式和靜止式2種，由于旋轉(zhuǎn)式進(jìn)相機(jī)結(jié)構(gòu)上的缺陷，目前逐步被靜止式進(jìn)相機(jī)所代替。我廠在原料磨1000kW電動(dòng)機(jī)上采用了靜止式進(jìn)相機(jī)補(bǔ)償，電動(dòng)機(jī)溫升下降了16℃，功率因數(shù)升為0.98，一次電流降低16％，每年節(jié)約電費(fèi)9.6萬(wàn)元。

　　4.2  應(yīng)注意的問(wèn)題

　　經(jīng)常停用的電動(dòng)機(jī)，年利用率很低的電動(dòng)機(jī)，多速電動(dòng)機(jī)，經(jīng)常反復(fù)開(kāi)停、點(diǎn)動(dòng)或堵轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)和雙向轉(zhuǎn)動(dòng)或反接制動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，不宜進(jìn)行就地補(bǔ)償。

　　結(jié)束語(yǔ)
　　目前，水泥行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，但關(guān)鍵還是制造成本的競(jìng)爭(zhēng)，而電動(dòng)機(jī)電耗占成本30％，因此做好電動(dòng)機(jī)的降耗增效工作就顯得極為重要。所以，我們要從電動(dòng)機(jī)的選型、啟動(dòng)方式和運(yùn)行方案設(shè)計(jì)等每個(gè)環(huán)節(jié)開(kāi)展細(xì)致的工作，同時(shí)要大力應(yīng)用新技術(shù)新成果，促進(jìn)企業(yè)的節(jié)能降耗。