變頻器在水泥廠的應用

　　一、 概述

　　風機水泵類負載多是根據(jù)滿負荷工作需用量來選型，實際應用中大部分時間并非工作于滿負荷狀態(tài)，由于交流電機調速很困難。常用擋風板、回流閥或開/停機時間，來調節(jié)風量或流量，同時大電機在工頻狀態(tài)下頻繁開/停比較困難，電力沖擊較大，勢必造成電能損耗和開/停機時的電流沖擊。采用變頻器直接控制風機、泵類負載是一種最科學的控制方法，當電機在額定轉速的80%運行時，理論上其消耗的功率為額定功率的（80%）2次方，即51.2%，去除機械損耗電機銅、鐵損等影響。節(jié)能效率也接近40%，同時也可以實現(xiàn)閉環(huán)恒壓控制，節(jié)能效率將進一步提高。由于變頻器可實現(xiàn)大的電動機的軟停、軟起，避免了啟動時的電壓沖擊，減少電動機故障率，延長使用壽命，同時也降低了對電網(wǎng)的容量要求和無功損耗。

　　二、交流變頻調速系統(tǒng)的特點:

　　1、效率高．節(jié)約能源。在相同的情況下．交流變頻驅動比一般直流傳動方式能提高效率5％左右，比電動機一發(fā) 
電機組供電的直流傳動方式提高效率15％左右，比其它交流調速方式提高效率20％以上，節(jié)能效果顯著。變頻調速用于風機水泵的控制，甚至可節(jié)約電能50％以上。
　　2、S3000系列變頻器具有和直流調速系統(tǒng)相同的調速平滑、方便、超載力矩和起動力矩大等優(yōu)點。目前較先進的變頻器的調速范圍可達1：100，超載能力可達150％、60S。
　　3、所控制的交流電機容量、速度和電壓等級高?？梢愿鶕?jù)需要設計出高轉速、大容量的交流變頻供大型交流電動機，而直流電動機因受換向條件的制約其容量和速度受到很大限制。交流電動機的電壓可以達到10kV以上。
　　4、系統(tǒng)的控制精度和回應速度均優(yōu)于直流傳動指標和水準。
　　5、工/變頻轉換電路，保障系統(tǒng)的安全可靠
　　6、提高了運行可靠性．減少了維修工作量。降低了運行成本。 

　　三、節(jié)能原理 

　　羅茨風機節(jié)能 

　　羅茨風機的風壓是不受風機轉速限制的，不論轉速變化如何其風壓可以保持不變。而風量則與風機轉速成正比的， 
即Q＝KN 
Q：表示風量 N：表示風機轉速 K：為系數(shù)

　　從公式可知，風量調節(jié)，完全由變頻器改變電機頻率達到無級變速，起到調節(jié)風量的效果。根據(jù)現(xiàn)場應用工藝 
風機的最低頻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節(jié)量是基本相同的，凡立窯應用變頻技術都可以獲40%左右的節(jié)能效果。

　　羅茨鼓風機個恒轉矩負載，其節(jié)電率與轉速降成正比即N％=△N％，雖然不同于一般風機、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小時工作的，并開動時間亦很長。因此節(jié)電潛力大，節(jié)電費用高。

　　羅茨鼓風機進行技術改造后，改變了過去以調節(jié)出口（進口）閥門開度方式來調節(jié)風壓或風量的生產方式，勞動強度減輕，調節(jié)的及時性好，提高了產品的合格率，單耗明顯下降。

　　立窯卸料機節(jié)能 

　　立窯卸料機是采用18.5～30KW的滑差調速電機，轉速通?？刂圃?00－1000rpm，這是工藝上根據(jù)窯的情況，對卸料速度進行控制的。采用變頻調速的方法取代滑差電機。經(jīng)過多個廠家的應用結果表明，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，因為利用滑差調速方法是的一種耗能的低效調速方法，

① 滑差電機主電機軸輸出功率：P0∝M0*N0
P0：表示軸輸出功率 M0：表示負載轉矩 N0：表示主電機轉速
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，滑差電機的轉速越低，浪費能源越大，然而卸料機的轉速通常在400rpm左右運行，因此改用變頻調速的方式會有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速電機，還有很多設備同樣是采用滑差電機，要進一步挖潛應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。

　　離心式風機水泵節(jié)能 

　　對于離心式風機、水泵的變頻調速改造同樣有巨大的節(jié)能潛力。通過沸騰式鍋爐高壓離心式風機應用變頻調速的方法調節(jié)風量，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70％。 

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

　　改變轉速其流量線性變化的而功耗則是立方關系變化，因此在調節(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，轉速與壓力是平方關系，當轉速下降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，不用考慮轉速與風壓的關系。

　　離心風機、泵類設備傳統(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，風門或截流閥控制流量的功耗與流量關系：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。

　　比較風門或截流閥控制與變頻調速調節(jié)，可以看到在流量變化范圍，采用變頻調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。 

　　系統(tǒng)特點 

　　變頻節(jié)能技術在水泥廠應用后不但節(jié)省了電費支出（節(jié)電率可達30％-50％），提高了產品品質，也增加了使用上的靈活性，對不同工藝性要求適應性更強。

　　避免電機啟動時電流沖擊大和 電網(wǎng)電壓降低，可明顯減少風機葉輪、機殼及軸承的磨損，延長檢修換件周期和設備使用壽命，節(jié)約維修費。 

　　四、改造方案

　　根據(jù)技術要求，本方案采用變頻調速技術，把擋風門開的最大，根據(jù)生產需要人工可隨時在現(xiàn)場、也可在電氣控制室控制，只需調節(jié)電位器即可調節(jié)風機轉速。系統(tǒng)可隨時隨意改變引風、鼓風量，以適應的變化，保持風機的正常經(jīng)濟運行，達到穩(wěn)定控制、方便操作、節(jié)約能源的目的

　　五、節(jié)能效果計算

　　風機配用45kw電機，實際工作如一臺風機，如風門開啟度為20%來計算，利用變頻器可以使得風機的運行頻率設置在35Hz，全天24小時工作, 設原來電機全速供風量為Qn空載損耗為0.1(Y0≈cosnt)。每天總供風量則全速Pp=(45－45×0.1)kw=40.5kw，現(xiàn)更改變頻器后平均轉速為30HZ左右，根據(jù)風壓與轉速n的平方成正比。

　　變頻時只需功率
　　P/40.5=352/502 所以P=19.845KW

　　節(jié)約的功率：Pj=(40.5－19.845)kw*80%（實際效率）=20.655 kw *80%=16.524KW
　　如果電費按0.6元/kw小時計算，每月節(jié)約的電費：
　　16.524kw×24h×30×0.6元/kwh=7138.5元

　　六、結束語

　　利用變頻器調速是目前最佳的調速方式．傳統(tǒng)的凋速、流量控制方式存在著效率低、品質差、消耗大、故障率高等弱點。利用變頻器調速來改造落后的傳統(tǒng)調速方式，能明顯提高用電效率，同時有利于提高水泥生產過程的自動化水準，提高設備運轉率，降低工人勞動，從而有利于提高水泥企業(yè)競爭力。隨著變頻技術的不斷提高和水泥從業(yè)人員對其認識的不斷加深，變頻技術必將在水泥生產過程中有關更廣闊的應用前景。