水泥廠變頻節(jié)能改造

　　近一、兩年我國(guó)大量引進(jìn)變頻調(diào)速器為各行各業(yè)進(jìn)行節(jié)能改造，水泥廠的羅茨風(fēng)機(jī)、立窯卸料機(jī)，供水泵等設(shè)備應(yīng)用變頻調(diào)速器，經(jīng)過國(guó)內(nèi)特別是廣東的多個(gè)水泥廠的應(yīng)用，長(zhǎng)期測(cè)量的數(shù)據(jù)（如江門市水泥廠的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）表明，節(jié)能效果是相當(dāng)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(jìn)的設(shè)備，也是水泥廠今后技改的一個(gè)重要方向?yàn)榱俗尭嗟膹S家認(rèn)識(shí)這種先進(jìn)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(gè)綜合報(bào)告。

1、羅茨風(fēng)機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速的節(jié)能原理
　　我國(guó)水泥廠較多采用立窯配備１５５～２１５ＫＷ羅茨風(fēng)機(jī)，傳統(tǒng)的風(fēng)量控制辦法是倚靠放風(fēng)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于羅茨風(fēng)機(jī)的供風(fēng)量較為恒定的，煅燒時(shí)根據(jù)窯的情況需要隨時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)量，當(dāng)窯內(nèi)需要少風(fēng)量時(shí)，通過放風(fēng)閥放走多余的風(fēng)量，造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。怎樣才能節(jié)省放風(fēng)所浪費(fèi)的能源呢？當(dāng)然比較根本的辦法是控制羅茨風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，保證窯內(nèi)需多少風(fēng)量就供多少風(fēng)，完全免除放風(fēng)所造成的浪費(fèi)。因此把風(fēng)機(jī)的節(jié)能問題會(huì)聚焦點(diǎn)，成為風(fēng)機(jī)無級(jí)調(diào)速的問題，針對(duì)１５５～２１５ＫＷ或更大功率電機(jī)、風(fēng)機(jī)、無級(jí)調(diào)速的課題，專家們不懈的努力進(jìn)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(jià)、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(jī)調(diào)速的方法，如此大功率的直流電機(jī)造價(jià)很昂貴更主要的是在水泥廠大粉塵環(huán)境下，直流電機(jī)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(gè)多月。根據(jù)國(guó)內(nèi)多個(gè)水泥廠應(yīng)用結(jié)果表明，平均節(jié)能在５～１０％，這個(gè)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(shí)踐，實(shí)測(cè)對(duì)其可靠性，節(jié)能效果是毫不懷疑了。但是對(duì)于尚未使用過的廠家來說，會(huì)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(gè)定論。在此我們?cè)诶碚摵蛯?shí)踐上闡明，怎樣估計(jì)未使用變頻器的風(fēng)機(jī)的節(jié)能效果。
　　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，如公式（１－１）
Ｑ＝ＫＮ（式１－１）
Ｑ：表示風(fēng)量　　Ｎ：表示風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速　Ｋ：為系數(shù)因此風(fēng)量調(diào)節(jié)，完全由變頻器改變電機(jī)頻率達(dá)到無級(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)的比較低頻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。

2、立窯卸料調(diào)速電機(jī)改造
　　立窯卸料機(jī)是采用１８•５～３０ＫＷ的滑差調(diào)速電機(jī)，轉(zhuǎn)速通常控制在３００－１０００ｒｐｍ，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，如公式（２－１）滑差電機(jī)主電機(jī)軸輸出功率：
　　　　　　　Ｐ０∝Ｍ０*Ｎ０　　　式２－１　　
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
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(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。

3、離心式風(fēng)機(jī)、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(fēng)機(jī)進(jìn)行供風(fēng)的，該種水泥窯的風(fēng)量調(diào)節(jié)是通過風(fēng)門開啟度對(duì)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。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。我們通過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，實(shí)踐證明其節(jié)能效果在３０～５０％。對(duì)于水泵的變頻改造節(jié)能效果高達(dá)７０％。為什么離心式風(fēng)機(jī)，泵類設(shè)備通過調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)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(fēng)機(jī)、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　　Ｈ：表示壓力　
Ｐ：表示功率
　　將經(jīng)上３個(gè)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(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P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，如公式（３－４），風(fēng)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　　Ｋ：為系數(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(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。　　　　　　　

4、變頻調(diào)速的基本原理及特性
　　對(duì)于普通異步電機(jī)的無級(jí)調(diào)速，必須采用變頻變壓，同時(shí)進(jìn)行的方法才能夠?qū)崿F(xiàn)，異步電機(jī)的調(diào)速如，公式（４－１）因此利用變頻技術(shù)，調(diào)整電機(jī)的供電頻率，使電機(jī)得到任意轉(zhuǎn)速。
Ｎ＝６０ｆ（１－Ｓ）／Ｐ　式４－１　　
Ｎ：表示轉(zhuǎn)速　ｆ：表示頻率　Ｓ：表示滑差率　Ｐ：表示電機(jī)極對(duì)數(shù)從電機(jī)的設(shè)計(jì)特性，如單純改變頻率，會(huì)造成嚴(yán)重的磁過飽和或轉(zhuǎn)矩變軟，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性公式（４－２）可知只要在頻率Ｆ變化時(shí)，電壓Ｖ跟蹤變化，保持壓頻比Ｖ／Ｆ為常數(shù)，即可保證電機(jī)在變頻調(diào)速的同時(shí)，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　 　Ｖ：表示電壓 　　Ｆ：表示頻率 Ｋ：為系數(shù)
5、電機(jī)及水泵的變頻改造
　　滑差調(diào)速電機(jī)的變頻改造：改造滑差調(diào)速電機(jī)有兩種方法。
　　首先是切換滑差電調(diào)速電機(jī)，改用普通異步電機(jī)，由變頻器直接控制轉(zhuǎn)速如圖５－２，將原來的滑差電機(jī)拆除換上異步電機(jī)，將原調(diào)速控制改為變頻控制，這種改造方案，在機(jī)械結(jié)構(gòu)上需要換電機(jī)及電氣改造，需要時(shí)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(jī)，用變頻器直接控制滑差調(diào)速電機(jī)的主電機(jī)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(jī)械改造工作。但節(jié)能效果因滑差頭有所損耗，會(huì)比直接用異步機(jī)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(gè)工廠必不可少的，水泥廠同樣不會(huì)例外，但由于工廠用水不是每時(shí)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(fèi)能源，根據(jù)上文論述的泵類負(fù)載的節(jié)能原理，利用變頻器對(duì)水泵進(jìn)行調(diào)速。即可達(dá)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(gè)閉環(huán)自動(dòng)控制回路，使整系統(tǒng)自動(dòng)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(yùn)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(duì)成球預(yù)加水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行無極調(diào)速調(diào)節(jié)，時(shí)刻跟蹤生料供給量，進(jìn)行等比例加水，從而使半機(jī)械化、半手工加“人腦”（即憑經(jīng)驗(yàn)）控制的落后工藝跨上了全自動(dòng)化、電腦控制的新臺(tái)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(jī)波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)均化是必要的。但螺旋給料機(jī)“堵料”、“虧料”現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，間斷給料不僅影響生產(chǎn)，而且造成機(jī)械設(shè)備和電器設(shè)備的損傷。各生料倉(cāng)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(jī)用變頻器同步進(jìn)行無極調(diào)速，等比例送料，操作人員只需觀察螺旋給料機(jī)的總輸料量，調(diào)整送料電機(jī)轉(zhuǎn)速快慢即可。這樣均化效果大大提高，非生產(chǎn)耽擱時(shí)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(xì)度不同，而老式選粉機(jī)要改變選粉細(xì)度，其過程相當(dāng)麻煩，不單要停產(chǎn)，而且要將選粉機(jī)拆開，調(diào)速同軸上每組扇葉的數(shù)量和角度。這個(gè)過程又沒有一定的標(biāo)準(zhǔn)，只能按照經(jīng)驗(yàn)一次一次對(duì)比試驗(yàn)，每次都重復(fù)這樣的過程：
　　拆開機(jī)組→調(diào)整扇葉→裝上機(jī)組→試選→檢驗(yàn)細(xì)度
　　直到選出的粉粒達(dá)到要求的細(xì)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(biāo)號(hào)細(xì)度按鈕，選粉機(jī)選出的粉粒就對(duì)應(yīng)所需要的細(xì)度。做到了連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)，即節(jié)約了寶貴的時(shí)間又提高效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)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(gè)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(dǎo)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(shí)要特別注意，電源輸入輸出線絕對(duì)禁止錯(cuò)接，將電源輸入線接上變頻器的輸出，如發(fā)生錯(cuò)誤即馬上損壞設(shè)備。
３、遠(yuǎn)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(dòng)力線相距一米，相交時(shí)必須轉(zhuǎn)９０°角，更不要將控制線與動(dòng)力線放在同一個(gè)線框內(nèi)，被免控制信號(hào)受到干擾。
４、變頻器開機(jī)調(diào)試前必須根據(jù)負(fù)載特點(diǎn)，將所有參數(shù)設(shè)定好，檢查無錯(cuò)誤方可開機(jī)運(yùn)行，特別注意變頻器輸出電流，在起動(dòng)過程中，恒轉(zhuǎn)速過程中，減速過程中，認(rèn)真觀察，如果第一次設(shè)定的參數(shù)不是十分理想時(shí)，應(yīng)逐步接近。具體調(diào)試規(guī)則請(qǐng)參看本公司的《變頻器調(diào)試手冊(cè)》。
５、總結(jié)各家水泥廠在羅茨風(fēng)機(jī)、立窯卸料機(jī)、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(gè)簡(jiǎn)介。
⑴、機(jī)械共振問題：有個(gè)別廠家在使用變頻器前，無機(jī)械共振現(xiàn)象的。但利用變頻調(diào)速之后，在某些頻率，機(jī)械共振很強(qiáng)烈，有的甚至影響到整座建筑，其原因是原風(fēng)機(jī)系統(tǒng)只是設(shè)計(jì)在５０ＨＺ市電下運(yùn)行，改變頻后，則在１５－５０ＨＺ之間無級(jí)變化。因此在某些頻率點(diǎn)上造成機(jī)械共振，調(diào)試時(shí)必須細(xì)心檢查是否存在機(jī)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(jī)低速運(yùn)行的散熱問題：由于電機(jī)的散熱是由電機(jī)轉(zhuǎn)子帶的風(fēng)葉吹風(fēng)進(jìn)行的，電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低時(shí)，吹風(fēng)量減小，低速時(shí)，散熱風(fēng)量不夠，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)造成電機(jī)過熱，因此在長(zhǎng)期低速運(yùn)行時(shí)，必須另加散熱風(fēng)扇。