隨著節(jié)能法的頒布與實(shí)施，節(jié)能作為企業(yè)增效降耗、降低經(jīng)營(yíng)成本的重要手段，已普遍被人們所認(rèn)識(shí)和接受，在利國(guó)利民的同時(shí)，也有利于樹(shù)立企業(yè)社會(huì)形象，提高設(shè)備自動(dòng)化水平。
根據(jù)水泥制造工藝要求，結(jié)合水泥廠(chǎng)所使用的生產(chǎn)設(shè)備，我們得到如下結(jié)論：大部分水泥廠(chǎng)的一些設(shè)備尤其是大功率設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中絕大部分時(shí)間都不是滿(mǎn)負(fù)荷,設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化程度相當(dāng)?shù)?幾乎完全靠人工調(diào)節(jié),如立窯供風(fēng)系統(tǒng)、成球預(yù)加水系統(tǒng)、生料均化給料系統(tǒng)、水泥選粉系統(tǒng)、機(jī)立窯卸料系統(tǒng)等。
我司是多年從事變頻節(jié)能技術(shù)研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的專(zhuān)業(yè)公司，結(jié)合曾經(jīng)成功為多家企業(yè)進(jìn)行節(jié)能改造項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)出比較成熟的水泥廠(chǎng)六大生產(chǎn)系統(tǒng)變頻調(diào)速控制的改造方案。此方案的優(yōu)點(diǎn)明顯，1、投資少；2、安裝、調(diào)試及控制方便；3、及時(shí)保護(hù)電機(jī)和其他設(shè)備，保證設(shè)備可靠運(yùn)行；4、節(jié)電效果明顯，回收成本快；5、提高了生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度；6、提高了生產(chǎn)過(guò)程的加工工藝精度。從總體的效果來(lái)看，改造后的實(shí)際系統(tǒng)在水泥制造行業(yè)深受客戶(hù)的普遍歡迎。為其取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效應(yīng)。
1、變頻器在立窯羅茨風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)
在水泥廠(chǎng)的立窯風(fēng)機(jī)上，一般都是采用擋風(fēng)板進(jìn)行調(diào)節(jié)，其原理是調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度，亦即利用風(fēng)道的阻力特性調(diào)節(jié)風(fēng)量，其缺點(diǎn)是：風(fēng)機(jī)始終在全速運(yùn)轉(zhuǎn)，無(wú)法根據(jù)需求準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)其風(fēng)量，因此造成風(fēng)量的跑、冒、漏嚴(yán)重，也使電機(jī)作為無(wú)用功而大量白白地消耗。
立窯煅燒熟料所耗的電能中，羅茨鼓風(fēng)機(jī)的電耗一般占 60% 左右，隨著電價(jià)的調(diào)整，電費(fèi)在水泥生產(chǎn)成本中所占的比例越來(lái)越高。因此，降低鼓風(fēng)機(jī)的能耗成為提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要一環(huán)。
一、節(jié)能原理簡(jiǎn)介：
1、變頻節(jié)能功能
通常在設(shè)計(jì)中，用戶(hù)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)風(fēng)量比實(shí)際需要的高出很多，這樣容易形成了人們常說(shuō)的“大馬拉小車(chē)”的現(xiàn)象，造成電能的浪費(fèi)，而且無(wú)計(jì)可施，利用變頻器可以通過(guò)適當(dāng)降低風(fēng)機(jī)電機(jī)的運(yùn)行頻率，恰到好處地滿(mǎn)足風(fēng)量的需求，從而輕易地將此部分電能節(jié)約下來(lái)。
2、動(dòng)態(tài)功率補(bǔ)償功能
無(wú)功功率不但增加線(xiàn)損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低，降低了電網(wǎng)的有功功率，S2=P2+Q2，當(dāng)COSФ≈1 時(shí)，Q=S×sinФ≈0,此時(shí)有功功率P≈S。變頻器的動(dòng)態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)償功能可使無(wú)功功率近似為0，從而增大電網(wǎng)的有功功率，減少了無(wú)功損耗。另外，功率因數(shù)的改善還可節(jié)省很大一部分電網(wǎng)容量，直觀(guān)的體現(xiàn)在風(fēng)機(jī)電機(jī)溫升降低、噪音降低，供電發(fā)電機(jī)機(jī)組溫升降低、噪音降低、耗油量大幅度降低，大大地延長(zhǎng)設(shè)備維修周期及使用壽命。
二、設(shè)備參數(shù)：
某廠(chǎng)有立窯羅茨風(fēng)機(jī)185KW一臺(tái)，最大運(yùn)行電流200A，最小運(yùn)行電流160A,額定電流為355A,頻率50HZ，用風(fēng)板調(diào)節(jié)風(fēng)量最大調(diào)節(jié)60%,每天運(yùn)行24 小時(shí),每月運(yùn)行20 天,每年需運(yùn)行11個(gè)月,電費(fèi)0.58 元/度。
三、改造方案：
用變頻器帶動(dòng)風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，對(duì)風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，放棄傳統(tǒng)的擋風(fēng)板，既降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，又達(dá)到節(jié)能目的。
四、投資分析
投資回收分析：
對(duì)風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)負(fù)載
P（功率）=Q（流量）×H（揚(yáng)程）
當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)膎 降至n’時(shí)，流量Q、揚(yáng)程H 及軸功率P 的關(guān)系如下：
Q’=Q（n/n）
H’=H（n/n）2
P’= P（n/n）3
顯然，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，流量按線(xiàn)性關(guān)系變化，而電功率卻按立方,根據(jù)我司長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)，我們認(rèn)為該廠(chǎng)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能在30%以上是完全可能和可行的。即單臺(tái)185KW 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)按每年運(yùn)行11 個(gè)月，每月20天，每天24 小時(shí)計(jì)算，每度電按0.58元計(jì)費(fèi)，每年電費(fèi)為：P= 
×11×20×24×0.58=321552，按節(jié)電30%計(jì)算，每年節(jié)約電費(fèi)為：321552×0.3=96465.6 元.工程改造費(fèi)用需9.35 萬(wàn)元.即12 個(gè)月左右即可收回全部投資。
五、系統(tǒng)特點(diǎn)：
1、由于采用電位器控制，因此可靠性高，穩(wěn)定性好，容易操作。
2、由于加裝變頻調(diào)速器，減小啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流對(duì)電機(jī)沖擊，延長(zhǎng)機(jī)械使用壽命，減小維修工作強(qiáng)度。
3、提高了電網(wǎng)功率因數(shù)，避免增加電網(wǎng)增容費(fèi)。
2 、在離心風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用
有某些水泥廠(chǎng)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(guò)風(fēng)門(mén)開(kāi)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(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，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(lèi)設(shè)備通過(guò)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(lèi)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
H ∝ N 2 式3－2 N：表示轉(zhuǎn)速
P ∝ N 3 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(xiàn)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(圖3-1)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(lèi)設(shè)備傳統(tǒng)的風(fēng)量、流量 風(fēng)門(mén)控制控制的，大量的能源耗在風(fēng)門(mén)或截流閥的阻力上，如公式（3－4），風(fēng)門(mén)或截流閥控制流量的功耗與流量關(guān)系：
P＝P0＋K·Q 式3－4變速控制
Q：表示流量 K：為系數(shù)
P：表示功耗 P0：表示基本功率
由圖3－2比較風(fēng)門(mén)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(chǎng)的供水泵或其它離心風(fēng)機(jī)上進(jìn)行變頻器改造同樣會(huì)取得很大的節(jié)能效果。
3、在立窯卸料機(jī)上的應(yīng)用
立窯卸料機(jī)若采用滑差調(diào)速電機(jī)，其轉(zhuǎn)速通�？刂圃� 300~1000rpm （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(chǎng)家應(yīng)用結(jié)果表明，平均節(jié)能達(dá) 40% 左右，這是因?yàn)榛钫{(diào)速是一種耗能的低效調(diào)速方法。
由下列公式可知：
滑差電機(jī)主電機(jī)軸的輸出功率： P 0 = KM 0 N 0 （ P 0 表示輸出功率， M 0 表示負(fù)載轉(zhuǎn)速， N 0 表示電機(jī)轉(zhuǎn)速， K 為常數(shù)）
滑差頭輸出功率 P 1 = KM 0 N 1 （ P 1 表示輸出功率 ， N 1 表示滑差頭轉(zhuǎn)速 ）
滑差頭損耗功率： P = P 0- P 1= KM 0 （ N 0 — N 1 ）
由此可見(jiàn)，滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速越低，浪費(fèi)能源越大，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)速的方法會(huì)有 50~60% 的節(jié)能效果。
4、在空氣壓縮機(jī)上的節(jié)能應(yīng)用
氣壓縮機(jī)恒壓供氣使用變頻器與壓力控制構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使壓力波動(dòng)減少 1.5% ，降低噪音 、 減少振動(dòng)。保證設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，從而減少了設(shè)備維護(hù)工作量，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命。用變頻器后，空壓機(jī)可在任何壓力下隨意起動(dòng)，打破了以前不允許帶壓起動(dòng)的規(guī)定，起動(dòng)電流也較以前大大降低。通過(guò)使用變頻器后的實(shí)例，多數(shù)壓縮機(jī)節(jié)電率約在 20% 左右，比節(jié)電率較大的風(fēng)機(jī)低，但壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率都較大，從幾十瓦直到幾百瓦甚至幾千瓦，其節(jié)電量值較大，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，同時(shí)控制平質(zhì)大為提高，可使壓縮空氣的壓力始終保持恒定，用戶(hù)感到十分滿(mǎn)意�？傊畨嚎s機(jī)使用變頻實(shí)現(xiàn)節(jié)能計(jì)改項(xiàng)目使值得推廣的。
5、在預(yù)加水成球系統(tǒng)中的應(yīng)用
目前，預(yù)加水成球技術(shù)在立窯水泥廠(chǎng)中應(yīng)用已相當(dāng)普遍。它在提高成球質(zhì)量，改善煅燒操作條件，提高立窯熟料產(chǎn)量和質(zhì)量方面取得了比較明顯的效果。其結(jié)合微機(jī)雙回路調(diào)節(jié)器，就能實(shí)現(xiàn)水料比例自動(dòng)跟蹤，自動(dòng)調(diào)節(jié)，做到恒壓供水。調(diào)節(jié)及時(shí)，極大地減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也改善了成球質(zhì)量，使預(yù)加水系統(tǒng)真正起到預(yù)濕成球的作用，為立窯生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的熟料創(chuàng)造了條件。
6、在選粉機(jī)上的應(yīng)用
某水泥有限公司的旋風(fēng)式選粉機(jī)，原設(shè)計(jì)由 JZT392-4 型 75KW 電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)（滑差電機(jī)）拖動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)單。價(jià)格低廉，有一定的調(diào)速范圍，缺點(diǎn)也較多：電機(jī)本體噪音高 、 振動(dòng)大能 、 耗高 、 無(wú)功損耗大 、 軸承故障率特別高，滑差控制儀安裝于粉塵飛揚(yáng)的電機(jī)旁邊，多次出現(xiàn)帶負(fù)荷起 動(dòng) ,不能調(diào)速和突然失速 等故障，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)量大，影響整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
針對(duì)上述問(wèn)題，結(jié)合生料車(chē)間選粉機(jī)負(fù)荷轉(zhuǎn)速不超過(guò) 600r/min 的特點(diǎn)，對(duì)選粉機(jī)電氣部分進(jìn)行變頻調(diào)速技術(shù)改造。經(jīng)實(shí)際測(cè)量，選粉機(jī)改造前，運(yùn)行速度在 594r/min 時(shí)，輸入電壓 385V ，輸入電流 72A ，功率因數(shù) 0.82 ，故輸入功率為 40KW ；改造后，運(yùn)行速度在 594r/min 時(shí)，輸入電壓 387V ，輸入電流 18A ，（熱繼電器也做了相應(yīng)調(diào)整），功率因數(shù) 0.92 （變頻器加裝了直接電抗器）則輸入功率為 11KW 。改造后一年中，沒(méi)發(fā)生過(guò)任何故障，保證了系統(tǒng)的安全運(yùn)行，大大減少了維護(hù)工作量和維修費(fèi)用，而且節(jié)能效果十分顯著。
變頻器在水泥廠(chǎng)的應(yīng)用還不止這些，比如說(shuō)回轉(zhuǎn)窯球磨機(jī) 、 卸料圓 、 盤(pán)給料機(jī) 、 雙管絞刀裙 、 板喂料機(jī)調(diào)速皮帶稱(chēng)喂 、 煤絞刀 、 蓖冷機(jī)等一切需交流調(diào)速的設(shè)備都可以采用變頻調(diào)速器。
從以上應(yīng)用情況可以看出，水泥廠(chǎng)使用變頻器有以下突出優(yōu)點(diǎn)：
A. 滿(mǎn)足調(diào)速的工藝要求，變頻調(diào)速器的調(diào)速范圍在 10 ： 1 以上，而水泥生產(chǎn)工藝過(guò)程中調(diào)速范圍在 10 ： 1 范圍內(nèi)即可滿(mǎn)足要求。
B. 便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，由于變頻器本身是由一個(gè) 16 （或 32 ）位微處理器所控制，設(shè)有 RS485 （或 422 ）， A/D 輸入， D/A 輸出接口，為自動(dòng)控制（與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)）創(chuàng)造了充分的條件。
C. 獲得可觀(guān)的節(jié)能效果。
D. 降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，由于調(diào)速系統(tǒng)整體可靠性提高，故障率低，免維護(hù)周期較長(zhǎng)，可減輕有關(guān)維護(hù)人員的工作量。
E . 提高產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量。
成功的經(jīng)驗(yàn)充分說(shuō)明了水泥行業(yè)變頻改造的巨大潛力，變頻改造后在短短幾個(gè)月的時(shí)間里僅僅靠節(jié)約電費(fèi)就收回整體投資，在以后的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中也能夠以較低的生產(chǎn)成本在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)中處于更有力的位置。水泥制造的變頻改造勢(shì)在必行，一方面體現(xiàn)出公司強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和公司領(lǐng)導(dǎo)層非凡的遠(yuǎn)見(jiàn)卓識(shí)，另一方面能夠給公司帶來(lái)豐厚的利益回報(bào)，并提高了公司生產(chǎn)方面的自動(dòng)化程度。
我司愿與貴公司攜手共進(jìn)，在節(jié)能領(lǐng)域中共創(chuàng)美好未來(lái)！
附：安裝、調(diào)試、使用變頻器應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)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(guò)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(xiàn)絕對(duì)禁止錯(cuò)接，將電源輸入線(xiàn)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(xiàn)必須采用屏敝線(xiàn)，并且在布線(xiàn)范圍內(nèi)必須與電力動(dòng)力線(xiàn)相距一米，相交時(shí)必須轉(zhuǎn)90°角，更不要將控制線(xiàn)與動(dòng)力線(xiàn)放在同一個(gè)線(xiàn)框內(nèi)，被免控制信號(hào)受到干擾。
4、變頻器開(kāi)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(wú)錯(cuò)誤方可開(kāi)機(jī)運(yùn)行，特別注意變頻器輸出電流，在起動(dòng)過(guò)程中，恒轉(zhuǎn)速過(guò)程中，減速過(guò)程中，認(rèn)真觀(guān)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(chǎng)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(wèn)題以及解決方法在此向各廠(chǎng)家作一個(gè)簡(jiǎn)介。
(1)機(jī)械共振問(wèn)題：有個(gè)別廠(chǎng)家在使用變頻器前，無(wú)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(wú)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(wèn)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(guò)該頻率范圍使變頻器不輸出發(fā)生共振的頻率范圍。
(2)電機(jī)低速運(yùn)行的散熱問(wèn)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(guò)熱，因此在長(zhǎng)期低速運(yùn)行時(shí)，必須另加散熱風(fēng)扇。
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