变频器在水泥厂中的应用

变频器在水泥厂中的应用 随着节能法的颁布与实施，节能作为企业增效降耗、降低经营成本的重要手段，已普遍被人们所认识和接受，在利国利民的同时，也有利于树立企业社会形象，提高设备自动化水平。 根据水泥制造工艺要求，结合水泥厂所使用的生产设备，我们得到如下结论：大部分水泥厂的一些设备尤其是大功率设备在生产过程中绝大部分时间都不是满负荷,设备运行的自动化程度相当低,几乎完全靠人工调节,如立窑供风系统、成球预加水系统、生料均化给料系统、水泥选粉系统、机立窑卸料系统等。 我司是多年从事变频节能技术研究、开发与应用的专业公司，结合曾经成功为多家企业进行节能改造项目的实践经验，开发出比较成熟的水泥厂七大生产系统变频调速控制的改造方案。此方案的优点明显，1、投资少；2、安装、调试及控制方便；3、及时保护电机和其他设备，保证设备可靠运行；4、节电效果明显，回收成本快；5、提高了生产过程的自动化程度；6、提高了生产过程的加工工艺精度。从总体的效果来看，改造后的实际系统在水泥制造行业深受客户的普遍欢迎。为其取得了显著的经济效益和良好的社会效应。 1、变频器在立窑罗茨风机上的应用经验 在水泥厂的立窑风机上，一般都是采用挡风板进行调节，其原理是调节阀门的开度，亦即利用风道的阻力特性调节风量，其缺点是：风机始终在全速运转，无法根据需求准确地调节其风量，因此造成风量的跑、冒、漏严重，也使电机作为无用功而大量白白地消耗。 立窑煅烧熟料所耗的电能中，罗茨鼓风机的电耗一般占 60% 左右，随着电价的调整，电费在水泥生产成本中所占的比例越来越高。因此，降低鼓风机的能耗成为提高企业经济效益的重要一环。 一、节能原理简介： 1、变频节能功能 通常在设计中，用户风机设计风量比实际需要的高出很多，这样容易形成了人们常说的“大马拉小车”的现象，造成电能的浪费，而且无计可施，利用变频器可以通过适当降低风机电机的运行频率，恰到好处地满足风量的需求，从而轻易地将此部分电能节约下来。 2、动态功率补偿功能 无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低，降低了电网的有功功率，S2=P2+Q2，当COSФ≈1 时，Q=S×sinФ≈0,此时有功功率P≈S。变频器的动态功率因数补偿功能可使无功功率近似为0，从而增大电网的有功功率，减少了无功损耗。另外，功率因数的改善还可节省很大一部分电网容量，直观的体现在风机电机温升降低、噪音降低，供电发电机机组温升降低、噪音降低、耗油量大幅度降低，大大地延长设备维修周期及使用寿命。

二、设备参数： 某厂有立窑罗茨风机185KW一台，最大运行电流200A，最小运行电流160A,额定电流为355A,频率50HZ，用风板调节风量最大调节60%,每天运行24 小时,每月运行20 天,每年需运行11个月,电费0.58 元/度。

三、改造方案：

1K/2W

用变频器带动风机电动机传动，对风机实现无级调速，放弃传统的挡风板，既降低电机转速，又达到节能目的。

四、投资分析 投资回收分析： 对风机、泵类负载 P（功率）=Q（流量）×H（扬程） 当电机转速从n 降至n’时，流量Q、扬程H 及轴功率P 的关系如下： Q’=Q（n/n） H’=H（n/n）2 P’= P（n/n）3 显然，当电机转速下降时，流量按线性关系变化，而电功率却按立方,根据我司长期的经验，我们认为该厂风机系统节能在30%以上

VVVF MOTOR 是完全可能和可行的。即单台185KW 风机系统按每年运行11 个月，每月20天，每天24 小时计算，每度电按0.58元计费，每年电费为：

P= ×11×20×24×0.58=321552，按节电30%计算，每年节约电费为：321552×0.3=96465.6 元.工程改造费用需9.35 万元.即12 个月左右即可收回全部投资。

五、系统特点： 1、由于采用电位器控制，因此可靠性高，稳定性好，容易操作。 2、由于加装变频调速器，减小启动时启动电流对电机冲击，延长机械使用寿命，减小维修工作强度。 3、提高了电网功率因数，避免增加电网增容费。

2 、在离心风机上的应用 有某些水泥厂是采用高压离心式风机进行供风的，该种水泥窑的风量调节是通过风门开启度对风量进行调节。对于离心式风机、水泵的变频调速改造同样有巨大的节能潜力。我们通过沸腾式锅炉高压离心式风机应用变频调速的方法调节风量，实践证明其节能效果在３０～５０％。对于水泵的变频改造节能效果高达７０％。为什么离心式风机，泵类设备通过调速调节风量或流量有如此惊人的节能呢？在此将其原理加以阐明。离心式风机、泵类设备的流量与转速成正比，如公式（３－１）压力与转速平方成正比，如公式（３－２）功率与转速的立方成正比，如公式（３－３）

Ｑ∝Ｎ 式３－１ Ｑ：表示流量

Ｈ∝Ｎ２ 式３－２ Ｎ：表示转速

Ｐ∝Ｎ３ 式３－３ Ｈ：表示压力

Ｐ：表示功率 将经上３个公式绘成一张图，如图３－１可

压力关系以清楚看到，改变转速其流量线性变化的，而功耗则是立方关系变化，因此在调节风量或流量时如降低２０％的风量或流量，功耗(图3-1)则会下降５０％。但是必须注意，转速与压力是平方关系，当转速下降２０％压力则会下降６４％，因此必须要注意工艺要求压力范围不能象罗茨风机那样，不用考虑转速与风压的关系。 离心风机、泵类设备传统的风量、流量

风门控制控制的，大量的能源耗在风门或截流阀的阻力上，如公式（３－４），风门或截流阀控制流量的功耗与 流量关系：

Ｐ＝Ｐ０＋Ｋ·Ｑ 式３－４变速控制 Ｑ：表示流量 Ｋ：为系数

Ｐ：表示功耗 Ｐ０：表示基本功率 由图３－２比较风门或截流阀控制与变频调速调节，可以看到在流量变化范围，采用变频调速的方法具有很大的节能潜力，因此在水泥厂的供水泵或其它离心风机上进行变频器改造同样会取得很大的节能效果。

Q,H,P 功率关系 风量关系

压力关系 (图3-1)

变速控制 风门控制 图3-2 P 0

p 0 N 3 在立窑卸料机上的应用 立窑卸料机若采用滑差调速电机，其转速通常控制在 300~1000rpm （工艺上根据窑的情况，对卸料速度进行控制的）。采用变频调速的方法取代滑差电机，经过多个厂家应用结果表明，平均节能达 40% 左右，这是因为滑差调速是一种耗能的低效调速方法。

由下列公式可知： 滑差电机主电机轴的输出功率： P 0 = KM 0 N 0 （ P 0 表示输出功率， M 0 表示负载转速， N 0 表示电机转速， K 为常数） 滑差头输出功率 P 1 = KM 0 N 1 （ P 1 表示输出功率 ， N 1 表示滑差头转速 ） 滑差头损耗功率： P = P 0- P 1= KM 0 （ N 0 — N 1 ） 由此可见，滑差电机的转速越低，浪费能源越大，而卸料机的转速通常在 400rpm 左右运行，因此改用变频调速的方法会有 50~60% 的节能效果。

4 在空气压缩机上的节能应用 气压缩机恒压供气使用变频器与压力控制构成闭环控制系统，使压力波动减少 1.5% ，降低噪音 、 减少振动。保证设备长期稳定运行，从而减少了设备维护工作量，延长了设备使用寿命。用变频器后，空压机可在任何压力下随意起动，打破了以前不允许带压起动的规定，起动电流也较以前大大降低。通过使用变频器后的实例，多数压缩机节电率约在 20% 左右，比节电率较大的风机低，但压缩机的电动机功率都较大，从几十瓦直到几百瓦甚至几千瓦，其节电量值较大，经济效益十分显著，同时控制平质大为提高，可使压缩空气的压力始终保持恒定，用户感到十分满意。总之压缩机使用变频实现节能计改项目使值得推广的。

5 在预加水成球系统中的应用 目前，预加水成球技术在立窑水泥厂中应用已相当普遍。它在提高成球质量，改善煅烧操作条件，提高立窑熟料产量和质量方面取得了比较明显的效果。其结合微机双回路调节器，就能实现水料比例自动跟踪，自动调节，做到恒压供水。调节及时，极大地减轻了工人的劳动强度，同时也改善了成球质量，使预加水系统真正起到预湿成球的作用，为立窑生产出优质高产的熟料创造了条件。

6 在选粉机上的应用 某水泥有限公司的旋风式选粉机，原设计由 JZT392-4 型 75KW 电磁调速异步电动机（滑差电机）拖动，其优点是调速系统简单。价格低廉，有一定的调速范围，缺点也较多：电机本体噪音高 、 振动大能 、 耗高 、 无功损耗大 、 轴承故障率特别高，滑差控制仪安装于粉尘飞扬的电机旁边，多次出现带负荷起 动 ,不能调速和突然失速 等故障，现场维护量大，影响整个系统的安全运行。 针对上述问题，结合生料车间选粉机负荷转速不超过 600r/min 的特点，对选粉机电气部分进行变频调速技术改造。经实际测量，选粉机改造前，运行速度在 594r/min 时，输入电压 385V ，输入电流 72A ，功率因数 0.82 ，故输入功率为 40KW ；改造后，运行速度在 594r/min 时，输入电压 387V ，输入电流 18A ，（热继电器也做了相应调整），功率因数 0.92 （变频器加装了直接电抗器）则输入功率为 11KW 。改造后一年中，没发生过任何故障，保证了系统的安全运行，大大减少了维护工作量和维修费用，而且节能效果十分显著。

变频器在水泥厂的应用还不止这些，比如说回转窑球磨机 、 卸料圆 、 盘给料机 、 双管绞刀裙 、 板喂料机调速皮带称喂 、 煤绞刀 、 蓖冷机等一切需交流调速的设备都可以采用变频调速器。 从以上应用情况可以看出，水泥厂使用变频器有以下突出优点： A ．满足调速的工艺要求，变频调速器的调速范围在 10 ： 1 以上，而水泥生产工艺过程中调速范围在 10 ： 1 范围内即可满足要求。