變頻器在水泥廠中的節(jié)能效果

畢慧文 張妮妮

（焦作千業(yè)水泥有限責(zé)任公司 河南 焦作 454000）

0 引言

在水泥熟料生產(chǎn)過(guò)程中，電能消耗非常大，電費(fèi)支出約占熟料生產(chǎn)成本的25%。在水泥廠的工藝配置中，生料和熟料段風(fēng)機(jī)功率約占設(shè)備功率的30-40%左右。所以風(fēng)機(jī)的電耗直接影響到水泥企業(yè)的生產(chǎn)成本。能控制好風(fēng)機(jī)的電耗，對(duì)降低水泥生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益是十分可觀的。由于工況、產(chǎn)量的變化，系統(tǒng)所需求的風(fēng)量也隨之變化，傳統(tǒng)做法是采用調(diào)節(jié)進(jìn)、出風(fēng)口閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由于該方法是以增加風(fēng)阻或犧牲風(fēng)機(jī)效率來(lái)達(dá)到要求的，同時(shí)過(guò)剩的風(fēng)量向空氣中排放，因此，選擇風(fēng)量的調(diào)節(jié)方式對(duì)節(jié)能效果影響非常大，所以本文談一下風(fēng)機(jī)采用調(diào)速方式的節(jié)能效果。

1 變頻器的工作原理

簡(jiǎn)單地講，變頻器是通過(guò)改變電源的頻率和電壓來(lái)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的一種半導(dǎo)體裝置，由整流器、濾波器、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路以及控制器等幾部分組成。變頻器使用時(shí)串接在電源輸入端（R、S、T）和電動(dòng)機(jī)輸出端（U、V、W）之間（見(jiàn)圖1）。

圖1 變頻器的工作原理

2 變頻器的應(yīng)用范圍

在水泥生產(chǎn)設(shè)備中，可以使用變頻器的地方比較廣泛。廣義上講，凡是使用交流三相異步電動(dòng)機(jī)的電氣傳動(dòng)部位都可以裝設(shè)變頻器，主要目的為節(jié)能。公司5000 t/d新型干法生產(chǎn)線中，使用變頻器的有配料調(diào)速皮帶秤、選粉機(jī)、離心風(fēng)機(jī)等設(shè)備。但節(jié)能效果最明顯的是離心風(fēng)機(jī)。

3 離心風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)

（1）變頻調(diào)速節(jié)約了原來(lái)在擋板截流的能量損耗或液力耦合器機(jī)械損耗和水電阻內(nèi)部發(fā)熱的能量損耗。

（2）實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械負(fù)載的沖擊大大減小，延長(zhǎng)了電機(jī)和風(fēng)機(jī)的壽命。

（3）風(fēng)機(jī)低于額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，降低了介質(zhì)對(duì)風(fēng)機(jī)扇葉和擋板的磨損，降低了軸承、密封的損壞，減少了維護(hù)工作量，電機(jī)運(yùn)行時(shí)振動(dòng)和噪聲明顯降低。

（4）采用變頻調(diào)速，方便自動(dòng)調(diào)節(jié)，線性度較好，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，風(fēng)量調(diào)節(jié)平穩(wěn)，使設(shè)備在更經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)下安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 離心風(fēng)機(jī)使用變頻器的節(jié)能率

離心風(fēng)機(jī)使用變頻器是通過(guò)改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)。風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速改變時(shí)，其性能曲線的變化如圖2所示，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為n1時(shí)，風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓-風(fēng)量曲線與管網(wǎng)特性曲線R1相交于M1點(diǎn)，其風(fēng)量、風(fēng)壓分別為Q1、H1，電機(jī)的軸功率P1與Q1、H1的乘積成正比，在圖中可以用面積H1M1Q1O來(lái)表示。若工藝變更，需要的風(fēng)量為Q2時(shí)，可將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降到n2，風(fēng)機(jī)的性能曲線（H-Q曲線）相應(yīng)下降并與R1相交于M2點(diǎn)，此時(shí)風(fēng)量為Q2，風(fēng)壓為H2，可見(jiàn)風(fēng)量、風(fēng)壓同時(shí)下降，達(dá)到風(fēng)量調(diào)節(jié)的作用。相對(duì)于節(jié)流調(diào)節(jié)而言，當(dāng)風(fēng)量為Q2時(shí)，是靠關(guān)閉擋風(fēng)板來(lái)實(shí)現(xiàn)的，此時(shí)管網(wǎng)特性曲線由R1變化到R2，與n1時(shí)的風(fēng)機(jī)特性曲線相交于M3，此時(shí)風(fēng)量為Q2，風(fēng)壓為Hf，由圖2可見(jiàn)，Hf＞H2，即用關(guān)閉擋風(fēng)板來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，雖然風(fēng)量下降了，但風(fēng)壓相對(duì)于調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)說(shuō)，反而上升了，因而變速調(diào)節(jié)比節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)的風(fēng)壓要減小ΔH=Hf-H2。在滿(mǎn)足同樣風(fēng)量Q2的情況下，風(fēng)壓H2大幅度降低，在假設(shè)效率不變時(shí)相應(yīng)的軸功率P2隨著顯著減少，用面積H2M2Q2O表示。節(jié)省的功率△P=（Hf-H2）× Q2，用面積HfM3M2H2表示，顯然，節(jié)能的效果非常明顯。即變速調(diào)節(jié)比節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)，風(fēng)機(jī)從電網(wǎng)吸收功率要減少，因此采用變速調(diào)節(jié)，能把消耗在節(jié)流中的損耗省下來(lái)，達(dá)到節(jié)能的目的。

圖2 改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)改變風(fēng)機(jī)的特性曲線

由流體力學(xué)可知，風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，風(fēng)壓H與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率N與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。采用調(diào)速系統(tǒng)，當(dāng)風(fēng)量下降到80%，轉(zhuǎn)速下降到80%，軸功率下降到額定功率的51.2%，如果風(fēng)量下降到60%，軸功率N下降到額定功率的21.6%，當(dāng)然同時(shí)還要考慮由于轉(zhuǎn)速降低會(huì)引起效率的降低及附件控制裝置的效率影響等。即便這樣，節(jié)能的效果也是可觀的。目前公司運(yùn)行的生產(chǎn)線中煤磨主排風(fēng)機(jī)、窯頭排風(fēng)機(jī)以及蓖冷機(jī)后四臺(tái)風(fēng)機(jī)等設(shè)備都已采用此種變頻調(diào)速方式。

現(xiàn)在用公司已經(jīng)使用變頻的煤磨主排風(fēng)機(jī)的實(shí)際情況談一下節(jié)電效果。電機(jī)型號(hào)：YRKK450-4 10K額定功率：450kW額定電流：33.1A（表1）。

可見(jiàn)平均每小時(shí)能省電373.3-243.7=138.6kW，節(jié)電率為37%。若煤磨運(yùn)轉(zhuǎn)率為85%，一年運(yùn)行300天，目前我廠用電平均電費(fèi)為0.63元/kW·h，則煤磨主排風(fēng)機(jī)使用變頻后每年可節(jié)?。?38.6×24×300×85%×0.63=534386.16元電費(fèi)。

表1

這樣的節(jié)能效果十分客觀，在短期內(nèi)就能收回變頻器的投資。另外，由于變頻調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)常在42Hz運(yùn)行，使得電機(jī)及風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，軸承溫度降低，噪音和震動(dòng)降低，整體維護(hù)周期得到很大延長(zhǎng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

變頻器在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，主要有節(jié)電；減少對(duì)設(shè)備的沖擊；由于負(fù)荷降低，可以降低故障率，延長(zhǎng)設(shè)備壽命等優(yōu)點(diǎn)。這對(duì)于企業(yè)的節(jié)能降耗具有積極的作用。是企業(yè)降低成本、增加競(jìng)爭(zhēng)力、增加利潤(rùn)的有效手段。

［1］姚錫祿.變頻器控制技術(shù)與應(yīng)用[M].福州：福建技術(shù)科技出版社，2005，2.

［2］沈威.水泥工藝學(xué)[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2010，6.

［3］馬慶元，郭繼平.流體力學(xué)及輸配管網(wǎng)[M].冶金工業(yè)出版社，2011，8.

［4］中國(guó)水泥網(wǎng)技術(shù)中心收集資料.淺談變頻器在水泥熟料生產(chǎn)中的應(yīng)用[OL].中國(guó)水泥網(wǎng)，2007，12.