變頻調速器在水泥廠中的應用
【摘 要】 本文以重慶地維水泥有限公司為例，簡單介紹了變頻調速器在水泥行業中
應用的效果，并對變頻器應用的場合做了具體說明。
【關鍵詞】 變頻調速器 滑差調速 節能降耗
變頻調速器是現在最新型節電控制設備，近年來，在我國各行各業應用后，均取得了顯著的經濟效益，本文著重談一下其在水泥企業節能降耗和技術進步方面的應用。
1 在立窯羅茨風機上的應用
我國水泥廠大多數立窯設備有155—215KW的羅茨風機，傳統的風量控制辦法是較為恒定的，而煅燒時根據窯內的情況需要隨時調節風量，當窯內需要減少風量時，是通過放風閥放走多余的風量，造成嚴重的能源浪費。
水泥廠立窯煅燒熟料所耗的電能中，羅茨鼓風機的電能一般占60%左右，隨著電價的調整，電費在水泥生產成本中的比例越來越高。因此，降低鼓風機的能耗成為提高企業經濟效益的重要一環。
對羅茨風機可由變頻器改變風機的供電電源頻率進行無級調速來調節風量。132KW的羅茨風機上安裝上變頻器后，節電率高達62.2%。噸熟料電耗由安裝變頻器前15.22度下降到安裝后的5.55度；河南焦作水泥廠在10000/噸水泥熟料旋窯生產線生料流態化系統55KW羅茨風機上安裝了變頻器后節電率高達73.0%，平均每日用電量由安裝前的606度下降到安裝后的162度，每日節電444度。
重慶地維水泥有限公司在風機上采用變頻器前后對比表
設備名稱 |
功率 |
平均電流 |
消耗功率 |
全年節能 |
全年節約 |
||
KW |
使用前 |
使用后 |
使用前 |
使用后 |
萬度 |
萬元 |
|
一室風機 |
45 |
59.25 |
39.33 |
35 |
17 |
14.3 |
6.1 |
二室風機 |
75 |
69.75 |
30 |
41 |
18 |
18 |
7.7 |
三室風機 |
75 |
84.63 |
45 |
50 |
27 |
18.2 |
7.7 |
三室風機 |
75 |
81.13 |
52 |
48 |
25 |
18.2 |
7.7 |
吹煤風機 |
132 |
136.38 |
54.67 |
81 |
32 |
38.8 |
16.7 |
蓖冷風機 |
30 |
21.43 |
8 |
13 |
5 |
6.3 |
2.7 |
窯頭排風機 |
90 |
121.6 |
50 |
72 |
29 |
34 |
14.6 |
2. 在離心風機、水泵類設備上的應用
目前，有某些水泥廠是采用高壓離心式風機進行供風，該種水泥窯的風量調節是通過風門開啟度對風量進行調節。對離心式風機、水泵的變頻調速改造同樣有巨大的節能潛力。這是因為離心式風機、泵類設備的流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，功率與轉速的立方成正比。因此，在調節風量或流量時，若降低20%的風量或流量，功耗則會下降50%，但是必須注意，轉速與壓力是成平方關系，當轉速下降20%時，壓力則會下降64%，因此，必須要注意工藝要求的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。
供水泵使用變頻調速器后，是通過安裝在管網出口處的壓力傳感器、PID調節器與變頻器構成一個閉環的自動控制回路，使整個系統自動控制流量保持壓力恒定，從而使供水泵在最佳節能狀態下運行。這與氣壓給水設備相比，可節省建筑面積80%，節省投資40%，節電30%以上，節水10%以上，同時還具有低噪音，高可靠性，恒壓供水，無二次污染等優點。
3. 在立窯卸料機上的應用
立窯卸料機一般是采用18.5—30KW的滑差調速電機，轉速通常控制在300—1000rpm（這是工藝上根據窯的情況，對卸料速度進行控制的）。采用變頻調速器的方法取代滑差電機，經過多個廠家的應用結果表明，平均節能達40%左右，這是因為滑差調速方法是一種耗能的低效調速方法，由下列公式可知：滑差電機主電機軸的輸出功率：P0 = KM0N0（P0表示輸出功率，M0 表示負載轉速，N0 表示電機轉速，K 為常數）
滑差頭輸出功率：P1 = KM0N1（P1表示輸出功率，N1表示滑差頭轉速）
滑差頭損耗功率： P = P0—P1 = KM0（N0—N1）
由此可見，滑差電機的轉速越低，浪費能源越大，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法會有50%—60%的節能效果。
4. 在空氣壓縮機節能應用
空氣壓縮機恒壓供氣使用變頻器與壓力控制構成閉環控制系統，使壓力波動減少到1.5%，降低噪音、減少震動、保證設備長期穩定運行，從而減少了設備維護工作量，延長了設備使用壽命。用變頻器后，空壓機可在任何壓力下隨意起動，打破了以前不允許帶壓起動的規定，起動電流也較以前大大降低。通過使用變頻器后的實例，多數壓縮機節電率約在20%左右，比節電率較大的風機，泵類低，但壓縮機的電動機功率都比較大，從幾十瓦直到幾百瓦甚至幾千瓦，其節電量值較大，經濟效益十分顯著，同時控制品質大為提高，可使壓縮空氣的壓力始終保持恒定，用戶感到十分滿意�？傊畨嚎s機使用變頻實現節能技改項目是值得推廣的。
5. 在預加水成球系統中的應用
目前預加水成球技術在立窯水泥廠中應用已相當普遍。它在提高成球質量，改善煅燒操作條件，提高立窯熟料產量和質量方面取得了比較明顯的效果。其結合微機雙回路調節器，就能實現水料比例自動跟蹤，自動調節做到恒壓供水、調節及時，極大地減輕了工人的勞動強度，同時也改善了成球質量，使預加水系統真正起到預濕成球的作用，為立窯生產出優質高產的熟料創造了條件。
6. 在選粉機上的應用
重慶地維水泥有限公司地旋風式選粉機，原設計由JZT392-4型75KW電磁調速異步電動機（滑差電機）拖動，其優點是調速系統簡單、價格低廉，有一定的調速范圍，缺點也比較多：電機本身噪音高、振動大、能耗高、無功損耗大、軸承故障率高，滑差控制儀安裝于粉塵飛揚的電機旁，多次出現帶負荷起動、不能調速和突然失速等故障，現場維護量大，影響整個系統的安全運行。
針對上述問題，結合生料車間選粉機負荷轉速不超過600r/min的特點，對選粉機電氣部分進行變頻調速技術改造。經實際測量，選粉機改造前，運行速度在594r/min時輸入電壓385V，輸入電流72A，功率因數0.82，故輸入功率為40KW；改造后，運行速度在594r/min時，輸入電壓387V，輸入電流18A，（熱繼電器也做了相應調整），功率因數0.92（變頻器加裝了直接電抗器）則輸入功率為11KW。變頻改造后一年中，沒有發生過任何故障，保障了系統的安全運行，大大減少了維護工作量和維修費用，而且節能效果十分顯著。
變頻器在水泥廠的應用還不止這些，比如說，回轉窯、球磨機、卸料、圓盤給料機、雙管絞刀、裙板喂料機調速皮帶稱、喂煤絞刀、蓖冷機等一切需交流調速的設備都可以采用變頻調速器。
從以上應用情況可以看出，水泥廠使用變頻器有以下突出特點：
A. 滿足調速的工藝要求，變頻調速器的調速范圍在10∶1以上，而水泥生產工藝過程中調速范圍在10∶1范圍內即可滿足要求。
B. 便于實現自動化控制，由于變頻器本是由一個16（或32）位微處理器所控制，設有RS485（或422），A/D輸入，D/A輸出接口，為自動控制（與上位機聯網）創造了充分的條件。
C. 獲得可觀的節能效果。
D. 降低工人的勞動強度，由于調速系統整體可靠性提高，故障率低，免維護周期較長，可減輕有關維護人員的工作量。
E. 提高產品質量及產量。