一、在水泥行業(yè)，由于電費(fèi)的成本已成為原材料成本，人工成本之后的第三大開(kāi)支；在用電緊張的今天，節(jié)省電費(fèi)已成為企業(yè)經(jīng)營(yíng)者考慮的一件大事；而水泥廠的立窯風(fēng)機(jī)是水泥廠的重要設(shè)備之一，也是主要的耗電設(shè)備之一。立窯風(fēng)機(jī)的容量是按照機(jī)械立窯最大的設(shè)計(jì)產(chǎn)量來(lái)選型的，且留有一定的余量。在使用中，立窯風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期固定在最大的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。由于季節(jié)、晝夜和生產(chǎn)工況的變化，機(jī)立窯的實(shí)際風(fēng)量需求在絕大部分時(shí)間內(nèi)遠(yuǎn)比設(shè)計(jì)負(fù)載低；在轉(zhuǎn)速固定的情況下，當(dāng)立窯風(fēng)機(jī)的風(fēng)量過(guò)剩時(shí)，只能通過(guò)旁通風(fēng)管排放掉(或控制風(fēng)門(mén)的進(jìn)風(fēng)量)，這樣就造成立窯風(fēng)機(jī)功耗的嚴(yán)重浪費(fèi)，故對(duì)立窯風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能改造具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。
　　二、變頻節(jié)電原理
　　對(duì)于風(fēng)機(jī)來(lái)說(shuō)，風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速n成正比，風(fēng)壓F與轉(zhuǎn)速n的二次方成正比，而軸功率P 與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比（見(jiàn)表1），從表中我們可以看出上述幾個(gè)量的變化關(guān)系：
表1
轉(zhuǎn)速n% 風(fēng)量Q% 頻率 風(fēng)壓F% 軸功率P%
100 100 50 100 100
90 90 45 81 72.9
80 80 40 64 51.2
70 70 35 49 34.3
60 60 30 36 21.6
50 50 25 25 12.5
顯然，變風(fēng)量控制系統(tǒng)的節(jié)能效果是十分突出的，請(qǐng)見(jiàn)圖2的比較曲
圖2 節(jié)能效果圖
從上面的圖表中可以明了，當(dāng)風(fēng)機(jī)效率一定，調(diào)節(jié)風(fēng)量微小的變化時(shí)，轉(zhuǎn)速可成比例下降，則風(fēng)機(jī)的軸功率成立方關(guān)系下降。在滿足工藝要求的前提下，若風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速有富余10%，將可節(jié)省電耗27.1%,若風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速富余20%，將可節(jié)省電耗48.8%。由此可見(jiàn)，風(fēng)機(jī)、水泵類(lèi)負(fù)載，其節(jié)電效果將是非常明顯。
　　三、 立窯基本參數(shù)和工作原理
　1、窯爐的基本參數(shù)
　1）機(jī)械立窯參數(shù)
　1、規(guī)格：（窯徑×高度）2.0×8.5 , 2、 年產(chǎn)量：普通水泥5～7萬(wàn)噸
　3、喂料方法：?jiǎn)巫觳剂狭镒?1KW， 4、溜子回轉(zhuǎn)速度：6.48轉(zhuǎn)/分
　5、塔篦子形式：整體雙偏心， 6、塔篦子轉(zhuǎn)速1.2～12.2轉(zhuǎn)/分,
　7、傳動(dòng)方式：中心傳動(dòng)，功率15KW ， 8、料封形式：垂直管料封，
　9、出料粒度：不大于100毫米
　2）風(fēng)機(jī)參數(shù)
　風(fēng)機(jī)功率：132KW，額定電壓：380V，額定電流：245A，轉(zhuǎn)速2980轉(zhuǎn)/分，
　運(yùn)行電流：120A～180A；風(fēng)量：12776m3/h；風(fēng)壓：21995Pa；起動(dòng)方式：△/Y
　2、機(jī)立窯燒成工作原理
　　由料斗提升機(jī)將配置好的生料加一定比例的水，送至成球機(jī)成球，然后由布料器勻均地施入窯爐中，園球狀的生料顆粒由底部的離心風(fēng)機(jī)送風(fēng)在窯爐中部充分燃燒，到窯爐底部冷卻后，由塔篦子旋轉(zhuǎn)，將燒好的熟料下到漏斗中，經(jīng)適量噴水，經(jīng)熟料破碎機(jī)后進(jìn)入下道工序。由此可見(jiàn)，機(jī)立窯風(fēng)機(jī)的配置的好壞直接影響到水泥的產(chǎn)量，故此，許多水泥廠廠家在風(fēng)機(jī)上做文章，加大電機(jī)功率，加大風(fēng)量與風(fēng)壓，往往適得其反。
　　從整個(gè)立窯系統(tǒng)裝機(jī)的設(shè)備功率來(lái)看，羅茨風(fēng)機(jī)電機(jī)功率為132KW，是整個(gè)機(jī)立窯系統(tǒng)裝機(jī)功率的一半，對(duì)煅燒來(lái)說(shuō)是一個(gè)用電較大的設(shè)備。它的改造成功將對(duì)廠家有較深遠(yuǎn)的意義。
　　四、 用戶對(duì)變頻節(jié)能改造后功能的要求
　a) 要求變頻器的跟隨性能好，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，故障率低。
　b) 要求壹臺(tái)變頻器可兩地操作（也就是提供兩塊操作面板），一塊用延長(zhǎng)線聯(lián)結(jié)至窯面上，替代原操作系統(tǒng)；該塊操作面板可以任意設(shè)定、修改參數(shù)，根據(jù)生產(chǎn)情況任意調(diào)節(jié)風(fēng)量大小，能控制變頻器的啟停。另一塊操作面板必須放在有人值班低壓配電室內(nèi)，只提供運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視和開(kāi)啟、關(guān)閉變頻器，不能設(shè)定參數(shù)和修改參數(shù)，不能調(diào)整風(fēng)量的大小。
　c) 在窯面和低壓配電室兩處都必須安裝應(yīng)急緊急停車(chē)按鈕。
在用風(fēng)量較小的情況下，必須保證電機(jī)的溫升和電機(jī)的噪聲不得超過(guò)允許的范圍
　　五、立窯風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能改造方案設(shè)計(jì)
　1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和用戶的要求，我們?cè)O(shè)計(jì)安裝一臺(tái)品質(zhì)優(yōu)良、性能穩(wěn)定可靠的平方轉(zhuǎn)矩（風(fēng)機(jī)水泵型）威科變頻器，其型號(hào)為VEC—V6—132F3，容量為132KW；并聯(lián)在原風(fēng)機(jī)起動(dòng)柜主回路電路中，并和原主電路做成安全電器互鎖；對(duì)立窯風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能控制，具體的控制頻率，由窯爐操作員工根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)工藝和窯爐的煅燒情況，通過(guò)控制變頻器面板上的上、下鍵操作，就能控制窯爐風(fēng)量的大小。從而放棄了立窯風(fēng)機(jī)過(guò)去傳統(tǒng)的控制方式，改造成了目前調(diào)速效果最好、節(jié)電效果最佳的變頻調(diào)速。
　2）在變頻器的硬件上加裝一路（顯示面板）牛腳插痤，制作成兩路面板控制；鍵盤(pán)和牛腳插座之間用一條50米長(zhǎng)的屏蔽線聯(lián)結(jié)，以滿足用戶的要求。保留原風(fēng)機(jī)窯面和值班室兩處的緊急停車(chē)按鈕，在空開(kāi)和變頻器之間的主電路中，增設(shè)交流按觸器。用鋼材把原放風(fēng)閥封牢。變頻改造后要依次合理調(diào)節(jié)每一個(gè)窯爐風(fēng)腰的開(kāi)度。
　六、變頻參數(shù)的設(shè)定
變頻器安裝完畢后，必須對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)定，有些參數(shù)和設(shè)定，將直接影響變頻器的運(yùn)行，導(dǎo)致電機(jī)不能啟動(dòng)，造成工程改造的失敗。所以在設(shè)定時(shí)要耐心細(xì)致，使參數(shù)設(shè)定和電機(jī)匹配。下面的參數(shù)是根據(jù)煅燒工藝和窯爐操作工現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行確認(rèn)的參數(shù)。僅供大家參考。
基本參數(shù)
序號(hào) 功能描述 設(shè)定值　 備注
1 控制方式 鍵盤(pán)調(diào)速+鍵盤(pán)運(yùn)行
2 上限頻率 50HZ
4 加速時(shí)間 112
5 減速時(shí)間 80
6 轉(zhuǎn)矩提升 17
7 載波頻率 5
9 上升/下降控制 有效
10 自由停車(chē)功能 有效
11 電流限幅功能 有效
　　七、立窯風(fēng)機(jī)變頻改造中注意事項(xiàng)
　　1） 面板控制方式應(yīng)置為用鍵盤(pán)的 （上）或 （下）鍵調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量較為合理，因?yàn)楦G面的工作環(huán)境較惡劣，假如用電位器調(diào)節(jié)，天長(zhǎng)日久地來(lái)回旋轉(zhuǎn)，會(huì)使電位器接觸不良，造成電機(jī)電流波動(dòng)很大；筆者經(jīng)過(guò)許多家水泥廠的實(shí)踐證明，鍵盤(pán)（上）、（下）鍵控制優(yōu)于電位器控制。
　　2） 變頻器的停車(chē)方式設(shè)定為自由停車(chē)。由于風(fēng)機(jī)是大慣量負(fù)載，若加減速時(shí)間設(shè)定過(guò)短，在加速時(shí)過(guò)程中容易會(huì)出現(xiàn)過(guò)流、過(guò)載，在減速時(shí)容易出過(guò)電壓保護(hù)，但設(shè)定時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)量調(diào)節(jié)緩慢，跟隨性能會(huì)變差，使系統(tǒng)易處在短期不穩(wěn)定狀態(tài)中，有時(shí)滿足不了窯爐生產(chǎn)的要求。因此，在滿足變頻器正常運(yùn)行（不跳故障）的前題下，盡量把加減速時(shí)間設(shè)定合理。
　　3） 在變頻器的輸入和輸出加裝零序電抗器，以減少諧波的份量，以提高變頻器的功率因數(shù)。
　　八、變頻改造后的節(jié)電效果
　　為了了解應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)后產(chǎn)生的節(jié)電效果，我們和廠方一起做了在相同工況條件下的節(jié)電效果測(cè)試，具體原始數(shù)據(jù)如下：
　　8月31日（24H） 9月1日（24H） 9月2日（24H） 9月3日（24H） 9月4日（24H） 9月5日（24H） 9月6日（24H）
工頻運(yùn)行 2640。 2720。 2680。 2688。 2656。 2704。 2712。
變頻運(yùn)行 2240。 2280。 2264。 2248。 2224。 2256。 2232。
節(jié)省用電 400度 440度 416度 440度 432度 448度 480度
　　從上面數(shù)所可知立窯風(fēng)機(jī)每天平均節(jié)約電費(fèi)436.5度；按廠家提供的數(shù)據(jù)，水泥廠立窯風(fēng)機(jī)全年運(yùn)行　10個(gè)月（即300天計(jì)算）, 電價(jià)每KW.h為0.50元，則全年節(jié)約電費(fèi)為：
　300天×436.5度×0.50=65,475（元）
　此后該項(xiàng)目每年可為廠家節(jié)約電費(fèi)6.5萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益非常顯。
　　九 、本系統(tǒng)的特點(diǎn)
　1） 采用節(jié)能單機(jī)控制，根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需要通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)送風(fēng)量，在滿足使用要求的前提下達(dá)到最大限度的節(jié)能。
　2） 實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)的高效調(diào)速，調(diào)速平穩(wěn)、精度高，調(diào)速過(guò)程中轉(zhuǎn)差損耗小，由于降速運(yùn)行和軟啟動(dòng)，使電機(jī)啟動(dòng)電流大大減小，起動(dòng)時(shí)定、轉(zhuǎn)子消耗減少，對(duì)延長(zhǎng)電機(jī)壽命十分有利。
　3） 先進(jìn)的設(shè)置監(jiān)控及調(diào)節(jié)功能改善了系統(tǒng)運(yùn)行特性，使系統(tǒng)操作更簡(jiǎn)便。
　4） 系統(tǒng)具有過(guò)載、過(guò)流、過(guò)壓、短路、欠壓保護(hù)措施，使系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)率和安全性、可靠性大大提高，有效地防止了噴窯的發(fā)生。
　5） 運(yùn)用威科變頻器最大特點(diǎn)就是電機(jī)在低頻運(yùn)行時(shí)，不發(fā)生振蕩現(xiàn)象。
結(jié)束語(yǔ)
　　在風(fēng)機(jī)水泵上采用變頻調(diào)速技術(shù)不僅調(diào)速性能優(yōu)越，而且節(jié)能效果十分顯著；隨著變頻器制技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，變頻器價(jià)格不斷下降，我們相信所有的水泥廠立窯風(fēng)機(jī)都會(huì)改造成用變頻調(diào)速來(lái)控制。