變頻器在水泥廠立窯羅次風機上的節能應用
【摘要】
闡述了水泥廠立窯羅次風機采用變頻調速系統獲得的節能、方便技術優勢及經濟效益，采用ABB無諧波變頻器不僅解決了節能、安全的問題，而且不存在變頻器造成的諧波問題。
【關鍵詞】
羅次風機 變頻器 節能 諧波
水泥廠立窯煅燒熟料所耗用的電能中，羅次鼓風機的電耗一般占60%左右，隨著電價的調整，電費在水泥生產成本中所占的比例越來越高。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。
一、立窯羅次風機工作原理
在水泥立窯煅燒生產過程中所需要的風量是經常隨工藝及操作的需要不同程度調節的，而傳統的調節方案是通過放風閥來調節的，用來帶動風機的電動機本身轉速是不可調節的，因此大量的風量通過放風法放掉，也就是說，造成電能的大量的浪費，根據鼓風機風量和轉速成正比關系。
Q1/Q2=N1/N2
式中：Q1、Q2為轉速快和慢的風量 米/分
鼓風機的風壓和轉速的平方成正比。
H1/H2=（N1/N2）
式中：H1、H2為轉速快和慢的風壓
鼓風機所需的功率與轉速的立方成正比。
N1/N2=（N1/N2）
式中：N1、N2為轉速快和慢所需功率KW。
從上述關系可知，如果我們使用改變轉速來實現改變風量的方法，就不至于把大量的風量白白放掉，從而節約了大量的電能，為此結合我國的實際情況，經多方論證，于2001年4月份起，著重致力于變頻器調速在水泥行業的推廣應用工作。在短短的兩年中，推廣應用達1500KW之多。從結果上看，均取得了顯著的節電效果，不僅節電25~58%左右，同時還增加設備的使用壽命，提高電動機功率因數，改善了工人的操作條件，降低了環境噪音等，深得各方面的好評。
二、調速方案的選擇
改變鼓風機轉速的方法目前使用調速型液力偶合器和電動機變頻調速器等，現階段在羅次鼓風機中應用較多的是使用調速型液力偶合器，而過去變頻調速技術的應用，由于受技術條件的限制而極少有在這方面的報道，近年來隨著改革開放深入發展，隨著世界科學技術的進步，大功率的晶體管、電子技術的迅速的發展，大規模集成電路和微機技術的突飛猛進，變頻調速已成為現實。變頻調速在變頻范圍、動態響應、工作效率、調整精度、功率因數、輸出特性保護功能及可靠性方面，都達到了較為完美的程度。因此得到了廣泛的應用。
變頻調速的原理是根據異步電動機的轉速：
N=60F（1-S）/P
式中F為電源頻率，P為極對數，S為電機的轉差率。
從上式可知改變供電頻率，即可改變電機的轉速。
無論是在電機與羅次鼓風機之間裝設調速型液力偶合器或直接對電動機進行變頻調速控制，都滿足控制進窯風量的要求。根據每個廠的具體情況，應選用何設備，對此，我們根據大量的實際調查，作出如下分析：
1、 一般立窯鼓風機選型余量比較大，電機約有10~30KW左右的余量。這就是說，一般用風量只有銘牌風量的70~90%，放風率高達10~30%，若對風機進行調速控制，則風機轉速需調至額定轉速的70~90%，即可滿足立窯最大用風量的要求。如果選用與風機額定轉速相一致的調速型液力偶合器，因其傳動效率與轉速成正比，將使偶合器在額定轉速的70~90%以下運行，系統的傳動效率較低，意味著電能的浪費；若改變電機的極對數，其系統的效率雖然提高，但更換電機的設備投資則需增加更多，雖然這兩個方案都與目標存在一定的差距，但若使用變頻調速器，因其直接改變電機的轉速不存在滑差損失，效率高，在高、低轉速時系統的效率不變，這就較為適合工廠的具體情況。
2、 一般工廠電機的輸出功率占電機額定功率的50%左右，故如果使用調速型液力偶合器，若不便換電機，則存在電機功率因數過低的缺陷，增加功率因數補償設施也需另外投資，若選用變頻調速器，因其能提高電機的功率因數接近于1，這就能較好地解決這個問題。
3、 調速型液力偶合器是安裝在風機與電機之間的，選用調速型液力偶合器必須重新出力原來的基礎，其說需的施工工期較長，一般都要一個月左右，這對于不具有備用機組的立窯來說是較難安排這么長的停機時間的，而安裝變頻調速，則主要是線路的轉換，可以不停機先做好準備工作，轉接時只需一個班次即可，這樣可基本不影響生產，較為有利。
4、 在設備投資方面，液力偶合器雖然比變頻器價格低，但若更換電機，則不相上下，如果變頻器不用供水供油，系統簡單，運行費用低，則其投資費用較高的部分也可以得到補償。
從上述的比較可知，結合工廠的實際情況，最理想的還是選用的變頻調速器。
三、應用情況
變頻器自2001年4月份起我公司在國內一些地區推廣應用，并在立窯羅茨風機的電機上正式投入運行后，已有近兩年時間，設備使用正常，取得了令人滿意的效果。我公司在其中兩個廠安裝的3臺變頻器與變頻器安裝前的同期的運行數據作一比較。
注：電度數據為該風機單獨安裝電度表計量所得。
從以上兩表實測數據可知，節電效果時十分顯著，每噸熟料平均節電25~60%，如果以綜合電價0.5元計算，每臺變頻器價格平均以20萬計，大概一年半即可收回投資。
用變頻調速器調節鼓風機風量，在使用上也達到了十分理想的效果。
1、 由于省去了放風閥，進窯風量的變化由變頻調速來實現，使進窯空氣進壓及氣流速度穩定。操作更加簡單，只要轉動旋鈕就可調節頻率變速，頻率用數字顯示，因為頻率與轉速成正比關系，所以能精確地定量用風，避免了使用放風閥時引起風壓及風量巨變的弊端，從而穩定了立窯煅燒的熱工制度，為提高熟料產量質量打下基礎，也減輕了工人的勞動強度。
2、 有的工廠原來放風是使用循環放風的形式，這樣雖能降低風機的噪聲，但同時由于大量的過剩風量在風機的管道內循環，因而在放風量達時經常引起風機發熱，這就極大地影響了風機的安全運轉，用變頻調速器控制風量，沒有過剩風量循環，為風機的安全運轉提供了有利的條件，由于風機經常處于減速運行，因而風機運行噪聲也得到了大幅度的降低，并提高了風機的使用壽命，得到了工人的歡迎和贊賞。
3、 風機采用變頻調速可方便地從低速啟動，啟動平穩，啟動電流小，對提高質量起到良好的作用。
可見變頻調速在水泥廠的立窯風機上的運用是成功的，達到了預期的效果，其經濟效益是顯著的，再加上良好的控制性能和改善工況后的效益，確實是企業技術改造的理想設備，得到領導及工人師傅的充分肯定，具有很高的推廣應用價值。
四、幾點總結
1、 工廠選型時除必須作好充分的實際調查之外，必須認真做好細致的可行性認證，節能效果的大小，除了設備本身的節電潛力外，更主要的是與實際工況有直接的關系，如風機選型余度過大，放風量大，時間長，則節電效果顯著，反之節電效果就相對較低。
2、 由于變頻器一次性投資較高，考 到設備配套本身已有一定的安全系數，所以選用變頻器容量也可按實際的運行工況出發，運行電流不超過變頻器的額定電流，只要能滿足啟動要求就可以了。這樣可以選用容量較小的變頻器，以減少一次性投資。
3、 變頻器的使用要盡量保證其使用環境的要求，一般水泥廠環境比較惡劣，所以在使用過程中要密切注意變頻器的冷卻系統是否正常，否則要及時處理；同時，定期進行吹塵保養，萬一出了故障，要弄清故障顯示的內容，有時可能是某種保護功能動作，不一定是變頻器的問題，要有的方失去排除切不可隨意亂動必要時可與銷售商取得聯系確保變頻器更好的為人們服務。
闡述了水泥廠立窯羅次風機采用變頻調速系統獲得的節能、方便技術優勢及經濟效益，采用ABB無諧波變頻器不僅解決了節能、安全的問題，而且不存在變頻器造成的諧波問題。
【關鍵詞】
羅次風機 變頻器 節能 諧波
水泥廠立窯煅燒熟料所耗用的電能中，羅次鼓風機的電耗一般占60%左右，隨著電價的調整，電費在水泥生產成本中所占的比例越來越高。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。
一、立窯羅次風機工作原理
在水泥立窯煅燒生產過程中所需要的風量是經常隨工藝及操作的需要不同程度調節的，而傳統的調節方案是通過放風閥來調節的，用來帶動風機的電動機本身轉速是不可調節的，因此大量的風量通過放風法放掉，也就是說，造成電能的大量的浪費，根據鼓風機風量和轉速成正比關系。
Q1/Q2=N1/N2
式中：Q1、Q2為轉速快和慢的風量 米/分
鼓風機的風壓和轉速的平方成正比。
H1/H2=（N1/N2）
式中：H1、H2為轉速快和慢的風壓
鼓風機所需的功率與轉速的立方成正比。
N1/N2=（N1/N2）
式中：N1、N2為轉速快和慢所需功率KW。
從上述關系可知，如果我們使用改變轉速來實現改變風量的方法，就不至于把大量的風量白白放掉，從而節約了大量的電能，為此結合我國的實際情況，經多方論證，于2001年4月份起，著重致力于變頻器調速在水泥行業的推廣應用工作。在短短的兩年中，推廣應用達1500KW之多。從結果上看，均取得了顯著的節電效果，不僅節電25~58%左右，同時還增加設備的使用壽命，提高電動機功率因數，改善了工人的操作條件，降低了環境噪音等，深得各方面的好評。
二、調速方案的選擇
改變鼓風機轉速的方法目前使用調速型液力偶合器和電動機變頻調速器等，現階段在羅次鼓風機中應用較多的是使用調速型液力偶合器，而過去變頻調速技術的應用，由于受技術條件的限制而極少有在這方面的報道，近年來隨著改革開放深入發展，隨著世界科學技術的進步，大功率的晶體管、電子技術的迅速的發展，大規模集成電路和微機技術的突飛猛進，變頻調速已成為現實。變頻調速在變頻范圍、動態響應、工作效率、調整精度、功率因數、輸出特性保護功能及可靠性方面，都達到了較為完美的程度。因此得到了廣泛的應用。
變頻調速的原理是根據異步電動機的轉速：
N=60F（1-S）/P
式中F為電源頻率，P為極對數，S為電機的轉差率。
從上式可知改變供電頻率，即可改變電機的轉速。
無論是在電機與羅次鼓風機之間裝設調速型液力偶合器或直接對電動機進行變頻調速控制，都滿足控制進窯風量的要求。根據每個廠的具體情況，應選用何設備，對此，我們根據大量的實際調查，作出如下分析：
1、 一般立窯鼓風機選型余量比較大，電機約有10~30KW左右的余量。這就是說，一般用風量只有銘牌風量的70~90%，放風率高達10~30%，若對風機進行調速控制，則風機轉速需調至額定轉速的70~90%，即可滿足立窯最大用風量的要求。如果選用與風機額定轉速相一致的調速型液力偶合器，因其傳動效率與轉速成正比，將使偶合器在額定轉速的70~90%以下運行，系統的傳動效率較低，意味著電能的浪費；若改變電機的極對數，其系統的效率雖然提高，但更換電機的設備投資則需增加更多，雖然這兩個方案都與目標存在一定的差距，但若使用變頻調速器，因其直接改變電機的轉速不存在滑差損失，效率高，在高、低轉速時系統的效率不變，這就較為適合工廠的具體情況。
2、 一般工廠電機的輸出功率占電機額定功率的50%左右，故如果使用調速型液力偶合器，若不便換電機，則存在電機功率因數過低的缺陷，增加功率因數補償設施也需另外投資，若選用變頻調速器，因其能提高電機的功率因數接近于1，這就能較好地解決這個問題。
3、 調速型液力偶合器是安裝在風機與電機之間的，選用調速型液力偶合器必須重新出力原來的基礎，其說需的施工工期較長，一般都要一個月左右，這對于不具有備用機組的立窯來說是較難安排這么長的停機時間的，而安裝變頻調速，則主要是線路的轉換，可以不停機先做好準備工作，轉接時只需一個班次即可，這樣可基本不影響生產，較為有利。
4、 在設備投資方面，液力偶合器雖然比變頻器價格低，但若更換電機，則不相上下，如果變頻器不用供水供油，系統簡單，運行費用低，則其投資費用較高的部分也可以得到補償。
從上述的比較可知，結合工廠的實際情況，最理想的還是選用的變頻調速器。
三、應用情況
變頻器自2001年4月份起我公司在國內一些地區推廣應用，并在立窯羅茨風機的電機上正式投入運行后，已有近兩年時間，設備使用正常，取得了令人滿意的效果。我公司在其中兩個廠安裝的3臺變頻器與變頻器安裝前的同期的運行數據作一比較。
注：電度數據為該風機單獨安裝電度表計量所得。
從以上兩表實測數據可知，節電效果時十分顯著，每噸熟料平均節電25~60%，如果以綜合電價0.5元計算，每臺變頻器價格平均以20萬計，大概一年半即可收回投資。
用變頻調速器調節鼓風機風量，在使用上也達到了十分理想的效果。
1、 由于省去了放風閥，進窯風量的變化由變頻調速來實現，使進窯空氣進壓及氣流速度穩定。操作更加簡單，只要轉動旋鈕就可調節頻率變速，頻率用數字顯示，因為頻率與轉速成正比關系，所以能精確地定量用風，避免了使用放風閥時引起風壓及風量巨變的弊端，從而穩定了立窯煅燒的熱工制度，為提高熟料產量質量打下基礎，也減輕了工人的勞動強度。
2、 有的工廠原來放風是使用循環放風的形式，這樣雖能降低風機的噪聲，但同時由于大量的過剩風量在風機的管道內循環，因而在放風量達時經常引起風機發熱，這就極大地影響了風機的安全運轉，用變頻調速器控制風量，沒有過剩風量循環，為風機的安全運轉提供了有利的條件，由于風機經常處于減速運行，因而風機運行噪聲也得到了大幅度的降低，并提高了風機的使用壽命，得到了工人的歡迎和贊賞。
3、 風機采用變頻調速可方便地從低速啟動，啟動平穩，啟動電流小，對提高質量起到良好的作用。
可見變頻調速在水泥廠的立窯風機上的運用是成功的，達到了預期的效果，其經濟效益是顯著的，再加上良好的控制性能和改善工況后的效益，確實是企業技術改造的理想設備，得到領導及工人師傅的充分肯定，具有很高的推廣應用價值。
四、幾點總結
1、 工廠選型時除必須作好充分的實際調查之外，必須認真做好細致的可行性認證，節能效果的大小，除了設備本身的節電潛力外，更主要的是與實際工況有直接的關系，如風機選型余度過大，放風量大，時間長，則節電效果顯著，反之節電效果就相對較低。
2、 由于變頻器一次性投資較高，考 到設備配套本身已有一定的安全系數，所以選用變頻器容量也可按實際的運行工況出發，運行電流不超過變頻器的額定電流，只要能滿足啟動要求就可以了。這樣可以選用容量較小的變頻器，以減少一次性投資。
3、 變頻器的使用要盡量保證其使用環境的要求，一般水泥廠環境比較惡劣，所以在使用過程中要密切注意變頻器的冷卻系統是否正常，否則要及時處理；同時，定期進行吹塵保養，萬一出了故障，要弄清故障顯示的內容，有時可能是某種保護功能動作，不一定是變頻器的問題，要有的方失去排除切不可隨意亂動必要時可與銷售商取得聯系確保變頻器更好的為人們服務。
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