變頻器在水泥廠立窯羅次風(fēng)機上的節(jié)能應(yīng)用
【摘要】
闡述了水泥廠立窯羅次風(fēng)機采用變頻調(diào)速系統(tǒng)獲得的節(jié)能、方便技術(shù)優(yōu)勢及經(jīng)濟效益，采用ABB無諧波變頻器不僅解決了節(jié)能、安全的問題，而且不存在變頻器造成的諧波問題。
【關(guān)鍵詞】
羅次風(fēng)機 變頻器 節(jié)能 諧波
水泥廠立窯煅燒熟料所耗用的電能中，羅次鼓風(fēng)機的電耗一般占60%左右，隨著電價的調(diào)整，電費在水泥生產(chǎn)成本中所占的比例越來越高。因此降低鼓風(fēng)機的能耗成為提高企業(yè)經(jīng)濟效益的重要一環(huán)。
一、立窯羅次風(fēng)機工作原理
在水泥立窯煅燒生產(chǎn)過程中所需要的風(fēng)量是經(jīng)常隨工藝及操作的需要不同程度調(diào)節(jié)的，而傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方案是通過放風(fēng)閥來調(diào)節(jié)的，用來帶動風(fēng)機的電動機本身轉(zhuǎn)速是不可調(diào)節(jié)的，因此大量的風(fēng)量通過放風(fēng)法放掉，也就是說，造成電能的大量的浪費，根據(jù)鼓風(fēng)機風(fēng)量和轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。
Q1/Q2=N1/N2
式中：Q1、Q2為轉(zhuǎn)速快和慢的風(fēng)量 米/分
鼓風(fēng)機的風(fēng)壓和轉(zhuǎn)速的平方成正比。
H1/H2=（N1/N2）
式中：H1、H2為轉(zhuǎn)速快和慢的風(fēng)壓
鼓風(fēng)機所需的功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。
N1/N2=（N1/N2）
式中：N1、N2為轉(zhuǎn)速快和慢所需功率KW。
從上述關(guān)系可知，如果我們使用改變轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)改變風(fēng)量的方法，就不至于把大量的風(fēng)量白白放掉，從而節(jié)約了大量的電能，為此結(jié)合我國的實際情況，經(jīng)多方論證，于2001年4月份起，著重致力于變頻器調(diào)速在水泥行業(yè)的推廣應(yīng)用工作。在短短的兩年中，推廣應(yīng)用達1500KW之多。從結(jié)果上看，均取得了顯著的節(jié)電效果，不僅節(jié)電25~58%左右，同時還增加設(shè)備的使用壽命，提高電動機功率因數(shù)，改善了工人的操作條件，降低了環(huán)境噪音等，深得各方面的好評。
二、調(diào)速方案的選擇
改變鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速的方法目前使用調(diào)速型液力偶合器和電動機變頻調(diào)速器等，現(xiàn)階段在羅次鼓風(fēng)機中應(yīng)用較多的是使用調(diào)速型液力偶合器，而過去變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，由于受技術(shù)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(fā)展，隨著世界科學(xué)技術(shù)的進步，大功率的晶體管、電子技術(shù)的迅速的發(fā)展，大規(guī)模集成電路和微機技術(shù)的突飛猛進，變頻調(diào)速已成為現(xiàn)實。變頻調(diào)速在變頻范圍、動態(tài)響應(yīng)、工作效率、調(diào)整精度、功率因數(shù)、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(yīng)用。
變頻調(diào)速的原理是根據(jù)異步電動機的轉(zhuǎn)速：
N=60F（1-S）/P
式中F為電源頻率，P為極對數(shù)，S為電機的轉(zhuǎn)差率。
從上式可知改變供電頻率，即可改變電機的轉(zhuǎn)速。
無論是在電機與羅次鼓風(fēng)機之間裝設(shè)調(diào)速型液力偶合器或直接對電動機進行變頻調(diào)速控制，都滿足控制進窯風(fēng)量的要求。根據(jù)每個廠的具體情況，應(yīng)選用何設(shè)備，對此，我們根據(jù)大量的實際調(diào)查，作出如下分析：
1、 一般立窯鼓風(fēng)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(fēng)量只有銘牌風(fēng)量的70~90%，放風(fēng)率高達10~30%，若對風(fēng)機進行調(diào)速控制，則風(fēng)機轉(zhuǎn)速需調(diào)至額定轉(zhuǎn)速的70~90%，即可滿足立窯最大用風(fēng)量的要求。如果選用與風(fēng)機額定轉(zhuǎn)速相一致的調(diào)速型液力偶合器，因其傳動效率與轉(zhuǎn)速成正比，將使偶合器在額定轉(zhuǎn)速的70~90%以下運行，系統(tǒng)的傳動效率較低，意味著電能的浪費；若改變電機的極對數(shù)，其系統(tǒng)的效率雖然提高，但更換電機的設(shè)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(diào)速器，因其直接改變電機的轉(zhuǎn)速不存在滑差損失，效率高，在高、低轉(zhuǎn)速時系統(tǒng)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(diào)速型液力偶合器，若不便換電機，則存在電機功率因數(shù)過低的缺陷，增加功率因數(shù)補償設(shè)施也需另外投資，若選用變頻調(diào)速器，因其能提高電機的功率因數(shù)接近于1，這就能較好地解決這個問題。
3、 調(diào)速型液力偶合器是安裝在風(fēng)機與電機之間的，選用調(diào)速型液力偶合器必須重新出力原來的基礎(chǔ)，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(diào)速，則主要是線路的轉(zhuǎn)換，可以不停機先做好準備工作，轉(zhuǎn)接時只需一個班次即可，這樣可基本不影響生產(chǎn)，較為有利。
4、 在設(shè)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(tǒng)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(jié)合工廠的實際情況，最理想的還是選用的變頻調(diào)速器。
三、應(yīng)用情況
變頻器自2001年4月份起我公司在國內(nèi)一些地區(qū)推廣應(yīng)用，并在立窯羅茨風(fēng)機的電機上正式投入運行后，已有近兩年時間，設(shè)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(shù)據(jù)作一比較。
注：電度數(shù)據(jù)為該風(fēng)機單獨安裝電度表計量所得。
從以上兩表實測數(shù)據(jù)可知，節(jié)電效果時十分顯著，每噸熟料平均節(jié)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(diào)速器調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機風(fēng)量，在使用上也達到了十分理想的效果。
1、 由于省去了放風(fēng)閥，進窯風(fēng)量的變化由變頻調(diào)速來實現(xiàn)，使進窯空氣進壓及氣流速度穩(wěn)定。操作更加簡單，只要轉(zhuǎn)動旋鈕就可調(diào)節(jié)頻率變速，頻率用數(shù)字顯示，因為頻率與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，所以能精確地定量用風(fēng)，避免了使用放風(fēng)閥時引起風(fēng)壓及風(fēng)量巨變的弊端，從而穩(wěn)定了立窯煅燒的熱工制度，為提高熟料產(chǎn)量質(zhì)量打下基礎(chǔ)，也減輕了工人的勞動強度。
2、 有的工廠原來放風(fēng)是使用循環(huán)放風(fēng)的形式，這樣雖能降低風(fēng)機的噪聲，但同時由于大量的過剩風(fēng)量在風(fēng)機的管道內(nèi)循環(huán)，因而在放風(fēng)量達時經(jīng)常引起風(fēng)機發(fā)熱，這就極大地影響了風(fēng)機的安全運轉(zhuǎn)，用變頻調(diào)速器控制風(fēng)量，沒有過剩風(fēng)量循環(huán)，為風(fēng)機的安全運轉(zhuǎn)提供了有利的條件，由于風(fēng)機經(jīng)常處于減速運行，因而風(fēng)機運行噪聲也得到了大幅度的降低，并提高了風(fēng)機的使用壽命，得到了工人的歡迎和贊賞。
3、 風(fēng)機采用變頻調(diào)速可方便地從低速啟動，啟動平穩(wěn)，啟動電流小，對提高質(zhì)量起到良好的作用。
可見變頻調(diào)速在水泥廠的立窯風(fēng)機上的運用是成功的，達到了預(yù)期的效果，其經(jīng)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(yè)技術(shù)改造的理想設(shè)備，得到領(lǐng)導(dǎo)及工人師傅的充分肯定，具有很高的推廣應(yīng)用價值。
四、幾點總結(jié)
1、 工廠選型時除必須作好充分的實際調(diào)查之外，必須認真做好細致的可行性認證，節(jié)能效果的大小，除了設(shè)備本身的節(jié)電潛力外，更主要的是與實際工況有直接的關(guān)系，如風(fēng)機選型余度過大，放風(fēng)量大，時間長，則節(jié)電效果顯著，反之節(jié)電效果就相對較低。
2、 由于變頻器一次性投資較高，考 到設(shè)備配套本身已有一定的安全系數(shù)，所以選用變頻器容量也可按實際的運行工況出發(fā)，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(huán)境的要求，一般水泥廠環(huán)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(tǒng)是否正常，否則要及時處理；同時，定期進行吹塵保養(yǎng)，萬一出了故障，要弄清故障顯示的內(nèi)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(lián)系確保變頻器更好的為人們服務(wù)。
闡述了水泥廠立窯羅次風(fēng)機采用變頻調(diào)速系統(tǒng)獲得的節(jié)能、方便技術(shù)優(yōu)勢及經(jīng)濟效益，采用ABB無諧波變頻器不僅解決了節(jié)能、安全的問題，而且不存在變頻器造成的諧波問題。
【關(guān)鍵詞】
羅次風(fēng)機 變頻器 節(jié)能 諧波
水泥廠立窯煅燒熟料所耗用的電能中，羅次鼓風(fēng)機的電耗一般占60%左右，隨著電價的調(diào)整，電費在水泥生產(chǎn)成本中所占的比例越來越高。因此降低鼓風(fēng)機的能耗成為提高企業(yè)經(jīng)濟效益的重要一環(huán)。
一、立窯羅次風(fēng)機工作原理
在水泥立窯煅燒生產(chǎn)過程中所需要的風(fēng)量是經(jīng)常隨工藝及操作的需要不同程度調(diào)節(jié)的，而傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方案是通過放風(fēng)閥來調(diào)節(jié)的，用來帶動風(fēng)機的電動機本身轉(zhuǎn)速是不可調(diào)節(jié)的，因此大量的風(fēng)量通過放風(fēng)法放掉，也就是說，造成電能的大量的浪費，根據(jù)鼓風(fēng)機風(fēng)量和轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。
Q1/Q2=N1/N2
式中：Q1、Q2為轉(zhuǎn)速快和慢的風(fēng)量 米/分
鼓風(fēng)機的風(fēng)壓和轉(zhuǎn)速的平方成正比。
H1/H2=（N1/N2）
式中：H1、H2為轉(zhuǎn)速快和慢的風(fēng)壓
鼓風(fēng)機所需的功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。
N1/N2=（N1/N2）
式中：N1、N2為轉(zhuǎn)速快和慢所需功率KW。
從上述關(guān)系可知，如果我們使用改變轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)改變風(fēng)量的方法，就不至于把大量的風(fēng)量白白放掉，從而節(jié)約了大量的電能，為此結(jié)合我國的實際情況，經(jīng)多方論證，于2001年4月份起，著重致力于變頻器調(diào)速在水泥行業(yè)的推廣應(yīng)用工作。在短短的兩年中，推廣應(yīng)用達1500KW之多。從結(jié)果上看，均取得了顯著的節(jié)電效果，不僅節(jié)電25~58%左右，同時還增加設(shè)備的使用壽命，提高電動機功率因數(shù)，改善了工人的操作條件，降低了環(huán)境噪音等，深得各方面的好評。
二、調(diào)速方案的選擇
改變鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速的方法目前使用調(diào)速型液力偶合器和電動機變頻調(diào)速器等，現(xiàn)階段在羅次鼓風(fēng)機中應(yīng)用較多的是使用調(diào)速型液力偶合器，而過去變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，由于受技術(shù)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(fā)展，隨著世界科學(xué)技術(shù)的進步，大功率的晶體管、電子技術(shù)的迅速的發(fā)展，大規(guī)模集成電路和微機技術(shù)的突飛猛進，變頻調(diào)速已成為現(xiàn)實。變頻調(diào)速在變頻范圍、動態(tài)響應(yīng)、工作效率、調(diào)整精度、功率因數(shù)、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(yīng)用。
變頻調(diào)速的原理是根據(jù)異步電動機的轉(zhuǎn)速：
N=60F（1-S）/P
式中F為電源頻率，P為極對數(shù)，S為電機的轉(zhuǎn)差率。
從上式可知改變供電頻率，即可改變電機的轉(zhuǎn)速。
無論是在電機與羅次鼓風(fēng)機之間裝設(shè)調(diào)速型液力偶合器或直接對電動機進行變頻調(diào)速控制，都滿足控制進窯風(fēng)量的要求。根據(jù)每個廠的具體情況，應(yīng)選用何設(shè)備，對此，我們根據(jù)大量的實際調(diào)查，作出如下分析：
1、 一般立窯鼓風(fēng)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(fēng)量只有銘牌風(fēng)量的70~90%，放風(fēng)率高達10~30%，若對風(fēng)機進行調(diào)速控制，則風(fēng)機轉(zhuǎn)速需調(diào)至額定轉(zhuǎn)速的70~90%，即可滿足立窯最大用風(fēng)量的要求。如果選用與風(fēng)機額定轉(zhuǎn)速相一致的調(diào)速型液力偶合器，因其傳動效率與轉(zhuǎn)速成正比，將使偶合器在額定轉(zhuǎn)速的70~90%以下運行，系統(tǒng)的傳動效率較低，意味著電能的浪費；若改變電機的極對數(shù)，其系統(tǒng)的效率雖然提高，但更換電機的設(shè)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(diào)速器，因其直接改變電機的轉(zhuǎn)速不存在滑差損失，效率高，在高、低轉(zhuǎn)速時系統(tǒng)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(diào)速型液力偶合器，若不便換電機，則存在電機功率因數(shù)過低的缺陷，增加功率因數(shù)補償設(shè)施也需另外投資，若選用變頻調(diào)速器，因其能提高電機的功率因數(shù)接近于1，這就能較好地解決這個問題。
3、 調(diào)速型液力偶合器是安裝在風(fēng)機與電機之間的，選用調(diào)速型液力偶合器必須重新出力原來的基礎(chǔ)，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(diào)速，則主要是線路的轉(zhuǎn)換，可以不停機先做好準備工作，轉(zhuǎn)接時只需一個班次即可，這樣可基本不影響生產(chǎn)，較為有利。
4、 在設(shè)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(tǒng)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(jié)合工廠的實際情況，最理想的還是選用的變頻調(diào)速器。
三、應(yīng)用情況
變頻器自2001年4月份起我公司在國內(nèi)一些地區(qū)推廣應(yīng)用，并在立窯羅茨風(fēng)機的電機上正式投入運行后，已有近兩年時間，設(shè)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(shù)據(jù)作一比較。
注：電度數(shù)據(jù)為該風(fēng)機單獨安裝電度表計量所得。
從以上兩表實測數(shù)據(jù)可知，節(jié)電效果時十分顯著，每噸熟料平均節(jié)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(diào)速器調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機風(fēng)量，在使用上也達到了十分理想的效果。
1、 由于省去了放風(fēng)閥，進窯風(fēng)量的變化由變頻調(diào)速來實現(xiàn)，使進窯空氣進壓及氣流速度穩(wěn)定。操作更加簡單，只要轉(zhuǎn)動旋鈕就可調(diào)節(jié)頻率變速，頻率用數(shù)字顯示，因為頻率與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，所以能精確地定量用風(fēng)，避免了使用放風(fēng)閥時引起風(fēng)壓及風(fēng)量巨變的弊端，從而穩(wěn)定了立窯煅燒的熱工制度，為提高熟料產(chǎn)量質(zhì)量打下基礎(chǔ)，也減輕了工人的勞動強度。
2、 有的工廠原來放風(fēng)是使用循環(huán)放風(fēng)的形式，這樣雖能降低風(fēng)機的噪聲，但同時由于大量的過剩風(fēng)量在風(fēng)機的管道內(nèi)循環(huán)，因而在放風(fēng)量達時經(jīng)常引起風(fēng)機發(fā)熱，這就極大地影響了風(fēng)機的安全運轉(zhuǎn)，用變頻調(diào)速器控制風(fēng)量，沒有過剩風(fēng)量循環(huán)，為風(fēng)機的安全運轉(zhuǎn)提供了有利的條件，由于風(fēng)機經(jīng)常處于減速運行，因而風(fēng)機運行噪聲也得到了大幅度的降低，并提高了風(fēng)機的使用壽命，得到了工人的歡迎和贊賞。
3、 風(fēng)機采用變頻調(diào)速可方便地從低速啟動，啟動平穩(wěn)，啟動電流小，對提高質(zhì)量起到良好的作用。
可見變頻調(diào)速在水泥廠的立窯風(fēng)機上的運用是成功的，達到了預(yù)期的效果，其經(jīng)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(yè)技術(shù)改造的理想設(shè)備，得到領(lǐng)導(dǎo)及工人師傅的充分肯定，具有很高的推廣應(yīng)用價值。
四、幾點總結(jié)
1、 工廠選型時除必須作好充分的實際調(diào)查之外，必須認真做好細致的可行性認證，節(jié)能效果的大小，除了設(shè)備本身的節(jié)電潛力外，更主要的是與實際工況有直接的關(guān)系，如風(fēng)機選型余度過大，放風(fēng)量大，時間長，則節(jié)電效果顯著，反之節(jié)電效果就相對較低。
2、 由于變頻器一次性投資較高，考 到設(shè)備配套本身已有一定的安全系數(shù)，所以選用變頻器容量也可按實際的運行工況出發(fā)，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(huán)境的要求，一般水泥廠環(huán)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(tǒng)是否正常，否則要及時處理；同時，定期進行吹塵保養(yǎng)，萬一出了故障，要弄清故障顯示的內(nèi)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(lián)系確保變頻器更好的為人們服務(wù)。
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