水泥行業(yè)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)高壓變頻節(jié)能優(yōu)勢淺析

一、 我國水泥行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
近幾年，在國家宏觀政策的大力支持下，隨著國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，北京奧運(yùn)會、上海世博會等項目的拉動、加上新農(nóng)村建設(shè)和城市化的持續(xù)進(jìn)行，大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)得以全面展開。水泥行業(yè)本身是個周期性行業(yè)，周期大概在5年左右。隨著2005年跌入谷底，新一輪周期再次開始，至少到2010年將以每年1億噸產(chǎn)能高速增長。
水泥企業(yè)是高耗能、高污染企業(yè)，在當(dāng)?shù)囟际悄芎暮臀廴敬髴?，?jié)能、環(huán)保重點(diǎn)監(jiān)測單位，其中所需煤耗約占全國的15%。受市場需求的拉動，淘汰落后產(chǎn)能政策的調(diào)控，企業(yè)自身市場競爭的需要和水泥生產(chǎn)技術(shù)裝備的進(jìn)步，新型干法水泥的生產(chǎn)方式得到大力推廣應(yīng)用。
以往干法中空窯、濕法窯和立窯水泥生產(chǎn)每噸能耗約為新型干法水泥生產(chǎn)方法的1倍，粉塵排放量是新型干法的100倍。水泥行業(yè)采用新型干法在生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量、單位能耗、除塵降噪等各項指標(biāo)均大幅提高，節(jié)約了大量的水資源，煤耗和電耗均大幅降低。但與國外先進(jìn)國家相比，我國水泥行業(yè)無論在生產(chǎn)工藝、單位能耗等方面還有一定的差距，這也為變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于我國水泥行業(yè)創(chuàng)造了商機(jī)。

二、 水泥生產(chǎn)工藝
1、水泥的定義：
凡細(xì)磨物料，加適量水后，成塑性漿狀，即能在空氣中硬化，又能在水中硬化的水硬性膠凝材料，并能把沙石等材料牢固地膠結(jié)在一起的叫水泥。
一般來講，水泥行業(yè)生產(chǎn)的是硅酸鹽水泥，硅酸鹽水泥是一種細(xì)致的、通常為灰色的粉末，它由鈣 （石灰石 ）、 硅酸鹽、鋁酸鹽 （ 黏土 ） 以及鐵酸鹽組成。

2、生產(chǎn)過程劃分：
1）礦山開采物料經(jīng)過破碎機(jī)得到原料；
2）各種物料經(jīng)過研磨、配合、均化成為生料；
3）生料和煤粉經(jīng)過烘干、預(yù)熱后送到回轉(zhuǎn)窯在1450 ℃下煅燒成為熟料；
4）熟料經(jīng)過冷卻送到球磨機(jī)研磨成為水泥成品；
通俗的講就是“兩磨一燒”，生料制備、熟料煅燒、水泥粉磨。

3、水泥生產(chǎn)工藝流程圖（摘自中國建材網(wǎng)）
三、水泥行業(yè)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行簡介
在水泥生產(chǎn)設(shè)備各系統(tǒng)中，物料的儲藏、運(yùn)輸和計量系統(tǒng)設(shè)備較多、功率較小，大多為低壓設(shè)備；物料的破碎、研磨系統(tǒng)設(shè)備較多、功率較大，多為高壓設(shè)備，但生產(chǎn)工藝要求粗放基本不需要調(diào)節(jié)，一般采用功率因數(shù)補(bǔ)償和提高裝置即可；風(fēng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)備較多、功率較大、多為高壓設(shè)備，生產(chǎn)工藝要求較高，調(diào)節(jié)空間比較大，適合采用高壓變頻實(shí)施節(jié)能改造。以下對風(fēng)機(jī)系統(tǒng)作重點(diǎn)介紹：

1、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的作用：
1）熱量回收：
高溫熟料的冷卻過程實(shí)現(xiàn)熱量回收，例如：篦冷風(fēng)機(jī)回收大約30%熱量。
2）余熱利用：
將回收的熱量用于發(fā)電，生料的預(yù)熱，煤粉和空氣的預(yù)熱。例如：高溫風(fēng)機(jī)
3）增氧助燃：
煅燒過程的增氧助燃，例如：窯頭、窯尾風(fēng)機(jī)
4）粉塵回收：
將空氣中的粉塵回收再利用，例如：煤粉、原料、熟料、水泥的除塵風(fēng)機(jī)。
5）物料篩選：
將顆粒度不同原料分別輸送到上、下級工序，例如：原料磨、煤磨、水泥磨風(fēng)機(jī)。

2、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的控制
1）設(shè)計存在余量
生產(chǎn)設(shè)備各系統(tǒng)之間需要密切配合，考慮到系統(tǒng)安全及設(shè)備效率變化，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計選型是按照滿負(fù)荷狀態(tài)，并留有較大余量。
2）生產(chǎn)需要調(diào)節(jié)
在水泥行業(yè)生產(chǎn)過程中，由于原料、氣候和產(chǎn)量的變化，實(shí)際工況出入較大，需要調(diào)整風(fēng)量、風(fēng)壓。
3）傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方法
風(fēng)機(jī)一般采用入口擋板開度控制，也有通過液力耦合器或者水電阻裝置調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量、風(fēng)壓的調(diào)節(jié)。

四、 水泥行業(yè)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)高壓變頻節(jié)能的優(yōu)勢
傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方法大量電能消耗在檔板、閥門阻力，液力耦合器機(jī)械損耗和水電阻內(nèi)部發(fā)熱上，雖然也有不同程度的節(jié)電效果，相對來講是一種經(jīng)濟(jì)效益差、能耗大、設(shè)備損壞頻繁、維修難度大、運(yùn)行費(fèi)用高的落后辦法。
通過變頻調(diào)速降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使風(fēng)機(jī)處于高效運(yùn)行狀態(tài)，接近最理想效率曲線，節(jié)能效果最佳。

1、傳統(tǒng)調(diào)節(jié)存在的問題
1）采用擋板調(diào)節(jié)時，大量的能量損耗在擋板的截流過程中。
2）采用擋板調(diào)節(jié)時，介質(zhì)對擋板閥門和管道沖擊較大，設(shè)備損壞嚴(yán)重。
3）擋板執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般為大力矩的電動執(zhí)行器，故障較多，不能適應(yīng)長期頻繁調(diào)節(jié)。
4）擋板動作遲緩，手動時人員不易操作，調(diào)節(jié)線性度差，閉環(huán)自動控制較難，動態(tài)性能不理想，操作不當(dāng)會造成風(fēng)機(jī)震動。
5）異步電動機(jī)直接起動時電流一般達(dá)到電機(jī)額定電流的6-8倍，對電網(wǎng)沖擊較大，引起電機(jī)發(fā)熱，強(qiáng)大的沖擊轉(zhuǎn)矩影響電機(jī)和風(fēng)機(jī)的機(jī)械壽命。
6）繞線式電機(jī)采用水電阻起動或調(diào)速，設(shè)備復(fù)雜，可靠性低。
7）液力耦合器調(diào)速，體積大、噪聲大、調(diào)速范圍窄、效率低、油系統(tǒng)維護(hù)復(fù)雜。

2、采用變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)
1） 變頻調(diào)速節(jié)約了原來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，對電網(wǎng)和機(jī)械負(fù)載的沖擊大大減小，延長了電機(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)行時振動和噪聲明顯降低。
4） 采用變頻調(diào)速，方便自動調(diào)節(jié)，進(jìn)行閉環(huán)控制，利用調(diào)節(jié)器輸出的4-20mA信號，通過變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，線性度較好，動態(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。

五、 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)采用高壓變頻節(jié)能效益明顯
目前，水泥行業(yè)的競爭非常激烈，企業(yè)在不斷發(fā)展壯大中，生產(chǎn)規(guī)模是其中之一，關(guān)鍵還是制造成本的競爭。在生產(chǎn)運(yùn)營各項成本中，電動機(jī)電耗約占成本的30％。以日產(chǎn)5000噸新型干法水泥生產(chǎn)線為例，風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量約為13000kW，約占總裝機(jī)功率的35%，耗電量約占廠用電量30%～40%。根據(jù)具體情況，風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速節(jié)電率在20%-40%之間，通常1年半到2年左右即可收回變頻器的設(shè)備投資。
相關(guān)行業(yè)資料顯示，中國前12大水泥企業(yè)的產(chǎn)量只占國內(nèi)生產(chǎn)總量的25%，而國際上少數(shù)幾家水泥公司就提供了除中國市場外全球水泥需求量的60%。為了提高我國水泥行業(yè)的競爭力，國家重點(diǎn)扶持中國建材、海螺水泥、冀東水泥、山水水泥、中聯(lián)水泥、華新水泥、天瑞水泥、祁連山水泥、金隅水泥等集團(tuán)公司對行業(yè)進(jìn)行整合，并將節(jié)能降耗作為硬性指標(biāo)強(qiáng)制執(zhí)行，這為我國水泥行業(yè)采用新技術(shù)、新工藝升級換代提供了大量的商機(jī)。值得一提的是現(xiàn)在國內(nèi)新設(shè)計的干法水泥生產(chǎn)線，重要系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、水泵、篦冷機(jī)、選粉機(jī)等均采用了變頻調(diào)速。