技術(shù)頻道

      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。

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