水泥行業風機系統高壓變頻節能優勢淺析

一、 我國水泥行業發展現狀
近幾年，在國家宏觀政策的大力支持下，隨著國民經濟高速發展，北京奧運會、上海世博會等項目的拉動、加上新農村建設和城市化的持續進行，大規模基礎設施建設得以全面展開。水泥行業本身是個周期性行業，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1億噸產能高速增長。
水泥企業是高耗能、高污染企業，在當地都是能耗和污染大戶，節能、環保重點監測單位，其中所需煤耗約占全國的15%。受市場需求的拉動，淘汰落后產能政策的調控，企業自身市場競爭的需要和水泥生產技術裝備的進步，新型干法水泥的生產方式得到大力推廣應用。
以往干法中空窯、濕法窯和立窯水泥生產每噸能耗約為新型干法水泥生產方法的1倍，粉塵排放量是新型干法的100倍。水泥行業采用新型干法在生產工藝、產品質量、單位能耗、除塵降噪等各項指標均大幅提高，節約了大量的水資源，煤耗和電耗均大幅降低。但與國外先進國家相比，我國水泥行業無論在生產工藝、單位能耗等方面還有一定的差距，這也為變頻節能技術應用于我國水泥行業創造了商機。

二、 水泥生產工藝
1、水泥的定義：
凡細磨物料，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在一起的叫水泥。
一般來講，水泥行業生產的是硅酸鹽水泥，硅酸鹽水泥是一種細致的、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、生產過程劃分：
1）礦山開采物料經過破碎機得到原料；
2）各種物料經過研磨、配合、均化成為生料；
3）生料和煤粉經過烘干、預熱后送到回轉窯在1450 ℃下煅燒成為熟料；
4）熟料經過冷卻送到球磨機研磨成為水泥成品；
通俗的講就是“兩磨一燒”，生料制備、熟料煅燒、水泥粉磨。

3、水泥生產工藝流程圖（摘自中國建材網）
三、水泥行業風機系統運行簡介
在水泥生產設備各系統中，物料的儲藏、運輸和計量系統設備較多、功率較小，大多為低壓設備；物料的破碎、研磨系統設備較多、功率較大，多為高壓設備，但生產工藝要求粗放基本不需要調節，一般采用功率因數補償和提高裝置即可；風機系統設備較多、功率較大、多為高壓設備，生產工藝要求較高，調節空間比較大，適合采用高壓變頻實施節能改造。以下對風機系統作重點介紹：

1、風機系統的作用：
1）熱量回收：
高溫熟料的冷卻過程實現熱量回收，例如：篦冷風機回收大約30%熱量。
2）余熱利用：
將回收的熱量用于發電，生料的預熱，煤粉和空氣的預熱。例如：高溫風機
3）增氧助燃：
煅燒過程的增氧助燃，例如：窯頭、窯尾風機
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、水泥的除塵風機。
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、水泥磨風機。

2、風機系統的控制
1）設計存在余量
生產設備各系統之間需要密切配合，考慮到系統安全及設備效率變化，風機系統的設計選型是按照滿負荷狀態，并留有較大余量。
2）生產需要調節
在水泥行業生產過程中，由于原料、氣候和產量的變化，實際工況出入較大，需要調整風量、風壓。
3）傳統調節方法
風機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整電機轉速，實現風量、風壓的調節。

四、 水泥行業風機系統高壓變頻節能的優勢
傳統調節方法大量電能消耗在檔板、閥門阻力，液力耦合器機械損耗和水電阻內部發熱上，雖然也有不同程度的節電效果，相對來講是一種經濟效益差、能耗大、設備損壞頻繁、維修難度大、運行費用高的落后辦法。
通過變頻調速降低風機轉速，使風機處于高效運行狀態，接近最理想效率曲線，節能效果最佳。

1、傳統調節存在的問題
1）采用擋板調節時，大量的能量損耗在擋板的截流過程中。
2）采用擋板調節時，介質對擋板閥門和管道沖擊較大，設備損壞嚴重。
3）擋板執行機構一般為大力矩的電動執行器，故障較多，不能適應長期頻繁調節。
4）擋板動作遲緩，手動時人員不易操作，調節線性度差，閉環自動控制較難，動態性能不理想，操作不當會造成風機震動。
5）異步電動機直接起動時電流一般達到電機額定電流的6-8倍，對電網沖擊較大，引起電機發熱，強大的沖擊轉矩影響電機和風機的機械壽命。
6）繞線式電機采用水電阻起動或調速，設備復雜，可靠性低。
7）液力耦合器調速，體積大、噪聲大、調速范圍窄、效率低、油系統維護復雜。

2、采用變頻調速的優點
1） 變頻調速節約了原來在擋板截流的能量損耗或液力耦合器機械損耗和水電阻內部發熱的能量損耗。 　
2） 實現軟起動，對電網和機械負載的沖擊大大減小，延長了電機和風機的壽命。
3） 風機低于額定轉速運行，降低了介質對風機扇葉和擋板的磨損，降低了軸承、密封的損壞，減少了維護工作量，電機運行時振動和噪聲明顯降低。
4） 采用變頻調速，方便自動調節，進行閉環控制，利用調節器輸出的4-20mA信號，通過變頻器調節電機轉速，線性度較好，動態響應快，風量調節平穩，使設備在更經濟的狀態下安全穩定運行。

五、 風機系統采用高壓變頻節能效益明顯
目前，水泥行業的競爭非常激烈，企業在不斷發展壯大中，生產規模是其中之一，關鍵還是制造成本的競爭。在生產運營各項成本中，電動機電耗約占成本的30％。以日產5000噸新型干法水泥生產線為例，風機裝機容量約為13000kW，約占總裝機功率的35%，耗電量約占廠用電量30%～40%。根據具體情況，風機采用變頻調速節電率在20%-40%之間，通常1年半到2年左右即可收回變頻器的設備投資。
相關行業資料顯示，中國前12大水泥企業的產量只占國內生產總量的25%，而國際上少數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的競爭力，國家重點扶持中國建材、海螺水泥、冀東水泥、山水水泥、中聯水泥、華新水泥、天瑞水泥、祁連山水泥、金隅水泥等集團公司對行業進行整合，并將節能降耗作為硬性指標強制執行，這為我國水泥行業采用新技術、新工藝升級換代提供了大量的商機。值得一提的是現在國內新設計的干法水泥生產線，重要系統的風機、水泵、篦冷機、選粉機等均采用了變頻調速。