變頻器在水泥行業(yè)的應用

房地產(chǎn)和重大工程建設項目的持續(xù)升溫，建材行業(yè)也得到的發(fā)展。建材行業(yè)作為典型的高能耗產(chǎn)業(yè)，與我國能源短缺，價格高漲形成尖銳的矛盾。降低水泥，玻璃，電解鋁等產(chǎn)業(yè)的耗電量，除了提高管理水平外，必須從技術和產(chǎn)業(yè)的進步中來尋找突破口。變頻器作為節(jié)能降耗的一個主要產(chǎn)業(yè)，技術成熟，產(chǎn)品穩(wěn)定，價格日益降低，客戶使用維護水平提升，都為變頻器在建材行業(yè)的大量使用提供了條件。目前除了大批量改造項目以外，新建的建材項目在配置時都已經(jīng)將電機的變頻調速作為節(jié)能降耗的首要考慮。麥格米特變頻器在上述產(chǎn)業(yè)中都有大量成功應用，為我國的節(jié)能降耗作出了應用的貢獻。

一、變頻器調速的節(jié)能原理

世界用電量約有60%是通過電動機消耗掉的。

生產(chǎn)機械中電動機的負載千差萬別，依照通用分類法則，可將負載分為平方負載，恒轉矩負載，恒功率負載等。這三種負載與能耗關系如下圖（P代表功率，M代表轉矩，n代表轉速）：

從節(jié)能角度考慮，我們主要分析平方類負載，而這類負載在建材行業(yè)約要消耗70%以上的能量。那么這類負載為什么會存在節(jié)能控制？

1、設計裕量的考慮。建材項目設計時要考慮項目運行時間長，前后期工藝差異大，必須留有足夠的裕量。如鼓風機和引風機設計規(guī)定風量要達到5－10%的裕量，因此在選型設計時是以最大風量和風壓裕量來作為依據(jù)的，而風機系列是有限的，在選不到合適的型號時只能往上靠，這有電機選型功率比實際需要的功率大20－30%就比較常見。

2、在實際生產(chǎn)操作時，對于靠閥門擋板等進行節(jié)流調節(jié)的風機負載，它們增加了系統(tǒng)管路的阻尼系數(shù)，造成電能的浪費。而選擇變頻器，則可以根據(jù)生產(chǎn)實際需要進行精確的流量調節(jié)。

二、變頻調速的理論節(jié)能分析

各種風機、泵類負載，因P ∝n3，理論上功耗與轉速是三次方關系，故應用變頻器后，節(jié)電顯著，下表是為風機，泵類負載應用變頻器后，在不同流量Q*，轉速n*，軸功率P*（額定值的相對值百分數(shù)）以某頻率值時的節(jié)電率。

可以看到，當流量降低時，降低電機轉速，可以達到很高的節(jié)電率 。

三、水泥廠變頻器應用

1、變頻器在立窯羅茨風機上的應用

我國的大多數(shù)2KT/D以下水泥廠在立窯上配備有160~220KW羅茨風機（產(chǎn)量較大的生產(chǎn)線立窯上配套使用的風機功率更大），傳統(tǒng)的風量控制方法是依靠放風閥進行調節(jié)。由于羅茨風機的風量較為恒定，而煅燒時根據(jù)窯內情況需要隨時調節(jié)風量，當窯內需要減少風量時，是通過放風閥放走多余的風量，造成嚴重的能源浪費。

水泥立窯煅燒熟料所耗的電能中，羅茨鼓風機的電能消耗占60%左右，隨著電價的調整（整體上是上升趨勢），電費在水泥生產(chǎn)中所占生產(chǎn)成本的比重將越來越高。因此降低鼓風機的能源消耗成為提高企業(yè)經(jīng)濟效益的重要環(huán)節(jié)。

水泥生產(chǎn)工藝要求風量隨窯內條件進行調節(jié)，調節(jié)風機的鼓風量，對羅茨風機可由變頻器改變風機的供電電源頻率來進行無級調速來調節(jié)風量，給變頻器的應用與節(jié)能留下較大的空間。實踐中也證明確實如此：某2KT/D水泥廠132KW羅茨風機上安裝麥格米特MV300變頻器后，節(jié)電率高達60%，噸熟料電耗由安裝變頻器前的15度下降為安裝后6度；某1KT/D水泥廠在水泥熟料旋窯生產(chǎn)線流態(tài)化系統(tǒng)55KW羅茨風機上安裝變頻器后，節(jié)電率高達70%，日耗電量由原來的600度下降到安裝以后的180度，日節(jié)電420度。

紅星水泥廠在風機應用變頻器前后的電耗的對比表：

2、離心風機，水泵類設備上的應用

除羅茨風機外，水泥廠還存在大量的用離心式風機進行供風的地方，該種水泥窯的風量調節(jié)是通過風門開度對風量進行調節(jié)。對離心式風機，水泵的變頻改造同樣有巨大的節(jié)能潛力。離心式風機泵類設備流量與轉速成正比。因此在調節(jié)風量或流量時，如降低20%流量或風量，功耗將下降近50%，但是轉速與壓力成平方關系，當轉速下降20%時壓力將下降36%，這是與羅茨風機不一樣的地方，改造時需要考慮。

供水泵使用變頻器后，是通過安裝在管網(wǎng)出口處的壓力傳感器與變頻器內部設置的壓力構成閉環(huán)自動控制回路，使整個系統(tǒng)自動控制流量保持壓力恒定，使供水泵在最佳節(jié)能狀態(tài)下運行，這與傳統(tǒng)帶有儲水池的供水設備相比較，節(jié)省建筑面積，節(jié)電效果理想，同時還有節(jié)水降噪，提高可靠性，無二次污染等優(yōu)點。

3、 空壓機上的節(jié)能應用

空氣壓縮機恒壓供氣使用變頻器與壓力構成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使壓力波動降到1%以下，此外還具有降低噪音，減少震動，保證設備的長期穩(wěn)定運行，從而減少設備維護，延長設備使用壽命。變頻調速改造以前壓力波動比較大，并且要求空壓機不能帶壓啟動。現(xiàn)在變頻器可以在任何壓力下隨意啟動，啟動電流大大降低。通過變頻器的實際應用，多數(shù)壓縮機的節(jié)電率在25%以上。但是壓縮機的電機功率都較大，從幾十個千瓦到幾百個千瓦，變頻器的應用使控制的品質大幅提高，同時經(jīng)濟效益也十分明顯。

4、 卸料機/選粉機上的應用

立窯卸料機上一般采用18.5—30KW滑差調速電機，轉速通常控制在300-1000RPM（工藝上要求）?；铍姍C的特性就是轉速越低，效率越低，且特性很軟。采用變頻器調速取代原來的滑差調速，經(jīng)過幾家的應用結果證明平均節(jié)能在４０％左右?；铍姍C原理如下：

由此可見滑差電機的轉速越低，能源效率越低，而卸料機的轉速一般在400RPM左右運行，因此應用變頻器調速的方法取得４０％以上的節(jié)能效果是必然的。

選粉機設備原來使用75KW滑差電機拖動，設備簡單，價格低廉。但是電機本體噪音高，震動大，能耗高，無功損耗大軸承的故障也高，滑差控制儀安裝在粉塵飛揚的電機旁邊，多次出現(xiàn)無法調速，突然失速等故障，現(xiàn)場維護量大，影響整個系統(tǒng)的安全運行。系統(tǒng)設計控制電機運行在594RPM，現(xiàn)場測試的電氣參數(shù)輸入電壓385V，輸入電流72A，功率因數(shù)0.82，輸入功率為40KW，經(jīng)進行變頻調速改造后（配MV300G-4T75變頻器），現(xiàn)場測量參數(shù)為輸入電壓387V，輸入電流18A。功率因數(shù)為0.92，輸入功率為11KW（變頻器標配直流電抗器）。因此滑差電機調速更改為變頻調速后，設備節(jié)能效果明顯，大大降低維護量。

5、在預加水成球系統(tǒng)中的應用

目前，預加水成球工藝技術在立窯中已經(jīng)非常普遍。該工藝在提高成球質量，改善煅燒操作條件，提高立窯熟料產(chǎn)量和質量取得比較明顯的效果。利用變頻器自身良好的系統(tǒng)集成性，通過現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP與上位機進行總線通信，利用集中控制實現(xiàn)雙回路調節(jié)，能夠實現(xiàn)水料比例自動跟蹤調節(jié)。使預加水系統(tǒng)真正起到加濕成球作用，提高成球質量，為立窯生產(chǎn)出優(yōu)質高產(chǎn)的熟料創(chuàng)造了條件。

四、水泥行業(yè)變頻器潛在市場分析

變頻器在水泥廠的應用不僅僅在以上幾個方面，在回轉窯、球磨機、卸料機、圓盤給料機、雙管絞刀、群板喂料機調速皮帶稱、喂料絞刀、蓖冷機等需要進行交流調速部分。隨著國家在環(huán)保方面制度不斷出臺，對環(huán)保的要求也會越來越高。旋風除塵，布袋式除塵器等產(chǎn)品應用節(jié)能改造項目將更加明顯。

五、總結分析 

從以上理論結合實際的應用情況可以看出，水泥廠使用變頻器有以下突出的優(yōu)點：

1、滿足工藝要求，MV300G矢量控制變頻器調速范圍達到100１，而水泥工藝過程中調速范圍在10:1范圍內即可滿足工藝要求。

2、變頻器的使用便于進行集中控制，提高工廠的自動化水平。麥格米特MV300G不僅標配RS485通訊接口，支持MODBUS協(xié)議，而且支持PROFIBUS-DP，CANOPEN等現(xiàn)場總線，通過內置的專用通信卡，和DCS系統(tǒng)或PLC系統(tǒng)進行無縫集成，使設備的集中監(jiān)控成為可能，大大降低人員維護費用提高設備可靠性。

3、變頻器產(chǎn)品平滑的調速特性，精確的速度控制大大提高產(chǎn)品質量。麥格米特變頻器自身在適應惡劣的電網(wǎng)環(huán)境，現(xiàn)場環(huán)境等方面都進行了針對的處理，如專門的防電網(wǎng)沖擊電路，瞬停不停功能，以及電路/散熱的分離設計，三防漆處理都手段，既提高了變頻器可靠性，也保證了設備的穩(wěn)定運行，同時變頻器具備的軟啟動特性，也減輕了電流沖擊和機械沖擊的磨損。

4、變頻器可以實現(xiàn)節(jié)能，降低成本消耗，獲得可觀的經(jīng)濟效益。