變頻調(diào)速器在水泥廠中的應(yīng)用
【摘 要】 本文以重慶地維水泥有限公司為例，簡單介紹了變頻調(diào)速器在水泥行業(yè)中
應(yīng)用的效果，并對變頻器應(yīng)用的場合做了具體說明。
【關(guān)鍵詞】 變頻調(diào)速器 滑差調(diào)速 節(jié)能降耗
變頻調(diào)速器是現(xiàn)在最新型節(jié)電控制設(shè)備，近年來，在我國各行各業(yè)應(yīng)用后，均取得了顯著的經(jīng)濟效益，本文著重談一下其在水泥企業(yè)節(jié)能降耗和技術(shù)進步方面的應(yīng)用。
1 在立窯羅茨風(fēng)機上的應(yīng)用
我國水泥廠大多數(shù)立窯設(shè)備有155—215KW的羅茨風(fēng)機，傳統(tǒng)的風(fēng)量控制辦法是較為恒定的，而煅燒時根據(jù)窯內(nèi)的情況需要隨時調(diào)節(jié)風(fēng)量，當(dāng)窯內(nèi)需要減少風(fēng)量時，是通過放風(fēng)閥放走多余的風(fēng)量，造成嚴(yán)重的能源浪費。
水泥廠立窯煅燒熟料所耗的電能中，羅茨鼓風(fēng)機的電能一般占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)。
對羅茨風(fēng)機可由變頻器改變風(fēng)機的供電電源頻率進行無級調(diào)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量。132KW的羅茨風(fēng)機上安裝上變頻器后，節(jié)電率高達62.2%。噸熟料電耗由安裝變頻器前15.22度下降到安裝后的5.55度；河南焦作水泥廠在10000/噸水泥熟料旋窯生產(chǎn)線生料流態(tài)化系統(tǒng)55KW羅茨風(fēng)機上安裝了變頻器后節(jié)電率高達73.0%，平均每日用電量由安裝前的606度下降到安裝后的162度，每日節(jié)電444度。
重慶地維水泥有限公司在風(fēng)機上采用變頻器前后對比表
設(shè)備名稱 |
功率 |
平均電流 |
消耗功率 |
全年節(jié)能 |
全年節(jié)約 |
||
KW |
使用前 |
使用后 |
使用前 |
使用后 |
萬度 |
萬元 |
|
一室風(fēng)機 |
45 |
59.25 |
39.33 |
35 |
17 |
14.3 |
6.1 |
二室風(fēng)機 |
75 |
69.75 |
30 |
41 |
18 |
18 |
7.7 |
三室風(fēng)機 |
75 |
84.63 |
45 |
50 |
27 |
18.2 |
7.7 |
三室風(fēng)機 |
75 |
81.13 |
52 |
48 |
25 |
18.2 |
7.7 |
吹煤風(fēng)機 |
132 |
136.38 |
54.67 |
81 |
32 |
38.8 |
16.7 |
蓖冷風(fēng)機 |
30 |
21.43 |
8 |
13 |
5 |
6.3 |
2.7 |
窯頭排風(fēng)機 |
90 |
121.6 |
50 |
72 |
29 |
34 |
14.6 |
2. 在離心風(fēng)機、水泵類設(shè)備上的應(yīng)用
目前，有某些水泥廠是采用高壓離心式風(fēng)機進行供風(fēng)，該種水泥窯的風(fēng)量調(diào)節(jié)是通過風(fēng)門開啟度對風(fēng)量進行調(diào)節(jié)。對離心式風(fēng)機、水泵的變頻調(diào)速改造同樣有巨大的節(jié)能潛力。這是因為離心式風(fēng)機、泵類設(shè)備的流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。因此，在調(diào)節(jié)風(fēng)量或流量時，若降低20%的風(fēng)量或流量，功耗則會下降50%，但是必須注意，轉(zhuǎn)速與壓力是成平方關(guān)系，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降20%時，壓力則會下降64%，因此，必須要注意工藝要求的壓力范圍不能象羅茨風(fēng)機那樣，不用考慮轉(zhuǎn)速與風(fēng)壓的關(guān)系。
供水泵使用變頻調(diào)速器后，是通過安裝在管網(wǎng)出口處的壓力傳感器、PID調(diào)節(jié)器與變頻器構(gòu)成一個閉環(huán)的自動控制回路，使整個系統(tǒng)自動控制流量保持壓力恒定，從而使供水泵在最佳節(jié)能狀態(tài)下運行。這與氣壓給水設(shè)備相比，可節(jié)省建筑面積80%，節(jié)省投資40%，節(jié)電30%以上，節(jié)水10%以上，同時還具有低噪音，高可靠性，恒壓供水，無二次污染等優(yōu)點。
3. 在立窯卸料機上的應(yīng)用
立窯卸料機一般是采用18.5—30KW的滑差調(diào)速電機，轉(zhuǎn)速通?？刂圃?/font>300—1000rpm（這是工藝上根據(jù)窯的情況，對卸料速度進行控制的）。采用變頻調(diào)速器的方法取代滑差電機，經(jīng)過多個廠家的應(yīng)用結(jié)果表明，平均節(jié)能達40%左右，這是因為滑差調(diào)速方法是一種耗能的低效調(diào)速方法，由下列公式可知：滑差電機主電機軸的輸出功率：P0 = KM0N0（P0表示輸出功率，M0 表示負(fù)載轉(zhuǎn)速，N0 表示電機轉(zhuǎn)速，K 為常數(shù)）
滑差頭輸出功率：P1 = KM0N1（P1表示輸出功率，N1表示滑差頭轉(zhuǎn)速）
滑差頭損耗功率： P = P0—P1 = KM0（N0—N1）
由此可見，滑差電機的轉(zhuǎn)速越低，浪費能源越大，而卸料機的轉(zhuǎn)速通常在400rpm左右運行，因此改用變頻調(diào)速的方法會有50%—60%的節(jié)能效果。
4. 在空氣壓縮機節(jié)能應(yīng)用
空氣壓縮機恒壓供氣使用變頻器與壓力控制構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使壓力波動減少到1.5%，降低噪音、減少震動、保證設(shè)備長期穩(wěn)定運行，從而減少了設(shè)備維護工作量，延長了設(shè)備使用壽命。用變頻器后，空壓機可在任何壓力下隨意起動，打破了以前不允許帶壓起動的規(guī)定，起動電流也較以前大大降低。通過使用變頻器后的實例，多數(shù)壓縮機節(jié)電率約在20%左右，比節(jié)電率較大的風(fēng)機，泵類低，但壓縮機的電動機功率都比較大，從幾十瓦直到幾百瓦甚至幾千瓦，其節(jié)電量值較大，經(jīng)濟效益十分顯著，同時控制品質(zhì)大為提高，可使壓縮空氣的壓力始終保持恒定，用戶感到十分滿意。總之壓縮機使用變頻實現(xiàn)節(jié)能技改項目是值得推廣的。
5. 在預(yù)加水成球系統(tǒng)中的應(yīng)用
目前預(yù)加水成球技術(shù)在立窯水泥廠中應(yīng)用已相當(dāng)普遍。它在提高成球質(zhì)量，改善煅燒操作條件，提高立窯熟料產(chǎn)量和質(zhì)量方面取得了比較明顯的效果。其結(jié)合微機雙回路調(diào)節(jié)器，就能實現(xiàn)水料比例自動跟蹤，自動調(diào)節(jié)做到恒壓供水、調(diào)節(jié)及時，極大地減輕了工人的勞動強度，同時也改善了成球質(zhì)量，使預(yù)加水系統(tǒng)真正起到預(yù)濕成球的作用，為立窯生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的熟料創(chuàng)造了條件。
6. 在選粉機上的應(yīng)用
重慶地維水泥有限公司地旋風(fēng)式選粉機，原設(shè)計由JZT392-4型75KW電磁調(diào)速異步電動機（滑差電機）拖動，其優(yōu)點是調(diào)速系統(tǒng)簡單、價格低廉，有一定的調(diào)速范圍，缺點也比較多：電機本身噪音高、振動大、能耗高、無功損耗大、軸承故障率高，滑差控制儀安裝于粉塵飛揚的電機旁，多次出現(xiàn)帶負(fù)荷起動、不能調(diào)速和突然失速等故障，現(xiàn)場維護量大，影響整個系統(tǒng)的安全運行。
針對上述問題，結(jié)合生料車間選粉機負(fù)荷轉(zhuǎn)速不超過600r/min的特點，對選粉機電氣部分進行變頻調(diào)速技術(shù)改造。經(jīng)實際測量，選粉機改造前，運行速度在594r/min時輸入電壓385V，輸入電流72A，功率因數(shù)0.82，故輸入功率為40KW；改造后，運行速度在594r/min時，輸入電壓387V，輸入電流18A，（熱繼電器也做了相應(yīng)調(diào)整），功率因數(shù)0.92（變頻器加裝了直接電抗器）則輸入功率為11KW。變頻改造后一年中，沒有發(fā)生過任何故障，保障了系統(tǒng)的安全運行，大大減少了維護工作量和維修費用，而且節(jié)能效果十分顯著。
變頻器在水泥廠的應(yīng)用還不止這些，比如說，回轉(zhuǎn)窯、球磨機、卸料、圓盤給料機、雙管絞刀、裙板喂料機調(diào)速皮帶稱、喂煤絞刀、蓖冷機等一切需交流調(diào)速的設(shè)備都可以采用變頻調(diào)速器。
從以上應(yīng)用情況可以看出，水泥廠使用變頻器有以下突出特點：
A. 滿足調(diào)速的工藝要求，變頻調(diào)速器的調(diào)速范圍在10∶1以上，而水泥生產(chǎn)工藝過程中調(diào)速范圍在10∶1范圍內(nèi)即可滿足要求。
B. 便于實現(xiàn)自動化控制，由于變頻器本是由一個16（或32）位微處理器所控制，設(shè)有RS485（或422），A/D輸入，D/A輸出接口，為自動控制（與上位機聯(lián)網(wǎng)）創(chuàng)造了充分的條件。
C. 獲得可觀的節(jié)能效果。
D. 降低工人的勞動強度，由于調(diào)速系統(tǒng)整體可靠性提高，故障率低，免維護周期較長，可減輕有關(guān)維護人員的工作量。
E. 提高產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量。
