浅谈水泥制造行业的变频节能改造

1.引言 在水泥制造行业,某些功率大,连续运行的设备耗电量高，是水泥制造成本高居不下的一个重要因素。据统计在水泥制造成本中，电费成本约占总成本的30%左右。因此，应用变频技术，对耗电大的设备做一些工艺上的节能改造,利用节能的效果来降低水泥的制造成本,可提高经营上的利润空间和市场竞争力。 2．系统简介 南京万科技公司的工程技术人员，根据水泥制造工艺,及对一些水泥厂生产设备进行了的实际考察和分析。在生产过程中，大部分水泥厂的设备，尤其是一些大功率设备，绝大部分时间都是不满负荷,设备运行的自动化程度相当低。如机立窑供风系统,成球预加工系统,生料均化给料系统,水泥选粉系统；机立窑卸料系统,链板机,烘干机,烘干风机,破碎机以及滑差调速系统等。这些设备和系统中，存在着相当大的能量富裕和浪费，为节能改造形成了空间。 一、 变频节能原理 从流体力学原理得知，风机风量及水泵水量与电机转速（功率）相关。当风量、水流量减少，风机、水泵（电机）转速下降时，其电机功率迅速降低。由风机、水泵的工作原理可知：风机、水泵的风量（流量）与风机、水泵（电机）的转速成正比，风机的风压、水泵扬程与风机、水泵（电机）的转速的平方成正比，风机、水泵的轴功率等于风量与风压、流量与扬程乘积，故风机水泵的轴功率与风机水泵（电机）的转速的三次方成正比（即风机水泵的轴功率与供电频率的三次方成正比）。如下表： 根据上述原理可知改变风机的转速（频率）就可改变风机、水泵的轴功率。 二、立窑供风系统变频改造装置 1．风机工能情况：一般低压立窑风机的调节方式为风门调节法，萝茨风机的供风调节方式为排风调节或回风调节；离心风机的供风调节方式为进风阀门调节。正常工作时，阀门的开启度约为70%~90%，即只需额定风量的70%~90%就可满足生产要求，有10%~30%的风量是白白浪费了，把这部分的风量节省下来，就是节电了。因为我们知道，鼓风系统在设计时是按最大供风需求（最大工况加备用）来考虑的，鼓风机的运行工况也相同（即按单机的最大供风需求量来考虑的）；在实际使用中有很多时间风机都需要根据实际工况进行调节，传统的做法是用开关风门的方式进行调节，这种调节方式增大了供风系统的节流损失，在启动风机时还会有启动冲击电流，且对系统本身的调节也是阶段性的，调节速度缓慢，减少损失的能力很有限，也使整个系统工作在波动状态。而通过在送风机加上装变频调速器（装置）则可一劳永逸的解决好这些问题，可使系统工作状态平缓稳定，并可通过变频节能回收投资。 2．从风机使用的一般性经验我们可以知道：工频状态（AC380V/50Hz）下用风门（风阀）调节风量的风机在使用过程中的负荷是在15%~100%之间波动；负荷越小风门（风阀）的节流损失就越大，风机电机的空载损耗就显得更加突出，风机效率也就越低。而改为变频调节方式（即电机改变供电频率的方式）就几乎不存在风门的节流损失和风机电机的空载损耗，同时变频装置采用软启动方式也不存在启动冲击电流，对于配电容量有限的工厂用电系统，也可提高其安全系数。 3．改造后的变频供风系统是在保留原来供风系统的基础上增加一套变频回路与原回路并联使用，形成双回路可转换控制系统，并将变频器的调速装置安装在窑的上部位，通过调节电机（风机）的转速来调节烧结时的用风量。其特点：1.节电效果好（由于电机消耗的功率跟电机转速的三次方成正比，改造后电机大部分时间运行在35—43Hz 左右即可满足用风量，节电率大于25%）；2.具有软启动功能，降低负荷强度，延长设备使用寿命。启动电流小，提高用电安全系数及电网容量；3.调节风量精度准确、及时方便；4.关闭回风口或排风口，减少水泥粉尘污染等。某厂改造后的测试结果（见表一）： 表一：立窑送风机变频改造节能效果分析表 三、水泥选粉系统 水泥选粉系统的工作原理是根据所生产的水泥的标号的不同，调节选粉机和选粉风机的转速，从而选出不同细度的水泥制品。老式选粉机要调整风机轴上的扇叶的数量和角度，经过对比试验达到所要求的选粉细度；新式选粉系统分选粉机和选粉风机两部分，选粉机由滑差（电磁调速）电机调速，选粉风机靠调节挡风板角度来调节风量。这两种系统都存在操作工艺复杂、调节精度差、浪费电能的缺点，特别是滑差电机不但费电，而且因水泥制造环境粉尘严重，故滑差头故障率特别高，维修多而且困难。变频改造后，不管是老式系统还是新式系统，万辉公司做一些技术调整，可以将电机调节到一个特定的转速就能选出所需要的细度的颗粒，在节约电能的同时还做到了一个特定的转速就能选出所需要的细度的颗粒。在节约电能的同时还做到了连续化、自动化生产。既提高了劳动效率，又降低了劳动强度，综合效益明显（见表二）。 表二：选粉风机变频改造节能效果分析表 四、机立窑卸料系统 为使水泥烧结过程中加料、供风卸料三平衡，立窑普遍采用滑差电机（电磁调速电机）做为盘塔式卸料装置的动力，该电机不但防护等级满足不了水泥生产现场的需要，而且在相同输出传速的条件下消耗的功率也比异步电机高出了20%左右；在降低转速时滑差电机效率更低，功耗与与异步电机相比更多。因此采用变频调速系统代替滑差调速后，解决以上缺点，而且调速性能远远高于滑差调速电机，在节电的同时维修费用也大大降低，已在行业中得到普遍应用。卸料变频改造节能效果如下（见表三） 表三：卸料变频改造节能效果分析表 五、石头链板、熟料链板 由于链板速度慢，变频器改造后，工作频率一般在15Hz左右，节电率将有50%以上。 六、成球系统 生料成球工序是影响水泥熟料烧结质量的关键工序之一，其中水、料比例直接影响成球好坏。应用变频器后能通过跟踪生料供给量对成球预加水泵的转速进行无级调速，从而实现全自动化的闭环控制。料水配合稳定，成球效果好，大大提高水泥烧结质量。此系统改造主要为提高自动化程度制造工艺考虑，由于功率小省电还在其次。 七、生料均化给料系统 此系统用变频器改造后，将所有送料口处的送料电机用变频器进行无级调速，等比例送料，提高均化效果，此点也是制造工艺角度考虑。 八、其它设备 烘干机、烘干风机、破碎机及其它滑差调速电机。南京万辉公司的工程技术人员经分析和比较，变频改造后都可做到节电率为20%以上。 3．结束语 由此可见，变频技术在水泥制业中的应用，不但可以节能、减少维修和维护以降低水泥生产成本，而且还能稳定工艺以提高水泥质量。变频技术在各行业机电设备和生产线上的应用，是企业生产发展的必然需要。越来越多的企业认识到应用变频技术的而给企业带来的竟争优势，也正为其传统设备进行变频改造，进而促进企业的发展。 参考文献 张燕宾.变频调速应用实践 【M】.1997