隨著節能法的頒布與實施，節能作為企業增效降耗、降低經營成本的重要手段，已普遍被人們所認識和接受，在利國利民的同時，也有利於樹立企業社會形象，提高裝置自動化水平。
根據水泥製造工藝要求，結合水泥廠所使用的生產裝置，我們得到如下結論：大部分水泥廠的一些裝置尤其是大功率裝置在生產過程中絕大部分時間都不是滿負荷,裝置執行的自動化程度相當低,幾乎完全靠人工調節,如立窯供風系統、成球預加水系統、生料均化給料系統、水泥選粉系統、機立窯卸料系統等。
此方案的優點明顯，1、投資少；2、安裝、除錯及控制方便；3、及時保護電機和其他裝置，保證裝置可靠執行；4、節電效果明顯，**成本快；5、提高了生產過程的自動化程度；6、提高了生產過程的加工工藝精度。從總體的效果來看，改造後的實際系統在水泥製造行業深受客戶的普遍歡迎。為其取得了顯著的經濟效益和良好的社會效應。
1、變頻器在立窯羅茨風機上的應用經驗
在水泥廠的立窯風機上，一般都是採用擋風板進行調節，其原理是調節閥門的開度，亦即利用風道的阻力特性調節風量，其缺點是：風機始終在全速運轉，無法根據需求準確地調節其風量，因此造成風量的跑、冒、漏嚴重，也使電機作為無用功而大量白白地消耗。立窯煅燒熟料所耗的電能中，羅茨鼓風機的電耗一般佔60%左右，隨著電價的調整，電費在水泥生產成本中所佔的比例越來越高。
因此，降低鼓風機的能耗成為提高企業經濟效益的重要一環。
一、節能原理簡介：
1、變頻節能功能
通常在設計中，使用者風機設計風量比實際需要的高出很多，這樣容易形成了人們常說的「大馬拉小車」的現象，造成電能的浪費，而且無計可施，利用變頻器可以通過適當降低風機電機的執行頻率，恰到好處地滿足風量的需求，從而輕易地將此部分電能節約下來。
2、動態功率補償功能
無功功率不但增加線損和裝置的發熱，更主要的是功率因數的降低，降低了電網的有功功率，s2=p2+q2，當cosф≈1時，q=s×sinф≈0,此時有功功率p≈s。變頻器的動態功率因數補償功能可使無功功率近似為0，從而增大電網的有功功率，減少了無功損耗。另外，功率因數的改善還可節省很大一部分電網容量，直觀的體現在風機電機溫公升降低、噪音降低，供電發電機機組溫公升降低、噪音降低、耗油量大幅度降低，大大地延長裝置維修週期及使用壽命。
二、裝置引數：
某廠有立窯羅茨風機185kw一台，最大執行電流200a，最小執行電流160a,額定電流為355a,頻率50hz，用風板調節風量最大調節60%,每天執行24小時,每月執行20天,每年需執行11個月,電費0.58元/度。
三、改造方案：
用變頻器帶動風機電動機傳動，對風機實現無級調速，放棄傳統的擋風板，既降低電機轉速，又達到節能目的。
四、投資分析
投資**分析：
對風機、幫浦類負載
p（功率）=q（流量）×h（揚程）
當電機轉速從n降至n』時，流量q、揚程h及軸功率p的關係如下：
q』=q(n/n)
h』=h(n/n)2
p』=p(n/n)3
顯然，當電機轉速下降時，流量按線性關係變化，而電功率卻按立方,根據我司長期的經驗，我們認為該廠風機系統節能在30%以上是完全可能和可行的。即單台185kw風機系統按每年執行11個月，每月20天，每天24小時計算，每度電按0.58元計費，每年電費為：
p=×11×20×24×0.58=321552，按節電30%計算，每年節約電費為：321552×0.
3=96465.6元.工程改造費用需9.
35萬元.即12個月左右即可收回全部投資。
五、系統特點：
1、由於採用電位器控制，因此可靠性高，穩定性好，容易操作。
2、由於加裝變頻調速器，減小啟動時啟動電流對電機衝擊，延長機械使用壽命，減小維修工作強度。
3、提高了電網功率因數，避免增加電網增容費。
1在離心風機上的應用
有某些水泥廠是採用高壓離心式風機進行供風的，該種水泥窯的風量調節是通過風門開啟度對風量進行調節。對於離心式風機、水幫浦的變頻調速改造同樣有巨大的節能潛力。我們通過沸騰式鍋爐高壓離心式風機應用變頻調速的方法調節風量，實踐證明其節能效果在30~50％。
對於水幫浦的變頻改造節能效果高達70％。為什麼離心式風機，幫浦類裝置通過調速調節風量或流量有如此驚人的節能呢？在此將其原理加以闡明。
離心式風機、幫浦類裝置的流量與轉速成正比，如公式（３－１）壓力與轉速平方成正比，如公式（３－２）功率與轉速的立方成正比，如公式（３－３）
風量關係
功率關係
q,h,p
ｑ∝ｎ式３－１ｑ：表示流量
壓力關係
ｈ∝ｎ２式３－２ｎ：表示轉速
ｐ∝ｎ３式３－３ｈ：表示壓力
ｐ：表示功率
將經上３個公式繪成一張圖，可壓力關係以清楚看到，改變轉速其流量線性變化的，而功耗則是立方關係變化，因此在調節風量或流量時如降低２０％的風量或流量，功耗則會下降５０％。但是必須注意，轉速與壓力是平方關係，當轉速下降２０％壓力則會下降６４％，因此必須要注意工藝要求壓力範圍不能象羅茨風機那樣，不用考慮轉速與風壓的關係。
風門控制
離心風機、幫浦類裝置傳統的風量、流量風門控制控制的，大量的能源耗在風門或截流閥的阻力上，如公式（３－４），風門或截流閥控制流量的功耗與
流量關係：
變速控制
ｐ＝ｐ０＋ｋｑ式３－４變速控制
ｑ：表示流量ｋ：為係數
ｐ：表示功耗ｐ０：表示基本功率
比較風門或截流閥控制與變頻調速調節，可以看到在流量變化範圍，採用變頻調速的方法具有很大的節能潛力，因此在水泥廠的供水幫浦或其它離心風機上進行變頻器改造同樣會取得很大的節能效果。
2在立窯卸料機上的應用
立窯卸料機若採用滑差調速電機，其轉速通常控制在300~1000 rpm（工藝上根據窯的情況，對卸料速度進行控制的）。採用變頻調速的方法取代滑差電機，經過多個廠家應用結果表明，平均節能達40%左右，這是因為滑差調速是一種耗能的低效調速方法。
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表示負載轉速，n0表示電機轉速，k為常數）
滑差頭輸出功率p1=k m0n1（p1表示輸出功率，n1表示滑差頭轉速）
滑差頭損耗功率：p=p0-p1=km0（n0—n1）
由此可見，滑差電機的轉速越低，浪費能源越大，而卸料機的轉速通常在400rpm左右執行，因此改用變頻調速的方法會有50~60%的節能效果。
3在空氣壓縮機上的節能應用
氣壓縮機恆壓供氣使用變頻器與壓力控制構成閉環控制系統，使壓力波動減少1.5%，降低噪音、減少振動。保證裝置長期穩定執行，從而減少了裝置維護工作量，延長了裝置使用壽命。
用變頻器後，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定，起動電流也較以前大大降低。通過使用變頻器後的例項，多數壓縮機節電率約在20%左右，比節電率較大的風機低，但壓縮機的電動機功率都較大，從幾十瓦直到幾百瓦甚至幾千瓦，其節電量值較大，經濟效益十分顯著，同時控制平質大為提高，可使壓縮空氣的壓力始終保持恆定，使用者感到十分滿意。總之壓縮機使用變頻實現節能計改專案使值得推廣的。
4在預加水成球系統中的應用
目前，預加水成球技術在立窯水泥廠中應用已相當普遍。它在提高成球質量，改善煅燒操作條件，提高立窯熟料產量和質量方面取得了比較明顯的效果。其結合微機雙迴路調節器，就能實現水料比例自動跟蹤，自動調節，做到恆壓供水。
調節及時，極大地減輕了工人的勞動強度，同時也改善了成球質量，使預加水系統真正起到預溼成球的作用，為立窯生產出優質高產的熟料創造了條件。
5在選粉機上的應用
某水泥****的旋風式選粉機，原設計由jzt392-4型75kw電磁調速非同步電動機（滑差電機）拖動，其優點是調速系統簡單。**低廉，有一定的調速範圍，缺點也較多：電機本體噪音高、振動大能、耗高、無功損耗大、軸承故障率特別高，滑差控制儀安裝於粉塵飛揚的電機旁邊，多次出現帶負荷起動,不能調速和突然失速等故障，現場維護量大，影響整個系統的安全執行。
針對上述問題，結合生料車間選粉機負荷轉速不超過600r/min的特點，對選粉機電氣部分進行變頻調速技術改造。經實際測量，選粉機改造前，執行速度在594r/min時，輸入電壓385v，輸入電流72a，功率因數0.82，故輸入功率為40kw；改造後，執行速度在594r/min時，輸入電壓387v，輸入電流18a，（熱繼電器也做了相應調整），功率因數0.
92（變頻器加裝了直接電抗器）則輸入功率為11kw。改造後一年中，沒發生過任何故障，保證了系統的安全執行，大大減少了維護工作量和維修費用，而且節能效果十分顯著。
變頻器在水泥廠的應用還不止這些，比如說迴轉窯球磨機、卸料圓、盤給料機、雙管絞刀裙、板喂料機調速皮帶稱喂、煤絞刀、蓖冷機等一切需交流調速的裝置都可以採用變頻調速器。
從以上應用情況可以看出，水泥廠使用變頻器有以下突出優點：
a．滿足調速的工藝要求，變頻調速器的調速範圍在10：1以上，而水泥生產工藝過程中調速範圍在10：1範圍內即可滿足要求。
b．便於實現自動化控制，由於變頻器本身是由乙個16（或32）位微處理器所控制，設有rs485（或422），a/d輸入，d/a輸出介面，為自動控制（與上位機聯網）創造了充分的條件。
c．獲得可觀的節能效果。
d．降低工人的勞動強度，由於調速系統整體可靠性提高，故障率低，免維護週期較長，可減輕有關維護人員的工作量。
e．提高產品質量及產量。
6在水泥粉磨工藝中應用
在水泥粉磨工藝中球磨機入磨物料粒度的大小，對其台時產量影響較大，預破碎工藝作為提高磨機台時產量、降低粉磨電耗的重要途徑，引起了許多水泥企業的重視。根據工藝要求，水泥立窯放料每次持續2～3min，間隔2～3min，但目前幾乎所有水泥企業中破碎機處於工頻恆速執行狀態，24h連續運轉，造成電能的巨大浪費，並影響電機和破碎機的使用壽命。另一方面，由於破碎機具有十分大的慣性，不易頻繁啟停，所以即使使用變頻器也難以解決系統制動時產生的幫浦公升電壓引起保護電路動作，使系統無法正常工作。
針對系統的以上特點，利用系列變頻器實現破碎機的變頻調速和軟啟動；利用再生能量回饋單元克服破碎機制動過程中產生的過高的幫浦公升電壓；利用plc實現系統的邏輯閉環控制，使破碎機的工作與立窯放料同步，實現間歇執行。從而在改善工藝控制質量的同時，最大限度地節約了電能，降低了生產成本。現場除錯和執行結果表明，系統執行可靠，節電率可達60%以上。
上述系統已在某水泥廠投入實際執行。系統根據送料訊號自動實現啟制動執行，破碎機執行速度連續可調。電機可以實現頻繁軟啟動，基本無啟動電流衝擊，啟動力矩足夠。
系統在變頻執行條件下，若變頻器突然故障，則自動切換至「工頻」狀態繼續執行，同時發出聲光報警訊號(內部可選)。根據現場工況需要，將有放料訊號時變頻執行給定頻率設為43hz，系統執行電流為27a，執行電壓280v，改造後的系統平均每年耗電5.7萬度。
根據現場記錄，系統在改造前工作頻率為工頻50hz，執行電流為32a，執行電壓400v，平均每年耗電19.42萬度。改造後的節電率為70.
6%。該系統的突出優點如下：
1、利用變頻調速技術改造了水泥熟料破碎機的拖動系統，滿足了破碎機的低速、間歇執行特點，保證了工藝控制質量，節能效果明顯，並有利於延長破碎機和電機的使用壽命。
2、利用能量回饋控制技術克服破碎機大慣性引起的幫浦公升電壓，有效地保證了變頻器的安全執行。系統除了變頻器和能量回饋裝置所具有的20餘種保護功能和故障自診斷功能外，還增設了電機過熱、控制迴路保護及報警。
3、利用可程式設計控制器plc實現了各種邏輯控制、變頻器啟制動自動控制及手動/自動、工頻/變頻轉換和故障自切換等功能，使系統控制靈活方便，功能齊全。
成功的經驗充分說明了水泥行業變頻改造的巨大潛力，變頻改造後在短短幾個月的時間裡僅僅靠節約電費就收回整體投資，在以後的生產經營中也能夠以較低的生產成本在市場的競爭中處於更有力的位置。水泥製造的變頻改造勢在必行，一方面體現出公司強大的經濟實力和公司領導層非凡的遠見卓識，另一方面能夠給公司帶來豐厚的利益回報，並提高了公司生產方面的自動化程度。
附：安裝、除錯、使用變頻器應注意的幾個問題
１、變頻器通常是安裝在配電室內，環境溫度不要超過４０℃，灰塵要較為小，特別注意避免導電性、保濕性和腐蝕性，粉塵和氣體的環境安裝裝置。
２、電氣安裝時要特別注意，電源輸入輸出線絕對禁止錯接，將電源輸入線接上變頻器的輸出，如發生錯誤即馬上損壞裝置。
３、遠距離控制線必須採用屏敝線，並且在佈線範圍內必須與電力動力線相距一公尺，相交時必須轉９０°角，更不要將控制線與動力線放在同乙個線框內，被免控制訊號受到干擾。
４、變頻器開機除錯前必須根據負載特點，將所有引數設定好，檢查無錯誤方可開機執行，特別注意變頻器輸出電流，在起動過程中，恆轉速過程中，減速過程中，認真觀察，如果第一次設定的引數不是十分理想時，應逐步接近。具體除錯規則請參看本公司的《變頻器除錯手冊》。
５、總結各家水泥廠在羅茨風機、立窯卸料機、水幫浦等裝置應用，變頻器所碰到的問題以及解決方法在此向各廠家作乙個簡介。
⑴、機械共振問題：有個別廠家在使用變頻器前，無機械共振現象的。但利用變頻調速之後，在某些頻率，機械共振很強烈，有的甚至影響到整座建築，其原因是原風機系統只是設計在５０ｈｚ市電下執行，改變頻後，則在１５－５０ｈｚ之間無級變化。
因此在某些頻率點上造成機械共振，除錯時必須細心檢查是否存在機械共振的問題，如果有應採用頻率迴避的方法，即在發生共振的頻率範圍，跳過該頻率範圍使變頻器不輸出發生共振的頻率範圍。
⑵、電機低速執行的散熱問題：由於電機的散熱是由電機轉子帶的風葉吹風進行的，電機的轉速降低時，吹風量減小，低速時，散熱風量不夠，長期執行會造成電機過熱，因此在長期低速執行時，必須另加散熱風扇。--
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