隨著節(jié)能法的頒布與實(shí)施，節(jié)能作為企業(yè)增效降耗、降低經(jīng)營成本的重要手段，已普遍被人們所認(rèn)識和接受，在利國利民的同時，也有利于樹立企業(yè)社會形象，提高設(shè)備自動化水平。
　　根據(jù)水泥制造工藝要求，結(jié)合水泥廠所使用的生產(chǎn)設(shè)備，我們得到如下結(jié)論：大部分水泥廠的一些設(shè)備尤其是大功率設(shè)備在生產(chǎn)過程中絕大部分時間都不是滿負(fù)荷,設(shè)備運(yùn)行的自動化程度相當(dāng)?shù)?幾乎完全靠人工調(diào)節(jié),如立窯供風(fēng)系統(tǒng)、成球預(yù)加水系統(tǒng)、生料均化給料系統(tǒng)、水泥選粉系統(tǒng)、機(jī)立窯卸料系統(tǒng)等。
　　此方案的優(yōu)點(diǎn)明顯，1、投資少；2、安裝、調(diào)試及控制方便；3、及時保護(hù)電機(jī)和其他設(shè)備，保證設(shè)備可靠運(yùn)行；4、節(jié)電效果明顯，回收成本快；5、提高了生產(chǎn)過程的自動化程度；6、提高了生產(chǎn)過程的加工工藝精度。從總體的效果來看，改造后的實(shí)際系統(tǒng)在水泥制造行業(yè)深受客戶的普遍歡迎。為其取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會效應(yīng)。
　　1、變頻器在立窯羅茨風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用經(jīng)驗
　　在水泥廠的立窯風(fēng)機(jī)上，一般都是采用擋風(fēng)板進(jìn)行調(diào)節(jié)，其原理是調(diào)節(jié)閥門的開度，亦即利用風(fēng)道的阻力特性調(diào)節(jié)風(fēng)量，其缺點(diǎn)是：風(fēng)機(jī)始終在全速運(yùn)轉(zhuǎn)，無法根據(jù)需求準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)其風(fēng)量，因此造成風(fēng)量的跑、冒、漏嚴(yán)重，也使電機(jī)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(fēng)機(jī)的電耗一般占60%左右，隨著電價的調(diào)整，電費(fèi)在水泥生產(chǎn)成本中所占的比例越來越高。因此，降低鼓風(fēng)機(jī)的能耗成為提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要一環(huán)。
一、節(jié)能原理簡介：
　　1、變頻節(jié)能功能
　　通常在設(shè)計中，用戶風(fēng)機(jī)設(shè)計風(fēng)量比實(shí)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(xiàn)象，造成電能的浪費(fèi)，而且無計可施，利用變頻器可以通過適當(dāng)降低風(fēng)機(jī)電機(jī)的運(yùn)行頻率，恰到好處地滿足風(fēng)量的需求，從而輕易地將此部分電能節(jié)約下來。
　　2、動態(tài)功率補(bǔ)償功能
　　無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低，降低了電網(wǎng)的有功功率，S2=P2+Q2，當(dāng)COSФ≈1時，Q=S×sinФ≈0,此時有功功率P≈S。變頻器的動態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)償功能可使無功功率近似為0，從而增大電網(wǎng)的有功功率，減少了無功損耗。另外，功率因數(shù)的改善還可節(jié)省很大一部分電網(wǎng)容量，直觀的體現(xiàn)在風(fēng)機(jī)電機(jī)溫升降低、噪音降低，供電發(fā)電機(jī)機(jī)組溫升降低、噪音降低、耗油量大幅度降低，大大地延長設(shè)備維修周期及使用壽命。
二、設(shè)備參數(shù)：
　　某廠有立窯羅茨風(fēng)機(jī)185KW一臺，最大運(yùn)行電流200A，最小運(yùn)行電流160A,額定電流為355A,頻率50HZ，用風(fēng)板調(diào)節(jié)風(fēng)量最大調(diào)節(jié)60%,每天運(yùn)行24小時,每月運(yùn)行20天,每年需運(yùn)行11個月,電費(fèi)0.58元/度。
三、改造方案：
　　用變頻器帶動風(fēng)機(jī)電動機(jī)傳動，對風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，放棄傳統(tǒng)的擋風(fēng)板，既降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，又達(dá)到節(jié)能目的。
四、投資分析
　　投資回收分析：
　　對風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載
　　P（功率）=Q（流量）×H（揚(yáng)程）
　　當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速從n降至n’時，流量Q、揚(yáng)程H及軸功率P的關(guān)系如下：
　　Q’=Q（n/n）
　　H’=H（n/n）2
　　P’=P（n/n）3
　　顯然，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降時，流量按線性關(guān)系變化，而電功率卻按立方,根據(jù)我司長期的經(jīng)驗，我們認(rèn)為該廠風(fēng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能在30%以上是完全可能和可行的。即單臺185KW風(fēng)機(jī)系統(tǒng)按每年運(yùn)行11個月，每月20天，每天24小時計算，每度電按0.58元計費(fèi)，每年電費(fèi)為：P=×11×20×24×0.58=321552，按節(jié)電30%計算，每年節(jié)約電費(fèi)為：321552×0.3=96465.6元.工程改造費(fèi)用需9.35萬元.即12個月左右即可收回全部投資。
五、系統(tǒng)特點(diǎn)：
　　1、由于采用電位器控制，因此可靠性高，穩(wěn)定性好，容易操作。
　　2、由于加裝變頻調(diào)速器，減小啟動時啟動電流對電機(jī)沖擊，延長機(jī)械使用壽命，減小維修工作強(qiáng)度。
　　3、提高了電網(wǎng)功率因數(shù)，避免增加電網(wǎng)增容費(fèi)。
　1在離心風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用
　　有某些水泥廠是采用高壓離心式風(fēng)機(jī)進(jìn)行供風(fēng)的，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(jìn)行調(diào)節(jié)。對于離心式風(fēng)機(jī)、水泵的變頻調(diào)速改造同樣有巨大的節(jié)能潛力。我們通過沸騰式鍋爐高壓離心式風(fēng)機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速的方法調(diào)節(jié)風(fēng)量，實(shí)踐證明其節(jié)能效果在３０～５０％。對于水泵的變頻改造節(jié)能效果高達(dá)７０％。為什么離心式風(fēng)機(jī)，泵類設(shè)備通過調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量或流量有如此驚人的節(jié)能呢？在此將其原理加以闡明。離心式風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備的流量與轉(zhuǎn)速成正比，如公式（３－１）壓力與轉(zhuǎn)速平方成正比，如公式（３－２）功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，如公式（３－３）
　　風(fēng)量關(guān)系
　　功率關(guān)系
　　Q,H,P
　�。�∝Ｎ式３－１Ｑ：表示流量
　　壓力關(guān)系
　�。�∝Ｎ２式３－２Ｎ：表示轉(zhuǎn)速
　�。�∝Ｎ３式３－３Ｈ：表示壓力
　　Ｐ：表示功率
　　將經(jīng)上３個公式繪成一張圖，可壓力關(guān)系以清楚看到，改變轉(zhuǎn)速其流量線性變化的，而功耗則是立方關(guān)系變化，因此在調(diào)節(jié)風(fēng)量或流量時如降低２０％的風(fēng)量或流量，功耗則會下降５０％。但是必須注意，轉(zhuǎn)速與壓力是平方關(guān)系，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降２０％壓力則會下降６４％，因此必須要注意工藝要求壓力范圍不能象羅茨風(fēng)機(jī)那樣，不用考慮轉(zhuǎn)速與風(fēng)壓的關(guān)系。
　　風(fēng)門控制
　　離心風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備傳統(tǒng)的風(fēng)量、流量風(fēng)門控制控制的，大量的能源耗在風(fēng)門或截流閥的阻力上，如公式（３－４），風(fēng)門或截流閥控制流量的功耗與
　　流量關(guān)系：
　　變速控制
　�。校剑校埃�Ｋ•Ｑ式３－４變速控制
　�。眩罕硎玖髁浚耍簽橄禂�(shù)
　�。校罕硎竟�耗Ｐ０：表示基本功率
　　比較風(fēng)門或截流閥控制與變頻調(diào)速調(diào)節(jié)，可以看到在流量變化范圍，采用變頻調(diào)速的方法具有很大的節(jié)能潛力，因此在水泥廠的供水泵或其它離心風(fēng)機(jī)上進(jìn)行變頻器改造同樣會取得很大的節(jié)能效果。
　　2在立窯卸料機(jī)上的應(yīng)用
　　立窯卸料機(jī)若采用滑差調(diào)速電機(jī)，其轉(zhuǎn)速通常控制在300~1000rpm（工藝上根據(jù)窯的情況，對卸料速度進(jìn)行控制的）。采用變頻調(diào)速的方法取代滑差電機(jī)，經(jīng)過多個廠家應(yīng)用結(jié)果表明，平均節(jié)能達(dá)40%左右，這是因為滑差調(diào)速是一種耗能的低效調(diào)速方法。
　　由下列公式可知：
　　滑差電機(jī)主電機(jī)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(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速越低，浪費(fèi)能源越大，而卸料機(jī)的轉(zhuǎn)速通常在400rpm左右運(yùn)行，因此改用變頻調(diào)速的方法會有50~60%的節(jié)能效果。
　　3在空氣壓縮機(jī)上的節(jié)能應(yīng)用
　　氣壓縮機(jī)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1.5%，降低噪音、減少振動。保證設(shè)備長期穩(wěn)定運(yùn)行，從而減少了設(shè)備維護(hù)工作量，延長了設(shè)備使用壽命。用變頻器后，空壓機(jī)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(shí)例，多數(shù)壓縮機(jī)節(jié)電率約在20%左右，比節(jié)電率較大的風(fēng)機(jī)低，但壓縮機(jī)的電動機(jī)功率都較大，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(jì)效益十分顯著，同時控制平質(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(jī)使用變頻實(shí)現(xiàn)節(jié)能計改項目使值得推廣的。
　　4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(jī)雙回路調(diào)節(jié)器，就能實(shí)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(qiáng)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。
　　5在選粉機(jī)上的應(yīng)用
　　某水泥有限公司的旋風(fēng)式選粉機(jī)，原設(shè)計由JZT392-4型75KW電磁調(diào)速異步電動機(jī)（滑差電機(jī)）拖動，其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速系統(tǒng)簡單。價格低廉，有一定的調(diào)速范圍，缺點(diǎn)也較多：電機(jī)本體噪音高、振動大能、耗高、無功損耗大、軸承故障率特別高，滑差控制儀安裝于粉塵飛揚(yáng)的電機(jī)旁邊，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(hù)量大，影響整個系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
針對上述問題，結(jié)合生料車間選粉機(jī)負(fù)荷轉(zhuǎn)速不超過600r/min的特點(diǎn)，對選粉機(jī)電氣部分進(jìn)行變頻調(diào)速技術(shù)改造。經(jīng)實(shí)際測量，選粉機(jī)改造前，運(yùn)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(yùn)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。改造后一年中，沒發(fā)生過任何故障，保證了系統(tǒng)的安全運(yùn)行，大大減少了維護(hù)工作量和維修費(fèi)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(jī)、卸料圓、盤給料機(jī)、雙管絞刀裙、板喂料機(jī)調(diào)速皮帶稱喂、煤絞刀、蓖冷機(jī)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優(yōu)點(diǎn)：
　　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(shí)現(xiàn)自動化控制，由于變頻器本身是由一個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(jī)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(qiáng)度，由于調(diào)速系統(tǒng)整體可靠性提高，故障率低，免維護(hù)周期較長，可減輕有關(guān)維護(hù)人員的工作量。
　　E．提高產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量。
　　6在水泥粉磨工藝中應(yīng)用
　　在水泥粉磨工藝中球磨機(jī)入磨物料粒度的大小，對其臺時產(chǎn)量影響較大，預(yù)破碎工藝作為提高磨機(jī)臺時產(chǎn)量、降低粉磨電耗的重要途徑，引起了許多水泥企業(yè)的重視。根據(jù)工藝要求，水泥立窯放料每次持續(xù)2～3min，間隔2～3min，但目前幾乎所有水泥企業(yè)中破碎機(jī)處于工頻恒速運(yùn)行狀態(tài)，24h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，造成電能的巨大浪費(fèi)，并影響電機(jī)和破碎機(jī)的使用壽命。另一方面，由于破碎機(jī)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(tǒng)制動時產(chǎn)生的泵升電壓引起保護(hù)電路動作，使系統(tǒng)無法正常工作。
　　針對系統(tǒng)的以上特點(diǎn)，利用系列變頻器實(shí)現(xiàn)破碎機(jī)的變頻調(diào)速和軟啟動；利用再生能量回饋單元克服破碎機(jī)制動過程中產(chǎn)生的過高的泵升電壓；利用PLC實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的邏輯閉環(huán)控制，使破碎機(jī)的工作與立窯放料同步，實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)行。從而在改善工藝控制質(zhì)量的同時，最大限度地節(jié)約了電能，降低了生產(chǎn)成本�，F(xiàn)場調(diào)試和運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，節(jié)電率可達(dá)60%以上。
　　上述系統(tǒng)已在某水泥廠投入實(shí)際運(yùn)行。系統(tǒng)根據(jù)送料信號自動實(shí)現(xiàn)啟制動運(yùn)行，破碎機(jī)運(yùn)行速度連續(xù)可調(diào)。電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)頻繁軟啟動，基本無啟動電流沖擊，啟動力矩足夠。系統(tǒng)在變頻運(yùn)行條件下，若變頻器突然故障，則自動切換至“工頻”狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行，同時發(fā)出聲光報警信號(內(nèi)部可選)。根據(jù)現(xiàn)場工況需要，將有放料信號時變頻運(yùn)行給定頻率設(shè)為43Hz，系統(tǒng)運(yùn)行電流為27A，運(yùn)行電壓280V，改造后的系統(tǒng)平均每年耗電5.7萬度。根據(jù)現(xiàn)場記錄，系統(tǒng)在改造前工作頻率為工頻50Hz，運(yùn)行電流為32A，運(yùn)行電壓400V，平均每年耗電19.42萬度。改造后的節(jié)電率為70.6%。該系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)如下：
　　1、利用變頻調(diào)速技術(shù)改造了水泥熟料破碎機(jī)的拖動系統(tǒng)，滿足了破碎機(jī)的低速、間歇運(yùn)行特點(diǎn)，保證了工藝控制質(zhì)量，節(jié)能效果明顯，并有利于延長破碎機(jī)和電機(jī)的使用壽命。
　　2、利用能量回饋控制技術(shù)克服破碎機(jī)大慣性引起的泵升電壓，有效地保證了變頻器的安全運(yùn)行。系統(tǒng)除了變頻器和能量回饋裝置所具有的20余種保護(hù)功能和故障自診斷功能外，還增設(shè)了電機(jī)過熱、控制回路保護(hù)及報警。
　　3、利用可編程控制器PLC實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)換和故障自切換等功能，使系統(tǒng)控制靈活方便，功能齊全
　　成功的經(jīng)驗充分說明了水泥行業(yè)變頻改造的巨大潛力，變頻改造后在短短幾個月的時間里僅僅靠節(jié)約電費(fèi)就收回整體投資，在以后的生產(chǎn)經(jīng)營中也能夠以較低的生產(chǎn)成本在市場的競爭中處于更有力的位置。水泥制造的變頻改造勢在必行，一方面體現(xiàn)出公司強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和公司領(lǐng)導(dǎo)層非凡的遠(yuǎn)見卓識，另一方面能夠給公司帶來豐厚的利益回報，并提高了公司生產(chǎn)方面的自動化程度。
附：安裝、調(diào)試、使用變頻器應(yīng)注意的幾個問題
　�。薄⒆冾l器通常是安裝在配電室內(nèi)，環(huán)境溫度不要超過４０℃，灰塵要較為小，特別注意避免導(dǎo)電性、保濕性和腐蝕性，粉塵和氣體的環(huán)境安裝設(shè)備。
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(fā)生錯誤即馬上損壞設(shè)備。
　　３、遠(yuǎn)距離控制線必須采用屏敝線，并且在布線范圍內(nèi)必須與電力動力線相距一米，相交時必須轉(zhuǎn)９０°角，更不要將控制線與動力線放在同一個線框內(nèi)，被免控制信號受到干擾。
　�。础⒆冾l器開機(jī)調(diào)試前必須根據(jù)負(fù)載特點(diǎn)，將所有參數(shù)設(shè)定好，檢查無錯誤方可開機(jī)運(yùn)行，特別注意變頻器輸出電流，在起動過程中，恒轉(zhuǎn)速過程中，減速過程中，認(rèn)真觀察，如果第一次設(shè)定的參數(shù)不是十分理想時，應(yīng)逐步接近。具體調(diào)試規(guī)則請參看本公司的《變頻器調(diào)試手冊》。
　�。�、總結(jié)各家水泥廠在羅茨風(fēng)機(jī)、立窯卸料機(jī)、水泵等設(shè)備應(yīng)用，變頻器所碰到的問題以及解決方法在此向各廠家作一個簡介。
　�、�、機(jī)械共振問題：有個別廠家在使用變頻器前，無機(jī)械共振現(xiàn)象的。但利用變頻調(diào)速之后，在某些頻率，機(jī)械共振很強(qiáng)烈，有的甚至影響到整座建筑，其原因是原風(fēng)機(jī)系統(tǒng)只是設(shè)計在５０ＨＺ市電下運(yùn)行，改變頻后，則在１５－５０ＨＺ之間無級變化。因此在某些頻率點(diǎn)上造成機(jī)械共振，調(diào)試時必須細(xì)心檢查是否存在機(jī)械共振的問題，如果有應(yīng)采用頻率回避的方法，即在發(fā)生共振的頻率范圍，跳過該頻率范圍使變頻器不輸出發(fā)生共振的頻率范圍。
　�、啤㈦姍C(jī)低速運(yùn)行的散熱問題：由于電機(jī)的散熱是由電機(jī)轉(zhuǎn)子帶的風(fēng)葉吹風(fēng)進(jìn)行的，電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低時，吹風(fēng)量減小，低速時，散熱風(fēng)量不夠，長期運(yùn)行會造成電機(jī)過熱，因此在長期低速運(yùn)行時，必須另加散熱風(fēng)扇。