水泥工廠中壓變頻節(jié)能改造實踐探討

石萬成

摘 要：隨著科技的發(fā)展和資源節(jié)約意識的提高，人們不斷探索新技術新方法，其中變頻技術的應用越來越廣泛。文章集中探討中壓變頻在水泥工廠中的應用，并針對該技術存在的問題提出了相應的解決方案。

關鍵詞：水泥工廠；中壓變頻；節(jié)能改造

1 變頻調速系統(tǒng)中壓變頻器原理特點

水泥廠控制離心風機的風量時，通常采用以下兩種方法：在風機的旋轉速度穩(wěn)定的情況下，采用改變入口擋板的開合度的辦法；在電機運轉功率為額定功率的情況下，借助于液力耦合器來對風機的旋轉速度進行控制，進而對風量進行控制。下面利用理論知識對這兩種變頻調節(jié)方式進行研究分析。

由泵與風機的工作原理可知，離心式風機和水泵的輸出軸功率同流量以及揚程存在一定的相關性，可表示為：P∝QxH。

根據(jù)相似律理論，當轉速發(fā)生變化時（n1→n2），Q、H、P也會相應改變，且同轉速n的關系表現(xiàn)為：

Q■=Q■×■（1）

H■=H■×（■）■ （2）

P■=P■×（■）■ （3）

如果風機類負載采用擋板對風量進行調節(jié)，這樣當擋板在部分關閉的情況下就會阻擋系統(tǒng)的通風，從而白白浪費掉部分能量。在這一過程中，與浪費掉的能量相比，變頻器即使包括變壓器部分也并不需要太多能量來維持其運行。因而當能量消耗較多時，建議利用變頻器來對風機的旋轉速度進行控制，因為變頻器的小功率運行特點，這樣一來既可以節(jié)約能源，減少能量消耗，又可以起到提高電能的利用率的作用。

風機的運行曲線主要用于分析和研究采用變頻技術對風機的控制效果。保持風機的轉速不變，當需求的風量變小時（Q2→Q1），倘若僅采用減小閥門開度的方法，勢必會增大管網的阻抗，管網的特性曲線位置發(fā)生變動，系統(tǒng)的運行工況也隨之變化，向上移動（A→B），也可以從得到面積H3xQ1與運行所需的軸功率P2成正相關；如果通過改變風機的頻率調節(jié)風量，則會使風機的轉速減小（n1→n2），可以看到，對管網的特性曲線沒有影響，但運行工況從原來的A點向下移動到了C點，同樣得到面積HxQ同運行時的軸功率P成正相關。結合理論知識和以及圖形分析，計算出（H1-H3）xQ1的面積就可以間接得出節(jié)約的軸功率P。

當采用液力耦合器進行調速，以控制風機風量時，考慮到機械部件的發(fā)熱，以及長時間工作產生磨損，導致效率下降，從而造成能量的巨大損失。

液力耦合器的工作效率：？濁=■=■

式中：P2代表輸出功率，P1代表輸入功率；PB代表泵輪葉片對的功率。角標B代表泵體葉片，T代表液體。

扭矩的關系見下式：MT=-MB （不計阻力時）

可以得到：

由上式可以得到，風機以較低的速度工作時，液力耦合器的調節(jié)效果將會變差。

2 典型的變頻改造方案及效果分析

耐熱鋼筒需要很大的風量才能維持其大容量運行，功率可達到2500kW。因此，風機電動機配置的電壓為6kV。如果采用液力耦合器調節(jié)風量，改造后采用中壓變頻器對風量進行調節(jié)。變頻調速的原理如圖1所示。

三相高壓6kV的交流電源通過開關后將直接供給給中壓變頻器，然后變頻器通過4-20mA對給定信號進行控制，該流程將直接對中壓電動機進行變頻，并且風機也借助于電動機的轉速而對風量進行調節(jié)，與此同時，變頻器可以實現(xiàn)緊急停車、風機跳閘停車等保護動作。

作者在實際工作中，有著多年的實踐經驗，近幾年曾親身參與對公司的設備的技術改造，把主機（Φ3.2×13米磨機）二倉由裝球改為裝緞，在沒有增加動力的前提下，把臺時產量由原來的67噸提高到94噸，同比提高40%。同時將耗電量下降了40%。當時投資了20萬元，運行三個月就收回改造成本。這種改造既提高了工廠的經濟效益，也有顯著的節(jié)能效果。

3 改造中需要注意的問題及解決方法

（1）液力耦合器的變頻改造的工作量很大，耗費工時也較長，而且也，需要更換電機，甚至需要對土建基礎進行處理。鑒于此，對該設備進行改造時要根據(jù)具體情況具體分析，本著方便快捷安全節(jié)約的原則，合理調節(jié)控制電率。

（2）在對變頻器的改造中，現(xiàn)場工作人員往往對變頻器的改造存在誤解：他們認為風機轉速會隨著變頻器的改造而變低，而且風量會對系統(tǒng)的風壓產生一定程度的影響。這兩種說法過于片面，并沒有考慮到風壓的產生和影響因素。變頻改造本身根本不會對風壓產生影響。首先，風壓的產生需要兩大要素：氣體流動和氣體流動時系統(tǒng)對氣體形成的阻力，因此，在氣體流動且阻力不變的情況下，如果系統(tǒng)通過的風量不變，那么風壓也不會改變。其次，在風量不變的情況下，即使改造過程中打開風機擋板會降低風機的旋轉速度，也的確會對風機和閥門的壓力產生影響，但其他位置的壓力，比如風壓則不會也無法隨之改變，在這種情況下，風壓自然也不會改變。再次，在風機電機中的所有擋板并不能起到保持風壓的作用。綜上所述，改用變頻器后，風機的風壓和風量都會改變。

（3）在對變頻器進行改造后，尤其是當變頻器調速以后，就會減小對電機和風機設備的軸和軸承的沖擊力和摩擦力，從而延長機械設備的壽命，以及減少維護費用。同時風機電機的啟動會更加順滑，其轉速也會隨之降低。雖然變頻器改造會由于轉速降低減少冷風，造成電機定子溫度會有一定程度的升高，但一般在控制范圍內。

4 結束語

文章從我國水泥行業(yè)的現(xiàn)狀入手，分析了其高能耗的特性。并從綠色能源的角度，重點探討風力電機中對中壓變頻技術的改進措施。從而得出，變頻技術對風力電機的改進和減少水泥生產成本有著巨大的意義，同樣可以進一步提高水泥廠的經濟效益，為水泥廠在行業(yè)競爭中取得優(yōu)勢地位，從而為資源節(jié)約型社會的建設和可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

參考文獻

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