水泥厂节能改造之变频器应用

　　工控摘要：水泥制造行业，大部分水泥厂的一些电机尤其是大功率的电机在生产过程中绝大部分是通过调节挡风板的开启角度的机械调节方法来满足不同的用风量，变频器是将电网电压提供的恒压恒频转换成电压和频率都可以通过控制改变的转换器，使电动机可以在变频电压的电源驱动下发挥更好的工作性能。
　　
　　水泥制造行业，大部分水泥厂的一些电机尤其是大功率的电机在生产过程中绝大部分是通过调节挡风板的开启角度的机械调节方法来满足不同的用风量，这种操作方式的缺点是：1）电机及风机的转速高，负荷强度重，电能浪费严重;2）调节精度差，控制不;3）启动电流对电网冲击大;4）起动时机械冲击大，设备使用寿命低;5）噪声大，粉尘污染严重等。因此这些大功率、且连续运行的电机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，因此很有必要对相应耗电量大的电机做一些工艺上的节能改造，利用节电的效果来降低水泥的制造成本、提高经营上的利润空间和市场竞争力。
　　
　　变频改造后具有以下特点：1）不需要满负荷运行，节电效果好;2）具有软起功能，降低负荷强度，延长设备使用寿命;3）启动电流小，相当于增加电网容量;4）调节风量精度准确;5）无需旁通放风，减少水泥粉尘污染;6）及时保护电机和其他设备，保证设备可靠运行等。
　　
　　变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：
　　
　　n=60f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）;通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：Q∝n，H∝n2，P∝n3;即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。
　　
　　对于风机、泵类设备采用变频调速后的节能效果，通常采用以下两种方式进行计算：
　　
　　1、根据风机、泵类平方转矩负载关系式：P/P0=（n/n0）3计算，式中为P0额定转速n0时的功率;P为转速n时的功率。
　　
　　以已经改造的这三台风机为例。改造后转速分别为1173r/min、1068r/min、1017r/min。则节电率分别（除去变频器自耗电2%左右）为：
　　
　　y1=1-（1173/1485）3-2%=48%，
　　
　　y2=1-（1068/1485）3-2%=60%，
　　
　　y3=1-（1017/1485）3-2%=66%.
　　
　　2、根据电流电压直接计算
　　
　　改造前电压为380V，电流分别为216A、209A、217A，运行工况仍以24小时连续运行，全年运行时间以300天，功率因素以0.85为计算依据。
　　
　　则改造前这三台每年的电量分别为：
　　
　　Wg20=1.73×380×216×0.85×24×300=869030kW·h
　　
　　Wg21=1.73×380×209×0.85×24×300=840867kW·h
　　
　　Wg22=1.73×380×217×0.85×24×300=873053kW·h
　　
　　改造后电压分别为300V，260V，260V。电流分别为152A，140A，130A。
　　
　　这三台每年的电量分别为：
　　
　　Wg20=1.732×300×152×0.85×24×300=483352kW·h
　　
　　Wg21=1.732×260×140×0.85×24×300=385388kW·h
　　
　　Wg22=1.732×260×130×0.85×24×300=357860kW·h
　　
　　相比较节电量为：
　　
　　Wg20=W1-W11=869030-483352=385678kW·h
　　
　　Wg21=W1-W11=840867-385388=455299kW·h
　　
　　Wg22=W1-W11=873053-357860=515193kW·h
　　
　　每度电按0.5元计算，则采用变频调速每年
　　
　　G20可节约电费192839元，
　　
　　G21可节约电费227649元，
　　
　　G22可节约电费257596元。
　　
　　实践证明，水泥行业变频改造具有显著的节电效果，是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且因此而大大减少了设备维护、维修费用，还降低了停产周期。直接和间接经济效益十分明显，设备一次性投资通常可以在变频改造后短短几个月的时间里仅仅靠节约电费就能收回。