高溫風機變頻改造可行性報告

　　在水泥制造行業一些功率大、連續運行的設備耗電量高，是水泥制造成本高居不下的一個重要因素。據統計在水泥制造成本中，電費成本約占總成本的30%左右。因此，應用變頻技術，對耗電大的設備做一些工藝上的節能改造,利用節能的效果來降低水泥的制造成本,可提高經營上的利潤空間和市場競爭力。

　　根據水泥制造工藝及對一些水泥廠生產設備進行的實際考察和分析可以知道。在生產過程中，大部分水泥廠的設備，尤其是一些中高壓大功率設備，絕大部分時間都不是滿負荷運行,設備運行的自動化程度相當低。如回轉窯的生料磨風機、高溫風機、窯頭風機、窯尾廢氣風機、水泥磨收塵風機、煤磨排風機等，在這些設備和系統中，存在著相當大的容量富裕和能量浪費，為進行變頻調速改造，節能形成了空間。

　　水泥的生產制造主要經過破碎、儲存和預均化、粉磨、生料的均化和儲存、煅燒、水泥的粉磨這幾個重要的過程。粉磨就是磨機帶有巨大內部金屬防護的金屬圓筒，在磨筒中裝有許多球形鋼。由于磨機在旋轉，這些鋼球碾碎原料成小顆粒，稱其為生料。煅燒就是在均化后，生料通過稱為預熱器的旋風筒系統運送，經歷逐漸地熱處理溫度達900℃,進入回轉窯，回轉窯烘烤物料。窯身是50～150m長，直徑3～5m的長圓筒，筒內壁貼有耐火磚，窯的回轉作用和其驅動角使物料朝出口運行，溫度上升至1400℃。由于這個過程在窯內，生料轉變成粒狀的硬物，稱之為熟料。熟料是水泥的主要成分，熟料決定了最終產品的質量，水泥作為完成產品是一種很細粉未，粉未要滿足于生產熟料，石膏，一些天然和人造的材料（例如：火山灰）混合物的要求。水泥磨機類似于生料磨，嚴格控制和不斷監測物料的混合，水泥品種和最重要的特性抗壓強度的水平，取決于熟料的化學成分，粉磨的持續時間及各種外加劑的摻加和不摻加。

　　一般水泥行業轉窯高溫風機為離心風機，高溫風機的調節方式一般為采用液力偶和器調速。正常工作時，閥門的開啟度為100%。

　　液力耦合器是利用液體的動能來傳遞功率的一種動力式液壓傳動裝置，它相當于離心泵和渦輪泵的組合。將其安裝在異步電機和負載(風機、水泵等)之間來傳遞轉矩，可以在電機恒速運轉情況下，無級調節負載的轉速。液力耦合器是一種轉差損耗的低效調速設備。在高壓變頻技術尚未成熟之前，液力耦合器在風機、水泵等調速節能方面曾有過較多的應用，發揮過其應有的作用。

表1—高壓變頻器和液力耦合器主要技術經濟指標的比較

　　高壓變頻器調速范圍寬，達到10:1以上，甚至達到100:1以上;而調速型液力耦合器的調速范圍最大為4:1

　　高壓變頻器調速精度達到0.1Hz，而且穩定性高，這是一個重要的技術指標。調速精度高、穩定性高，意味著所傳動的風機(水泵)的壓力和風量(流量)穩定，這對于穩定生產工藝過程是很重要的，液力耦合器調速精度差，轉速波動大， 難以保證穩定生產。

　　高壓變頻器效率高，無轉差損耗，其效率達0.95以上，并且不隨調速的范圍而變化。液力耦合器效率低，其效率與調速比成正比，負載的轉速越低，其效率越低，圖1所示為液力耦合器的效率曲線。

圖1—液力耦合器的效率曲線

　　液力耦合器屬轉差損耗型調速，是低效調速設備，在調速的過程中,轉差功率以熱能的形式損耗在油中。這不僅消耗了能量，而且使液力耦合器油溫升高，為此必須采取妥善的冷卻方式，特別是在環境溫度較高的場合應用，對冷卻的要求更高。例如某發電廠的給水泵的液力耦合器在夏季不得不采取不間斷的沖水冷卻等措施，即使如此，有時仍會因溫度過高，威脅到液力耦合器安全時，不得不停機，以使溫度降下來。

　　高壓變頻器沒有轉差率問題，負載與電動機同軸，電機能達到額定轉速，即電機轉速與負載轉速相同, 能達到額定壓力和額定風量(流量)。在電機結構允許的情況下，還可以超過額定轉速運行。液力耦合器由于是柔性連接，存在著固定的轉差率，即液力耦合器的轉差率≥3%，所以，負載的轉速不可能達到電機的轉速，最高只能達到電機轉速的97%，因此負載(風機、水泵等)就不能達到額定輸出，其壓力最高只能達到額定壓力的94%，而風量(流量)最高只能到額定值的91%左右。

　　高壓變頻器具有真正意義上的軟起動功能，它可以使起動電流值保持在額定電流以內，不會對電網造成沖擊，也不會對所傳動的風機、泵類的機械設備帶來沖擊，是最理想的軟啟動設備。液力耦合器屬于直接起動類型，電動機的起動電流約為額定電流的4~7倍，對電網造成沖擊，特別是在電網容量受限而電機容量較大時，這種直接起動對電網所造成的沖擊有時是不允許的。

　　調速設備的可靠性是客戶最關心的、最基本的、也是最主要的指標之一，它是能否保證生產的正常運行的關鍵指標。高壓變頻器的可靠性高，故障率低，這在許多高壓變頻器應用中得到證實。而液力耦合器則可靠性差，特別是漏油和打壞齒輪等。

　　高壓變頻器由于可靠性高，故障率低而使其維修量少，據某電廠反映，給水泵采用的進口液力耦合器維修工作量僅打壞齒輪一項就需維修費30余萬元。當然，這也可能僅是個別的例子。但總的來看液力耦合器的維修工作量大于高壓變頻器的維修工作量。

　　在調速設備一旦發生故障時對生產會有什么影響，也是用戶關心的一個問題。高壓變頻器一旦發生故障，則可立即切出，并切換到工頻電源上，使負載(風機、水泵等)能保持連續運行。液力耦合器由于連接在電機和風機之間，一旦液力耦合器出了故障，負載便不能運行，不能保證生產的連續性。

　　即是否能夠充分的利用調速設備。高壓變頻器可以一機多用，即一臺高壓變頻器可以通過開關切換設備控制幾臺高壓電機的運行。液力耦合器只能一機一用，一臺液力耦合器只能供一臺負載使用。

　　高壓變頻器由于采用二極管整流，可以保證電網側的功率因數在0.95以上。液力耦合器調速則使電網側功率因數降低，因為風機的電機的裕量都較大，輸入電流中無功分量就越大，導致其在低功率因數下運行。

　　價格的高低是客戶關心的重要指標之一。高壓變頻器的價格貴，液力耦合器價格便宜，這是液力耦合器與高壓變頻器相比的主要優勢之一。

　　高壓變頻器設備占地面積較大，它包括變頻器本身和與之配套的設備，但它可分散安裝在控制室(如變頻器)或室外(如變壓器); 液力耦合器占地面積小，但它必須安裝在電機和負載之間并與之同軸，需作基礎固定。

　　改造后的變頻供風系統是在保留原來供風系統的基礎上增加一套變頻回路與原回路并聯使用，形成雙回路可轉換的控制系統，通過調節電機（風機）的轉速來調節燒結時的用風量。其特點：

●節電效果好。由于電機消耗的功率跟電機轉速的三次方成正比，改造后電機大部分時間運行在35-43Hz左右即可滿足用風量，節電率大于25%；

●具有軟啟動功能，降低負荷強度，延長設備使用壽命，啟動電流小，提高用電安全系數及減少電網容量；

●調節風量精度準確、及時方便；

　　風機的流量和轉速成正比，壓力和轉速平方成正比，其內功率則和轉速立方成正比，這時風機的工況點符合相似定律。一般情況下，很多人都用相似定律的比例率來計算風機、水泵變頻調速的節電率。但是,實際中卻沒有這樣的節能效果。由于相似定律是研究、設計風機本身的規律，它是就風機而論風機的定律。對于工作在管道系統中的風機必須視具體工況進行分析計算，由于風機的入口和出口風壓是否為大氣壓，直接關系到風機的軸功率變化。因此，風機的節能計算不能照搬照抄相似定律，風機的節能計算必須根據具體實際工況進行分析計算。也應當考慮變頻調速之后風機的效率、電動機的效率、變頻器的效率等因素的影響。