淮北水泥廠電動機(jī)節(jié)能分析

目前，水泥行業(yè)的競爭非常激烈，但關(guān)鍵還是制造成本的競爭，而電動機(jī)電耗占成本30％，因此做好電動機(jī)的降耗增效工作就顯得極為重要。大部分水泥廠的一些設(shè)備尤其是一些大功率風(fēng)機(jī)設(shè)備在生產(chǎn)過程中絕大部分時(shí)間都是不滿負(fù)荷，都是通過調(diào)節(jié)擋風(fēng)板的開啟角度的機(jī)械調(diào)節(jié)方法來滿足不同的用風(fēng)量，這種操作方式的缺點(diǎn)是：（1）電機(jī)及風(fēng)機(jī)或水泵的轉(zhuǎn)速高，負(fù)荷強(qiáng)度重，電能浪費(fèi)嚴(yán)重；（2）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)，調(diào)節(jié)精度差，控制不精確；（3）電氣控制采用直接或者降壓起動，啟動時(shí)電流對電網(wǎng)沖擊大，需要的電源（電網(wǎng)）容量大，功率因素較低。（4）起動時(shí)機(jī)械沖擊大,設(shè)備使用壽命低；（5）噪聲大，粉塵污染嚴(yán)重等。因此這些大功率、且連續(xù)運(yùn)行的電機(jī)耗電量高是水泥制造成本高居不下的一個(gè)重要因素。因此很有必要對相應(yīng)耗電量大的電機(jī)做一些工藝上的節(jié)能改造，利用節(jié)電的效果來降低水泥的制造成本、提高經(jīng)營上的利潤空間和市場競爭力。
變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對數(shù)）；通過改變電動機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。通過流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。如下圖示為壓力H-流量Q曲線特性圖:

n1-代表電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)的特性；
n2-代表電機(jī)降速運(yùn)行在n2轉(zhuǎn)速時(shí)的特性；
R1-代表風(fēng)機(jī)、泵類管路阻力最小時(shí)的阻力特性；
R2-代表風(fēng)機(jī)、泵類管路阻力增大到某一數(shù)組時(shí)的阻力特性。
風(fēng)機(jī)、泵類在管路特性曲線R1工作時(shí)，工況點(diǎn)為A，其流量壓力分別為Q1、H1，此時(shí)風(fēng)機(jī)、泵類所需的功率正比于H1與Q1的乘積，即正比于AH1OQ1的面積。由于工藝要求需減小流量到Q2，實(shí)際上通過增加管網(wǎng)管阻，使風(fēng)機(jī)、泵類的工作點(diǎn)移到R2上的B點(diǎn)，壓力增大到H2，這時(shí)風(fēng)機(jī)、泵類所需的功率正比于H2與Q2的乘積，即正比于BH2OQ2的面積。顯然風(fēng)機(jī)、泵類所需的功率增大了。這種調(diào)節(jié)方式控制雖然簡單、但功率消耗大，不利于節(jié)能，是以高運(yùn)行成本換取簡單控制方式。若采用變頻調(diào)速，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，這時(shí)工作點(diǎn)由A點(diǎn)移到C點(diǎn)，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時(shí)變頻調(diào)速后風(fēng)機(jī)所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。
通過對貴公司的電動機(jī)的運(yùn)行情況的了解，建議對生料磨排風(fēng)機(jī)（6KV，1000KW）、水泥磨排風(fēng)機(jī)（6KV，400KW）、窯尾廢氣處理風(fēng)機(jī)（6KV，355KW）、螺桿空壓機(jī)（380V，132KW）、循環(huán)水冷卻泵（380V，45KW）采用變頻器進(jìn)行調(diào)速，然后把風(fēng)（閥）門調(diào)到最大位置，具有很大的節(jié)能空間。下面是對這幾臺電動機(jī)的節(jié)能預(yù)算：

1、生料磨排風(fēng)機(jī)（查表計(jì)算)：
電機(jī)參數(shù)：
電壓：6kV 額定電流：115A 實(shí)際電流：98 A
功率：1000kW 轉(zhuǎn)速: 960R/MIN 功率因數(shù)：0.872
風(fēng)門開度：90%
工頻運(yùn)行時(shí)電機(jī)輸出功率：P=1.732×6KV×103A×0.872=933KW
實(shí)際功率百分比為933/1000×100%=93.3%
由上圖調(diào)節(jié)曲線可知，當(dāng)檔板調(diào)節(jié)消耗功率93.3%時(shí)，變頻調(diào)速消耗功率約為78%，則變頻調(diào)速可以節(jié)約15.3%的額定功率。
2、水泥磨排風(fēng)機(jī)（查表計(jì)算)：
電機(jī)參數(shù)：
電壓：6kV 額定電流：45A 實(shí)際電流：36 A
功率：400kW 轉(zhuǎn)速: 960R/MIN 功率因數(shù)：0.918
風(fēng)門開度：80%
工頻運(yùn)行時(shí)電機(jī)輸出功率：P=1.732×6KV×36A×0.918=343KW
實(shí)際功率百分比為343/400×100%=85.8%
由上圖調(diào)節(jié)曲線可知，當(dāng)檔板調(diào)節(jié)消耗功率85.8%時(shí)，變頻調(diào)速消耗功率約為55%，則變頻調(diào)速可以節(jié)約30.8%的額定功率。
3、窯尾廢氣處理風(fēng)機(jī)（查表計(jì)算)：
電機(jī)參數(shù)：
電壓：6kV 額定電流：46.2A 實(shí)際電流：30 A
功率：355kW 轉(zhuǎn)速: 580R/MIN 功率因數(shù)：0.797
風(fēng)門開度：58%
工頻運(yùn)行時(shí)電機(jī)輸出功率：P=1.732×6KV×30A×0.797=249KW
實(shí)際功率百分比為249/355×100%=70%
由上圖調(diào)節(jié)曲線可知，當(dāng)檔板調(diào)節(jié)消耗功率70%時(shí)，變頻調(diào)速消耗功率約為20%，則變頻調(diào)速可以節(jié)約50%的額定功率。由于是離心風(fēng)機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時(shí)壓力也會相應(yīng)減小，所以還需要考慮到實(shí)際壓力情況，所以節(jié)電率大約在35%左右。
4、螺桿空壓機(jī)（380V，132KW）
螺桿空壓機(jī)一共四臺，往往會出現(xiàn)開三臺不夠用，開四臺有多余的現(xiàn)象，這樣就可以通過變頻器自動調(diào)節(jié)其中的一臺，達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的壓力，同時(shí)又能節(jié)能。還有空壓機(jī)在工頻起動設(shè)備時(shí)的沖擊大，電機(jī)軸承的磨損大，所以設(shè)備維護(hù)量大，由于一般空氣壓縮機(jī)的拖動電機(jī)本身不能調(diào)速，因此就不能直接使用壓力或流量的變動來實(shí)現(xiàn)降速調(diào)節(jié)輸出功率的匹配，電機(jī)不允許頻繁啟動，導(dǎo)致在用氣量少的時(shí)候電機(jī)仍然要空載運(yùn)行，電能浪費(fèi)巨大。經(jīng)常卸載和加載導(dǎo)致整個(gè)氣網(wǎng)壓力經(jīng)常變化，不能保持恒定的工作壓力延長壓縮機(jī)的使用壽命。空壓機(jī)的有些調(diào)節(jié)方式（如調(diào)節(jié)閥門或調(diào)節(jié)卸載等方式）即使在需要流量較小的情況下，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，電機(jī)功率下降幅度比較小。采用變頻可以實(shí)現(xiàn)恒壓供氣。空壓機(jī)的節(jié)能主要看卸載的時(shí)間和次數(shù)，卸載越多節(jié)能效果越好。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。

5、循環(huán)水泵（380V，45KW）
循環(huán)水泵出口閥門開度85%左右，實(shí)際運(yùn)行電流為72A，額定電流為84A，負(fù)載率為72A，負(fù)載率為84.7%，當(dāng)使用變頻器時(shí)，閥門全開，由于流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。則變頻調(diào)速的節(jié)電率84.7-（85%）3=23.3%。
總之：采用變頻器控制將有以下諸多優(yōu)點(diǎn)：
(1)、采用變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，取消擋板調(diào)節(jié)，降低了設(shè)備的故障 率，節(jié)電效果顯著；
(2)、采用變頻器控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動，延長了設(shè)備的使用壽 命，避免了對電網(wǎng)的沖擊；
(3)、電機(jī)在低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運(yùn)行，減少了噪聲對環(huán)境的影響；
(4)、具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護(hù)功能；
(5)、提高產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量。
實(shí)踐證明，變頻改造具有顯著的節(jié)電效果，是一種理想的調(diào)速控制方式。既提高了設(shè)備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，并且還大大減少了設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用，另外當(dāng)采用變頻調(diào)速時(shí)，由于變頻裝置內(nèi)的直流電抗器能很好的改善功率因數(shù)，也可以為電網(wǎng)節(jié)約容量。直接和間接經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。