淺談變頻技術在退火窯風冷系統中的應用

引言
　通常在工業生產、產品加工制造業中風機設備主要用于鍋爐燃燒系統、烘干系統、冷卻系統、通風系統等場合，根據生產需要對爐膛壓力、風速、風量、溫度等指標進行控制和調節以適應工藝要求和運行工況。而最常用的控制手段則是調節風門、擋板開度的大小來調整受控對象。這樣，不論生產的需求大小，風機都要全速運轉，而運行工況的變化則使得能量以風門、擋板的節流損失消耗掉了。在生產過程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費和設備損耗。從而導致生產成本增加，設備使用壽命縮短，設備維護、維修費用高居不下。
　 1、變頻技術在浮法玻璃退火窯風機中的應用可行性分析
　 浮法玻璃經退火后，進行切割時要求溫度≦70℃。這一溫度決定于退火溫度制度及控制水平。實際生產中，由于風機功率在設計選型時考慮較大的余量，以及季節和晝夜環境溫度導致風溫的變化。有時只需要很少的用風量就可以滿足工藝要求。而一般玻璃生產廠家，退火窯風機所使用的都是定額輸出功率的電機，需要減少風量時， 一般采用調節閥門和擋板開度來控制風量大小。在調節過程中，由于風機的風量大小無法調節，常常出現關小控制板上的風閥時，板下的冷卻風量加大。關小這一組風閥，另一組的風量加大的不合理現象的。這樣就造成同一退火區內相鄰風閥之間相互干擾，影響了退火溫度制度的穩定。風機功率是定額輸出，電耗沒有減少。風機的運行阻力增加，反而加劇了閥體等冷卻系統的損壞。出于節能的迫切需要和對產品質量不斷提高的要求，加之采用變頻調速器（簡稱變頻器）易操作、免維護、控制精度高，并可以實現高功能化等特點，因而采用變頻器驅動的方法開始逐步取代風門、擋板、閥門的控制方案。就可以達到明顯的節約電能，降低消耗的目的。
　 2、退火窯各區功用、風冷控制方式和結構
　 2.1 退火窯各區功用和風冷控制方式
　 A，B，C 區均為引風式輻射冷卻，目的是使玻璃板按照設定好的溫度曲線降至室溫，減少或消除玻璃制品中的殘余內應力和光學不均勻性，以及穩定玻璃內部的結構。RET區，F區均為鼓風式對流冷卻，以使玻璃能以比其在后退火區稍大或相同的冷卻速度進行對流冷卻。每區配備兩臺引風機，正常生產時一用一備。
　 2.2 A、B、C區和RET和F區結構
　 A、B、C區結構大致相同，區內上下部分別裝有輻射冷卻器和電加熱裝置，冷卻器在橫向分為幾組，每組有若干根小風管組成，冷卻風量分組控制。室溫冷風通過由電器閥門定位器控制的支風閥（由微機自動控制）進入退火窯內的排管式冷卻器，與玻璃板進行輻射換熱降溫。各支風最后匯集進入總風管，再由該區引風機抽出排空。 RET和F區的結構基本相同，上部的冷卻風噴嘴橫向分區，下部不分區。該區鼓風機通過總風管將冷卻風從兩個邊部送入各分支風管，由各支管翻板閥分別控制各處的吹風量。
　 3、變頻技術在退火窯風機中的應用方法
　3.1 變頻調速基本原理
　在變頻調速中使用最多的變頻調速器是電壓型變頻調速器，由整流器、濾波系統和逆變器三部分組成。在其工作時首先將三相交流電經橋式整流為直流電，脈動的直流電壓經平滑濾波后在微處理器的調控下，用逆變器將直流電再逆變為電壓和頻率可調的三相交流電源，輸出到需要調速的電動機上。由電工原理可知電機的轉速與電源頻率成正比， 通過變頻器可任意改變電源輸出頻率從而任意調節電機轉速，實現平滑的無級調速。
　3.2 變頻技術在退火工藝區的應用
　 在浮法玻璃退火過程中，由于爐膛溫度和風溫的變化，即使是同一區間在不同工況下需要的冷卻風量也相差很大。當該區總用風量較小時，該區的多數風閥就會處于關閉狀態，此時總風管內的風壓（A，B，C 區為負壓，RET，F區為正壓）就會增大。在A、B、C和RET、F區使用變頻技術，首先，在各區冷卻風總風管上設取壓點，安裝差壓變送器。由差壓變送器測出總風管內風壓，并將風壓信號送至控制室DCS微機自控系統中，風管差壓變送器的實測信號與設定的風壓信號進行比較，經PID運算后將控制信號輸出到變頻調節器，通過改變電源輸出頻率調節電機轉速改變冷卻風量，達到控制風壓的目的。其次，由于玻璃退火中冷卻風用量與風溫有很大關系，所以風壓設定時的取值應根據季節和晝夜的變化而不同。第三，因為A、B、C和RET、F區的在冷卻功能上有所區別，A、B、C區降溫曲線較平緩，用風量較少，所以風壓取值應偏小。RET、F區為使玻璃能以比其在后退火區稍大或相同的冷卻速度進行冷卻，風壓應取值應較大值。風壓設定值的具體確定還應根據各廠實際情況和風溫的變化進行實踐摸索。以既能滿足退火工況的要求又達到節能的目的為宜。
　 3.3 對產品質量的提高
　 在退火冷卻系統中合理的利用變頻技術，通過調整風機的轉速來調節退火冷卻用風量的大小。避免了過量的冷卻風對退火的溫度制度的影響，退火的溫度曲線更趨理想。產品的殘余應力消除更加徹的，極大的提高了浮法玻璃的退火質量，減少玻璃的退火缺陷和切損。
　 4、節能方面
　變頻節能由流體力學可知，P（功率）=Q（流量）╳　H（壓力），流量Q與轉速N的一次方成正比，壓力H與轉速N的平方成正比，功率P與轉速N的立方成正比，如果風機的效率一定，當要求調節風量下降時，轉速N可成比例的下降，而此時軸輸出功率P成立 方關系下降。即風機電機的耗電功率與轉速近似成立方比的關系。例如：一臺風機電機功率為22KW，當轉速下降到原轉速的4/5時，其耗電量為11.264KW，省電48.8％當轉速下降到原轉速的1/2時，其耗電量為2.75KW，省電87.5％。另外，由于冷卻系統中風壓的降低風機運行阻力將減小，這樣就延長了設備和閥門的使用壽命。節省了設備的維護費用。