艾默生變頻器在水泥廠設備上的應用

一、 艾默生變頻器在離心風機上的應用
目前，國內絕大多數水泥廠離心風機的風量，是通過設置在排風管道的電動閥門的開度來調節的。這種通過增加系統阻力改變風量的方法造成較大的能源浪費。從表1可以看出，利用變頻器節能顯著。廣東南華水泥有限公司選用艾默生變頻器在3號濕法回轉窯132KW窯尾離心風機上應用，節電率35.3%,年節約電費14.19萬元.噸熟料電耗降低1.28度(見表2).
表1 風機(水泵)電動機消耗特性表
風量(%) 軸功率(KW) 出口檔板 入口檔板 變頻
電機輸入(KW) 總損失(KW) 電機輸入(KW) 總損失(KW) 電機輸入(KW) 總損失(KW)
100 100 107 7 106 6 108 8
90 72.9 103.5 30.6 84 11.1 79 6
80 51.2 99.5 48.3 72.5 21.3 55 3.8
70 34.3 95 60.7 68 33.7 38 3.7
60 21.6 89.5 67.9 64 42.4 25 3.4
50 12.5 84 71.5 60 47.5 15 2.5
40 6.4 77.5 71.5 56 49.6 9 2.6
30 2.7 71 68.3 52 49.3 5 2.3
注:本表摘自中國電工技術學會電控系統與裝置專業委員會編寫的<<風機水泵交流調速節電技術>>
表2 南華水泥有限公司3號窯尾離心風機變頻器投運前后對比
一次電壓(V) 一次電流(A) 輸入功率(KW) 功率因數 閥門開度(%)
投運前 399.92 146.43 84.19 0.83 72
投運后 400.57 85.35 54.48 0.92 100
需要指出的是，離心風機的風量與轉速成正比，而壓力與轉速平方成正比。功率與轉速的立方成正比，當轉速下降20%時，壓力會下降36%,而功率則會下降48.9%，節能特別顯著。
二、艾默生在羅茨風機上的應用
我國絕大多數水泥廠羅茨風機的風量是根據生產過程工況的變化，通過放風電動閥放走多余風量來調節的，造成嚴重的能源浪費。我國有立窯6000余臺。每臺都配備132KW左右的羅茨風機，僅此一項節電潛力就很大。羅茨風機的風壓是不受風機轉速限制的，而風量與風機轉速成正比。加此，對羅茨風機可由變頻器改變風機的供電電源頻率進行無級調速來調節風量，從而實現顯著的節能效果。理論和實踐證明，凡立窯羅茨風機采用變頻器調速可以獲得40%左右節能效果。江山大陳水泥廠在1號窯132KW羅茨風機上安裝變頻器后，節電率高達62.2%，噸熟料電耗由安裝變頻器前的15.22度下降到安裝后的5.55度；河南焦作水泥廠一分廠在1000t/d水泥熟料旋窯生產線生料流態化系統55KW羅茨風機上安裝了EV2000-4T0550P型變頻器后，節電率高達73.2%，平均每日用電量由安裝前的606度下降到安裝后的162度，每日節電444度。
三、艾默生在調速設備上應用
我國水泥廠存在大量滑差調速電機，而滑差調速方法是一種耗能的低效調速方法。滑差電機主電機軸輸出功率Pо：
Pо∝Mо*Nо
式中：Mо------負載轉矩；
Nо------主電機轉速矩；
∝-----正比關系
滑差頭輸出功率P1：
P1∝Mо*N1
式中：N1----滑差頭轉速。
滑差頭功率損耗△P=(P0-P1)∝Mо*（N0-N1） （1-5）
由式（1-5）可以看出，滑差電機的轉速N1越低，浪費的能源越大。我國立窯御料機大多數采用15～30KW的滑差調速電機，轉速通常控制在300～1000r/min，而正常運行在400 r/min左右，采用變頻調速可帶電50%～60%。湖南黎家坪水泥廠的三臺立窯御料機，原滑差電機的功率為15KW，改用11KW的籠型電機，采用變頻調速后節電50%。在水泥廠中除了產窯御料機采用滑差電機外，還有很多設備同樣是采用滑差電機如裙板喂料機，喂煤絞刀、調速皮帶稱等，變頻調速的節能前景大有可為。對回轉窯、球磨機等一切需交流調速的設備都可以采用變頻調速器。
需指出的是，變頻器節電效果的大小，除了設備本身的節電潛力外，更主要的是與實際工況有直接關系。如風機選型裕度過大，放風量大，時間長，則節電效果顯著，反之節電效果相對降低。
四、艾默生變頻器在空氣壓縮機上的應用
我國水泥廠絕大多數空氣壓縮機不同程度存在著起動頻繁、壓力工況不匹配及“排空”現象，造成嚴重能源浪費。在空氣壓縮機裝上艾默生變頻器后放可根據需要的壓縮空氣量來改變空壓機的轉速，從而達到節能的目的。某水泥廠在4L-20/8空壓機（電機功率為132KW）上安裝變頻器后、完全達到壓力----轉速----功率的全閉環自動控制，使壓縮機在工況1-8㎏f/cm3內可任意調整的基礎上，隨著用氣量的變化，在保持壓力穩定的條件下，電機由變頻器自動調速，做到壓力（含流量）---轉速---功率最佳動態匹配，節電率達29.1%，年節9.5萬度。同時，應用變頻器后，空壓機可在任何壓力下隨意起動，打破了以前不允許帶壓起動的規定，起動電流也由以前的800A降為80～100A，減少90%左右，這使用電設備處于穩態無沖擊的狀態下運行，從而減少了設備維護工作量，延長了設備使用壽命。對新建企業，大容量的空壓機安裝變頻器后，由于變頻器大幅度地降低了電機的起動電流，從而可以減小變壓器、開關、熔斷器等電源設備的設計容量，因而使電源設備小型化，降低安裝成本，提高電機運行的安全性。
五、艾默生TD2100變頻器在供水泵上的應用
水泥廠的用水不是每時每刻都處于恒定狀態，因此對水泵的流量不加控制的話，在用水低峰期，泵口壓力增加，造成嚴重的能源浪費。供水泵使用變頻調速器后，可通過安裝在管網出水口處的壓力傳感器，與變頻器(內含PID調節器,PLC)構成一個閉環自動控制回路，使整個系統自動控制流量，保持壓力恒定，從而使供水泵在最佳節能狀態下運行。這與氣壓給水設備相比，可節省建設面積80%，節省投資40%，節電30%以上，節水10%以上。同時還具有低噪音、高可靠性、恒壓供水、無二次污染等優點。在深井水泵供水系統中，由于貯水池容量一定，而地下水位和用水量變化量，會造成供、用水不平衡。安裝變頻調速器后，通過在貯水池定位液位傳感器，將信號反饋給變頻調速器，來改變深井泵電機轉速，從而達到保證供、用水平衡的同時實現節電，節水的目的。
六、艾默生變頻器在水泥廠窯尾料漿喂料中的應用
在濕法水泥窯煅燒過程中，窯尾料漿的喂料控制是至關重要的一環，它直接關系到水泥熟料的產量和質量。傳統的喂料控制方式有兩種（1）勺式喂料：單位勺的容積一定，通過調節直流電機轉速來控制喂料量，這是老濕法窖普遍喂料方式，計量較準，但控制較復雜；（2）采用閥門調節，用電磁流量計進行計量的方式，這是近幾年發展起來的喂料方式，控制較簡便，但閥門執行器頻繁動作，易出故障。以上兩種方式料漿泵都是以工頻恒速運行的。如圖(1)所示為第二種喂料的框圖（第一種把流量計和閥門換為勺式機），

料漿平衡倉
流量計
閥門
料漿泵
料漿池
入窖


多余的料漿
窯速

圖(1) 傳統料漿控制框圖
對于料漿泵，具有以下特性：其(流量)Q∝N(轉速)，(揚程)H∝N2，(軸功率)W∝N3。當流量減小時，如果泵的轉速也隨之下降，則軸功率可以降低很多，如果采用改變料漿泵的轉速來調節料漿的流量，就能節約大量能量。而變頻器具有良好的驅動性能，包括PID控制等先進控制算法、豐富的控制功能以及節能節電等顯著特點，因此可以采用變頻器來對原喂料方式進行改造。
本系統經改造投入運行后，工作穩定可靠，操作方便，取得了顯著的經濟效益。采用變頻控制，料漿泵啟/停時無沖擊電流，正常運行時相對運行轉速較低，使機械損耗減小，漿泵葉輪磨損明顯減小，檢修周期加長，可以不備用料漿泵，機械效率得到提高。本系統另一重要特點是能夠節約大量電能：改造前料漿泵恒速運行，電流平均為110A，改造后喂相同的料漿，電流降為55A，節約功率37.5KW（漿泵為75KW）。如果以0.4元/度電來計算，則1個月可節約電費：37.5×24×30×0.4=10760元， 1年至少可節約電費10萬元，而料漿泵和流量計共計投入才4萬，不到半年就可收回成本，而且在新線的土建施工時，由于漿直接抽進窯而少了平衡倉，還可以減少土建高度，費用也相應減少。