寶米勒變頻器在水泥廠變頻節電改造方案
bmller 2021-04-02
風機的用電現狀
能源是國家重要的物質，能源的供需矛盾已成為制約我國社會主義經濟建設的主要因素之一。在能源問題上國務院提出“節約與開發并重”的方針，就是依靠技術進步，把節約能源以解決能源問題作為我國重要的技術經濟政策。
據不完全統計，全國風機、水泵、壓縮機就有1500萬臺電動機，用電量占全國總發電量的40～50%，這些電動機大多在低的電能利用率下運行，只要將這些電動機電能利用率提高10～15%，全年可節電300億KW以上。
變頻器用于水泥生產過程，具有明顯的節能效果，是目前最先進的節能調整設備。變頻調速電氣傳動由于其在性能上的優異表現，性價比的不斷提高，也正快速取代傳統的調速方式，成為水泥行業調速控制的主流。
一、 概述
風機水泵類負載多是根據滿負荷工作需求用量來選型，然而實際應用中大部分時間并非處于滿負荷工作狀態．由于交流電機調速很困難,常用擋風板、回流閥或開/停機時間，來調節風量或流量.同時大電機在工頻狀態下頻繁開/停比較困難，電力沖擊較大，勢必造成電能損耗和開/停機時的電流沖擊。采用變頻器直接控制風機、泵類負載是一種最科學的控制方法，當電機在額定轉速的80%運行時，理論上其消耗的功率為額定功率的（80%）3次方，即51.2%，去除機械損耗電機銅、鐵損等影響，節能效率也接近40%；由于變頻器可實現大的電動機的軟停、軟起，避免了啟動時的電壓沖擊，減少電動機故障率，延長使用壽命，同時也降低了對電網的容量要求和無功損耗。
二、交流變頻調速系統的特點:
1、效率高，節約能源。在相同的情況下，交流變頻驅動比一般直流傳動方式能提高效率5％左右，比電機組供電的直流傳動方式提高效率15％左右，比其它交流調速方式提高效率20％以上，節能效果顯著。變頻調速用于風機水泵的控制，甚至可節約電能50％以上。
2、變頻器具有和直流調速系統相同的調速平滑、方便、過載力矩和起動力矩大等優點。目前較先進的變頻器的調速范圍可達1：100，過載能力可達150％、60S。
3、工/變頻轉換電路，保障系統的安全可靠
4、提高了運行可靠性,減少了維修工作量,降低了運行成本。
下表是變頻器控制電機轉速調節流量與閥門控制調節流量的電機功耗對比
|
100% |
108 |
106 |
107 |
100 |
|
流量 |
節能器控制 軸功率KW% |
輸入閥門控制 軸功率KW% |
輸出閥門控制軸功率KW% |
理想軸功率KW% |
|
50% |
15 |
60 |
84 |
12.5 |
|
60% |
25 |
64 |
89.5 |
21.6 |
|
70% |
38 |
68 |
95 |
34.3 |
|
80% |
55 |
72.5 |
99.5 |
51.2 |
|
90% |
79 |
84 |
103.5 |
73 |
|
100% |
108 |
106 |
107 |
100 |
從以上表可以看出變頻調節電機轉速取代風門擋板及閥門控制,節電效果可達20-60%。而且電機噪聲小。
三、節能原理
1、羅茨風機節能
羅茨風機的風壓是不受風機轉速限制的，不論轉速變化如何其風壓可以保持不變。而風量則與風機轉速成正比的， 即Q＝KN
Q：表示風量 N：表示風機轉速 K：為系數
從公式可知，風量調節，完全由變頻器改變電機頻率達到無級變速，起到調節風量的效果。根據現場應用工藝風機的頻率通常在35HZ左右，有個別時刻50HZ滿風量運行，由于立窯工藝基本是一致的，因此在不同的立窯風量調節量是基本相同的，凡立窯應用變頻技術都可以獲40%左右的節能效果。
羅茨鼓風機是恒轉矩負載，其節電率與轉速成正比即N％=△N％，雖然不比一般風機、水泵節電率更高，但因它的功率較大，而且只要爐墻不壞，是連續24小時工作的，并且開動時間亦很長。因此節電潛力大，節電費用高。
羅茨鼓風機進行技術改造后，改變了過去以調節出口（進口）閥門開度大小的方式來調節風壓或風量的生產方式，勞動強度減輕，調節的及時性好，提高了產品的合格率，單耗明顯下降。
2、離心式風機節能
對于離心式風機的變頻調速改造同樣有巨大的節能潛力。其節能效果在30～50％。
離心式風機設備的流量與轉速成正比Q∝N，壓力與轉速平方成正比H∝N2，功率與轉速的立方成正比P∝N3（Q：表示流量； N：表示轉速 ；H：表示壓力； P：表示功率 ）
風機、水泵類負載應用節電器后的節電率一覽表：
|
流量Q（%） |
100 |
90 |
80 |
70 |
60 |
50 |
40 |
|
轉速n(%) |
100 |
90 |
80 |
70 |
60 |
50 |
40 |
|
軸功率P(%) |
100 |
73 |
51 |
34 |
22 |
13 |
6.5 |
|
節電率N(%) |
0 |
27 |
49 |
66 |
78 |
87 |
93.5 |
由上圖可知，改變轉速其流量線性變化的功耗則是立方關系變化，因此在調節風量或流量時如降低20％的風量或流量，功耗則會下降50％。但是必須注意，轉速與壓力是平方關系，當轉速下降20％壓力則會下降64％，因此必須要注意工藝要求壓力范圍不能像羅茨風機那樣，不用考慮轉速與風壓的關系。
3、空壓機的節能
空壓機:現有5臺110KW空壓機，并且均為星三角啟動?？諌簷C輸出壓力要求白天不小于0.42MPa，晚間不小于0.50Mpa。6月21日下午現場實際壓力0.49MPa，有約26.5%的節能空間。空壓機額定排氣壓力為：0.8--0.85Mpa,且空壓機只能通過排氣調節壓力,而使空壓機壓力波動較大，不僅能量浪費，還不利于用氣設備穩定工作。
2.1.2、空壓機的具體改造方案
根據對空壓機的工況調查，我們采用一臺數控節電系統控制其中兩臺空壓機（110KW），即一拖二的控制方式，不投入變頻運行的空壓機仍可同時用原系統啟動運行。此方式還可使兩空壓機輪換運行，可使設備磨損均勻，并可避免其中一臺長時間不用而銹蝕。
保守估算其節電率應在15%～20%之間。
四、改造方案
1、風機：根據技術要求，采用變頻調速技術，把擋風門開到最大根據生產需要工人可隨時可以在現場或在電氣控制室控制，只需在現場或控制室調變頻器頻率即可調節風量。系統可隨時隨意改變引風、鼓風量，以適應的變化，保持風機的正常經濟運行，達到穩定控制、方便操作節約能源的目的。
2、空壓機：采用變頻調速技術，使空壓機壓力達到恒定值。
3、選粉機、熟料破碎機、斗式提升機（普通電機）：使用變頻器加裝直流電抗器后，可防止突然失速等故障，易于現場維護，提高電機功率因數，使整個系統的運行更加安全。
五、節能效果計算
以M-57.07冷卻風機（Fg4）為例，其額定功率75kw，采用輸入風門控制，額定工作電流為140A；實際工作電流為88.7A折合為滿功率的64%，流量為60%。若采用節電器控制時，達到同樣的流量，對照前表格數據可查知所需功率僅為滿功率的25%。此時的節電率為：
相對于額定功率：64%－25% = 39%
相對于當前狀態：（64%－25%）/64% = 61%
若使用YT-SKJN動力節電系統，如果風機24小時連續運行，節電率在額定功率的39%左右。以平均節電率計，設備有效運行為24小時/天、30天/月。電費按1.8元/kwh計算，每月節約的電費：
75kw×39%×24h×30×1.8元/kwh=3.8萬元
此僅為單臺75KW風機一個月的節能，貴公司裝有大量的類似設備，其節省下來的電費應是相當可觀的。
六、改造特點
1、旁路運行功能
如果節電系統需要檢修或在運行過程中發生故障，電機可切換到原控制系統運行，待檢修完畢后再切換回節電狀態。不會影響生產的正常運行。
2、 節能系統應安裝有計量設施，便于節能效果的檢驗。
3、其他特點
1) 節約能源，綠色環保，同時降低生產成本。
2) 降低環境噪音，改善工作環境。
3）有效延長電機、工作機壽命
一方面，節能狀態下，系統以滿足工藝要求的最低轉速運行，日歷時間的機械轉數有效減少，相應系統日歷壽命有效延長。同時，系統軟起停功能有效減小起停機械沖擊，亦是延長系統壽命的重要因素。
4）高效率——節電器拖動電機時，效率可達90%以上。
5）高功率因數——整個節電器拖動電機運行過程中，功率因數可達0.95左右。
6）電機軟啟動——啟動電流平滑，減小電機起動電流，杜絕了對電網的沖擊，延長電機壽命。
7）電子熱保護——專業的過流保護設計，有效的防止了任何情況下的電機過載，實時的保護電機。
8）維護簡單——任何故障情況下，都有明確的故障診斷及解決措施。
七、設備維護
1、及時提供與本合同設備有關的安裝、調試、運行、檢修等相應的技術指導、技術文件、技術配合等全程服務。
2、負責提供有關設備測試、各種試驗和運行后全部完整中文技術資料及圖紙。
3、保修期內因制造商原因導致的設備損壞，應免費更換，驗收一年后，應繼續給予技術支持和設備維護。
4、保證及時向買方提供技術配合資料。
5、維護人力保障：我公司有專職售后工程師，負責產品的售后服務。并且我公司還可在客戶比較集中的地區設立辦事處，可進行針對性比較強的服務。
6、維護響應時間：收到維護通知，隨時答復，并及時趕到現場排除故障。
八、結束語
利用變頻器調速是目前最佳的調速方式。傳統的調速、流量控制方式存在著效率低、質量差、消耗大、故障率高等弱點。利用變頻器調速來改造落后的傳統調速方式，能明顯提高用電效率，同時有利于提高水泥生產過程的自動化水平，提高設備運轉率，降低工人勞動，從而有利于提高水泥企業競爭力。隨著變頻技術的不斷提高和水泥從業人員對其認識的不斷加深，變頻技術必將在水泥生產過程中有關更廣闊的應用前景。
