寶米勒變頻器在水泥廠變頻節(jié)電改造方案
bmller 2021-04-02
風(fēng)機的用電現(xiàn)狀
能源是國家重要的物質(zhì)，能源的供需矛盾已成為制約我國社會主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)的主要因素之一。在能源問題上國務(wù)院提出“節(jié)約與開發(fā)并重”的方針，就是依靠技術(shù)進(jìn)步，把節(jié)約能源以解決能源問題作為我國重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。
據(jù)不完全統(tǒng)計，全國風(fēng)機、水泵、壓縮機就有1500萬臺電動機，用電量占全國總發(fā)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(jié)電300億KW以上。
變頻器用于水泥生產(chǎn)過程，具有明顯的節(jié)能效果，是目前最先進(jìn)的節(jié)能調(diào)整設(shè)備。變頻調(diào)速電氣傳動由于其在性能上的優(yōu)異表現(xiàn)，性價比的不斷提高，也正快速取代傳統(tǒng)的調(diào)速方式，成為水泥行業(yè)調(diào)速控制的主流。
一、 概述
風(fēng)機水泵類負(fù)載多是根據(jù)滿負(fù)荷工作需求用量來選型，然而實際應(yīng)用中大部分時間并非處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)．由于交流電機調(diào)速很困難,常用擋風(fēng)板、回流閥或開/停機時間，來調(diào)節(jié)風(fēng)量或流量.同時大電機在工頻狀態(tài)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(fēng)機、泵類負(fù)載是一種最科學(xué)的控制方法，當(dāng)電機在額定轉(zhuǎn)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(jié)能效率也接近40%；由于變頻器可實現(xiàn)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(wǎng)的容量要求和無功損耗。
二、交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的特點:
1、效率高，節(jié)約能源。在相同的情況下，交流變頻驅(qū)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(diào)速方式提高效率20％以上，節(jié)能效果顯著。變頻調(diào)速用于風(fēng)機水泵的控制，甚至可節(jié)約電能50％以上。
2、變頻器具有和直流調(diào)速系統(tǒng)相同的調(diào)速平滑、方便、過載力矩和起動力矩大等優(yōu)點。目前較先進(jìn)的變頻器的調(diào)速范圍可達(dá)1：100，過載能力可達(dá)150％、60S。
3、工/變頻轉(zhuǎn)換電路，保障系統(tǒng)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(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量與閥門控制調(diào)節(jié)流量的電機功耗對比
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100% |
108 |
106 |
107 |
100 |
|
流量 |
節(jié)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% |
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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(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速取代風(fēng)門擋板及閥門控制,節(jié)電效果可達(dá)20-60%。而且電機噪聲小。
三、節(jié)能原理
1、羅茨風(fēng)機節(jié)能
羅茨風(fēng)機的風(fēng)壓是不受風(fēng)機轉(zhuǎn)速限制的，不論轉(zhuǎn)速變化如何其風(fēng)壓可以保持不變。而風(fēng)量則與風(fēng)機轉(zhuǎn)速成正比的， 即Q＝KN
Q：表示風(fēng)量 N：表示風(fēng)機轉(zhuǎn)速 K：為系數(shù)
從公式可知，風(fēng)量調(diào)節(jié)，完全由變頻器改變電機頻率達(dá)到無級變速，起到調(diào)節(jié)風(fēng)量的效果。根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用工藝風(fēng)機的頻率通常在35HZ左右，有個別時刻50HZ滿風(fēng)量運行，由于立窯工藝基本是一致的，因此在不同的立窯風(fēng)量調(diào)節(jié)量是基本相同的，凡立窯應(yīng)用變頻技術(shù)都可以獲40%左右的節(jié)能效果。
羅茨鼓風(fēng)機是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其節(jié)電率與轉(zhuǎn)速成正比即N％=△N％，雖然不比一般風(fēng)機、水泵節(jié)電率更高，但因它的功率較大，而且只要爐墻不壞，是連續(xù)24小時工作的，并且開動時間亦很長。因此節(jié)電潛力大，節(jié)電費用高。
羅茨鼓風(fēng)機進(jìn)行技術(shù)改造后，改變了過去以調(diào)節(jié)出口（進(jìn)口）閥門開度大小的方式來調(diào)節(jié)風(fēng)壓或風(fēng)量的生產(chǎn)方式，勞動強度減輕，調(diào)節(jié)的及時性好，提高了產(chǎn)品的合格率，單耗明顯下降。
2、離心式風(fēng)機節(jié)能
對于離心式風(fēng)機的變頻調(diào)速改造同樣有巨大的節(jié)能潛力。其節(jié)能效果在30～50％。
離心式風(fēng)機設(shè)備的流量與轉(zhuǎn)速成正比Q∝N，壓力與轉(zhuǎn)速平方成正比H∝N2，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比P∝N3（Q：表示流量； N：表示轉(zhuǎn)速 ；H：表示壓力； P：表示功率 ）
風(fēng)機、水泵類負(fù)載應(yīng)用節(jié)電器后的節(jié)電率一覽表：
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流量Q（%） |
100 |
90 |
80 |
70 |
60 |
50 |
40 |
|
轉(zhuǎn)速n(%) |
100 |
90 |
80 |
70 |
60 |
50 |
40 |
|
軸功率P(%) |
100 |
73 |
51 |
34 |
22 |
13 |
6.5 |
|
節(jié)電率N(%) |
0 |
27 |
49 |
66 |
78 |
87 |
93.5 |
由上圖可知，改變轉(zhuǎn)速其流量線性變化的功耗則是立方關(guān)系變化，因此在調(diào)節(jié)風(fēng)量或流量時如降低20％的風(fēng)量或流量，功耗則會下降50％。但是必須注意，轉(zhuǎn)速與壓力是平方關(guān)系，當(dāng)轉(zhuǎn)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(fēng)機那樣，不用考慮轉(zhuǎn)速與風(fēng)壓的關(guān)系。
3、空壓機的節(jié)能
空壓機:現(xiàn)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(xiàn)場實際壓力0.49MPa，有約26.5%的節(jié)能空間?？諌簷C額定排氣壓力為：0.8--0.85Mpa,且空壓機只能通過排氣調(diào)節(jié)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(shè)備穩(wěn)定工作。
2.1.2、空壓機的具體改造方案
根據(jù)對空壓機的工況調(diào)查，我們采用一臺數(shù)控節(jié)電系統(tǒng)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(tǒng)啟動運行。此方式還可使兩空壓機輪換運行，可使設(shè)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(jié)電率應(yīng)在15%～20%之間。
四、改造方案
1、風(fēng)機：根據(jù)技術(shù)要求，采用變頻調(diào)速技術(shù)，把擋風(fēng)門開到最大根據(jù)生產(chǎn)需要工人可隨時可以在現(xiàn)場或在電氣控制室控制，只需在現(xiàn)場或控制室調(diào)變頻器頻率即可調(diào)節(jié)風(fēng)量。系統(tǒng)可隨時隨意改變引風(fēng)、鼓風(fēng)量，以適應(yīng)的變化，保持風(fēng)機的正常經(jīng)濟(jì)運行，達(dá)到穩(wěn)定控制、方便操作節(jié)約能源的目的。
2、空壓機：采用變頻調(diào)速技術(shù)，使空壓機壓力達(dá)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(xiàn)場維護(hù)，提高電機功率因數(shù)，使整個系統(tǒng)的運行更加安全。
五、節(jié)能效果計算
以M-57.07冷卻風(fēng)機（Fg4）為例，其額定功率75kw，采用輸入風(fēng)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(jié)電器控制時，達(dá)到同樣的流量，對照前表格數(shù)據(jù)可查知所需功率僅為滿功率的25%。此時的節(jié)電率為：
相對于額定功率：64%－25% = 39%
相對于當(dāng)前狀態(tài)：（64%－25%）/64% = 61%
若使用YT-SKJN動力節(jié)電系統(tǒng)，如果風(fēng)機24小時連續(xù)運行，節(jié)電率在額定功率的39%左右。以平均節(jié)電率計，設(shè)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(jié)約的電費：
75kw×39%×24h×30×1.8元/kwh=3.8萬元
此僅為單臺75KW風(fēng)機一個月的節(jié)能，貴公司裝有大量的類似設(shè)備，其節(jié)省下來的電費應(yīng)是相當(dāng)可觀的。
六、改造特點
1、旁路運行功能
如果節(jié)電系統(tǒng)需要檢修或在運行過程中發(fā)生故障，電機可切換到原控制系統(tǒng)運行，待檢修完畢后再切換回節(jié)電狀態(tài)。不會影響生產(chǎn)的正常運行。
2、 節(jié)能系統(tǒng)應(yīng)安裝有計量設(shè)施，便于節(jié)能效果的檢驗。
3、其他特點
1) 節(jié)約能源，綠色環(huán)保，同時降低生產(chǎn)成本。
2) 降低環(huán)境噪音，改善工作環(huán)境。
3）有效延長電機、工作機壽命
一方面，節(jié)能狀態(tài)下，系統(tǒng)以滿足工藝要求的最低轉(zhuǎn)速運行，日歷時間的機械轉(zhuǎn)數(shù)有效減少，相應(yīng)系統(tǒng)日歷壽命有效延長。同時，系統(tǒng)軟起停功能有效減小起停機械沖擊，亦是延長系統(tǒng)壽命的重要因素。
4）高效率——節(jié)電器拖動電機時，效率可達(dá)90%以上。
5）高功率因數(shù)——整個節(jié)電器拖動電機運行過程中，功率因數(shù)可達(dá)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(wǎng)的沖擊，延長電機壽命。
7）電子熱保護(hù)——專業(yè)的過流保護(hù)設(shè)計，有效的防止了任何情況下的電機過載，實時的保護(hù)電機。
8）維護(hù)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(shè)備維護(hù)
1、及時提供與本合同設(shè)備有關(guān)的安裝、調(diào)試、運行、檢修等相應(yīng)的技術(shù)指導(dǎo)、技術(shù)文件、技術(shù)配合等全程服務(wù)。
2、負(fù)責(zé)提供有關(guān)設(shè)備測試、各種試驗和運行后全部完整中文技術(shù)資料及圖紙。
3、保修期內(nèi)因制造商原因?qū)е碌脑O(shè)備損壞，應(yīng)免費更換，驗收一年后，應(yīng)繼續(xù)給予技術(shù)支持和設(shè)備維護(hù)。
4、保證及時向買方提供技術(shù)配合資料。
5、維護(hù)人力保障：我公司有專職售后工程師，負(fù)責(zé)產(chǎn)品的售后服務(wù)。并且我公司還可在客戶比較集中的地區(qū)設(shè)立辦事處，可進(jìn)行針對性比較強的服務(wù)。
6、維護(hù)響應(yīng)時間：收到維護(hù)通知，隨時答復(fù)，并及時趕到現(xiàn)場排除故障。
八、結(jié)束語
利用變頻器調(diào)速是目前最佳的調(diào)速方式。傳統(tǒng)的調(diào)速、流量控制方式存在著效率低、質(zhì)量差、消耗大、故障率高等弱點。利用變頻器調(diào)速來改造落后的傳統(tǒng)調(diào)速方式，能明顯提高用電效率，同時有利于提高水泥生產(chǎn)過程的自動化水平，提高設(shè)備運轉(zhuǎn)率，降低工人勞動，從而有利于提高水泥企業(yè)競爭力。隨著變頻技術(shù)的不斷提高和水泥從業(yè)人員對其認(rèn)識的不斷加深，變頻技術(shù)必將在水泥生產(chǎn)過程中有關(guān)更廣闊的應(yīng)用前景。
