房地產(chǎn)和重大工程建設(shè)項(xiàng)目的持續(xù)升溫，建材行業(yè)也得到空前的發(fā)展。建材行業(yè)作為典型的高能耗產(chǎn)業(yè)，與我國(guó)能源短缺，價(jià)格高漲形成尖銳的矛盾。降低水泥，玻璃，電解鋁等產(chǎn)業(yè)的耗電量，除了提高管理水平外，必須從技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步中來(lái)尋找突破口。變頻器作為節(jié)能降耗的一個(gè)主要產(chǎn)業(yè)，技術(shù)成熟，產(chǎn)品穩(wěn)定，價(jià)格日益降低，客戶使用維護(hù)水平提升，都為變頻器在建材行業(yè)的大量使用提供了條件。目前除了大批量改造項(xiàng)目以外，新建的建材項(xiàng)目在配置時(shí)都已經(jīng)將電機(jī)的變頻調(diào)速作為節(jié)能降耗的首要考慮。麥米電氣變頻器在上述產(chǎn)業(yè)中都有大量成功應(yīng)用，為我國(guó)的節(jié)能降耗作出了應(yīng)用的貢獻(xiàn)。
一、變頻器調(diào)速的節(jié)能原理
全世界用電量約有60%是通過(guò)電動(dòng)機(jī)消耗掉的。
生產(chǎn)機(jī)械中電動(dòng)機(jī)的負(fù)載千差萬(wàn)別，依照通用分類法則，可將負(fù)載分為平方負(fù)載，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，恒功率負(fù)載等。這三種負(fù)載與能耗關(guān)系如下圖（P代表功率，M代表轉(zhuǎn)矩，n代表轉(zhuǎn)速）：
|
負(fù)載類型
|
恒轉(zhuǎn)矩M=C
|
平方轉(zhuǎn)矩M∝n2
|
恒功率P=C
|
|
M=f（n）
p=f（n）
|
|
|
|
|
主要設(shè)備
|
輸送帶、起重機(jī)械
|
各種風(fēng)機(jī)、泵類
|
卷取機(jī)，軋機(jī)、
|
|
功率與轉(zhuǎn)速關(guān)系
|
P∝n
|
P∝n3
|
P=C
|
|
使用變頻器目的
|
滿足工藝要求，提高效率
|
節(jié)能為主
|
滿足工藝要求，提升產(chǎn)品質(zhì)量和效率
|
|
節(jié)電效果
|
一般
|
顯著
|
不
|
從節(jié)能角度考慮，我們主要分析平方類負(fù)載，而這類負(fù)載在建材行業(yè)約要消耗70%以上的能量。那么這類負(fù)載為什么會(huì)存在節(jié)能控制？
1、設(shè)計(jì)裕量的考慮。建材項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)要考慮項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，前后期工藝差異大，必須留有足夠的裕量。如鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)定風(fēng)量要達(dá)到5－10%的裕量，因此在選型設(shè)計(jì)時(shí)是以最大風(fēng)量和風(fēng)壓裕量來(lái)作為依據(jù)的，而風(fēng)機(jī)系列是有限的，在選不到合適的型號(hào)時(shí)只能往上靠，這有電機(jī)選型功率比實(shí)際需要的功率大20－30%就比較常見。
2、在實(shí)際生產(chǎn)操作時(shí)，對(duì)于靠閥門擋板等進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)的風(fēng)機(jī)負(fù)載，它們?cè)黾恿讼到y(tǒng)管路的阻尼系數(shù)，造成電能的浪費(fèi)。而選擇變頻器，則可以根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要進(jìn)行精確的流量調(diào)節(jié)。
二、變頻調(diào)速的理論節(jié)能分析
各種風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載，因P ∝n3，理論上功耗與轉(zhuǎn)速是三次方關(guān)系，故應(yīng)用變頻器后，節(jié)電效果顯著，下表是為風(fēng)機(jī)，泵類負(fù)載應(yīng)用變頻器后，在不同流量Q*，轉(zhuǎn)速n*，軸功率P*（額定值的相對(duì)值百分?jǐn)?shù)）以某頻率值時(shí)的節(jié)電率。
|
流量Q*（%）
|
100
|
90
|
80
|
70
|
60
|
50
|
40
|
|
轉(zhuǎn)速n*（%）
|
100
|
90
|
80
|
70
|
60
|
50
|
40
|
|
頻率值（Hz）
|
50
|
45
|
40
|
35
|
30
|
25
|
20
|
|
軸功率P*（%）
|
100
|
73
|
51
|
34
|
22
|
13
|
6.5
|
|
節(jié)電率N
|
0
|
27
|
49
|
66
|
78
|
87
|
9
|
可以看到，當(dāng)流量降低時(shí)，降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，可以達(dá)到很高的節(jié)電率 。
三、水泥廠變頻器應(yīng)用
1、變頻器在立窯羅茨風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用
我國(guó)的大多數(shù)2KT/D以下水泥廠在立窯上配備有160~220KW羅茨風(fēng)機(jī)（產(chǎn)量較大的生產(chǎn)線立窯上配套使用的風(fēng)機(jī)功率更大），傳統(tǒng)的風(fēng)量控制方法是依靠放風(fēng)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于羅茨風(fēng)機(jī)的風(fēng)量較為恒定，而煅燒時(shí)根據(jù)窯內(nèi)情況需要隨時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)量，當(dāng)窯內(nèi)需要減少風(fēng)量時(shí)，是通過(guò)放風(fēng)閥放走多余的風(fēng)量，造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。
水泥立窯煅燒熟料所耗的電能中，羅茨鼓風(fēng)機(jī)的電能消耗占60%左右，隨著電價(jià)的調(diào)整（整體上是上升趨勢(shì)），電費(fèi)在水泥生產(chǎn)中所占生產(chǎn)成本的比重將越來(lái)越高。因此降低鼓風(fēng)機(jī)的能源消耗成為提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要環(huán)節(jié)。
水泥生產(chǎn)工藝要求風(fēng)量隨窯內(nèi)條件進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)量，對(duì)羅茨風(fēng)機(jī)可由變頻器改變風(fēng)機(jī)的供電電源頻率來(lái)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，給變頻器的應(yīng)用與節(jié)能留下較大的空間。實(shí)踐中也證明確實(shí)如此：某2KT/D水泥廠132KW羅茨風(fēng)機(jī)上安裝麥米電氣MV300變頻器后，節(jié)電率高達(dá)60%，噸熟料電耗由安裝變頻器前的15度下降為安裝后6度；某1KT/D水泥廠在水泥熟料旋窯生產(chǎn)線流態(tài)化系統(tǒng)55KW羅茨風(fēng)機(jī)上安裝變頻器后，節(jié)電率高達(dá)70%，日耗電量由原來(lái)的600度下降到安裝以后的180度，日節(jié)電420度。
紅星水泥廠在風(fēng)機(jī)應(yīng)用變頻器前后的電耗的對(duì)比表：
|
設(shè)備名稱
|
功率
|
平均電流
|
功率消耗
|
節(jié)能效果
|
經(jīng)濟(jì)分析
|
|
KW
|
使用前
|
使用后
|
使用前
|
使用后
|
萬(wàn)度/年
|
萬(wàn)元/年
|
|
一室風(fēng)機(jī)
|
45
|
58.3
|
39.0
|
34.2
|
17.6
|
13.8
|
9.6
|
|
二室風(fēng)機(jī)
|
75
|
71.2
|
30.2
|
41.6
|
18.1
|
18.0
|
12.6
|
|
三室風(fēng)機(jī)
|
75
|
85.6
|
45.1
|
50.6
|
26.8
|
18.3
|
12.8
|
|
三室風(fēng)機(jī)
|
75
|
85.0
|
52.4
|
49.7
|
25.8
|
18.5
|
13.0
|
|
吹煤風(fēng)機(jī)
|
132
|
142.6
|
56.8
|
82.1
|
33.0
|
38.6
|
27.0
|
|
蓖冷風(fēng)機(jī)
|
30
|
26.4
|
8.2
|
13.0
|
5.1
|
6.0
|
4.2
|
|
窯頭排風(fēng)機(jī)
|
90
|
121.6
|
50.0
|
72.0
|
29.1
|
33.7
|
23.6
|
2、離心風(fēng)機(jī)，水泵類設(shè)備上的應(yīng)用
除羅茨風(fēng)機(jī)外，水泥廠還存在大量的用離心式風(fēng)機(jī)進(jìn)行供風(fēng)的地方，該種水泥窯的風(fēng)量調(diào)節(jié)是通過(guò)風(fēng)門開度對(duì)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)離心式風(fēng)機(jī)，水泵的變頻改造同樣有巨大的節(jié)能潛力。離心式風(fēng)機(jī)泵類設(shè)備流量與轉(zhuǎn)速成正比。因此在調(diào)節(jié)風(fēng)量或流量時(shí)，如降低20%流量或風(fēng)量，功耗將下降近50%，但是轉(zhuǎn)速與壓力成平方關(guān)系，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降20%時(shí)壓力將下降36%，這是與羅茨風(fēng)機(jī)不一樣的地方，改造時(shí)需要考慮。
供水泵使用變頻器后，是通過(guò)安裝在管網(wǎng)出口處的壓力傳感器與變頻器內(nèi)部設(shè)置的壓力構(gòu)成閉環(huán)自動(dòng)控制回路，使整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)控制流量保持壓力恒定，使供水泵在節(jié)能狀態(tài)下運(yùn)行，這與傳統(tǒng)帶有儲(chǔ)水池的供水設(shè)備相比較，節(jié)省建筑面積，節(jié)電效果理想，同時(shí)還有節(jié)水降噪，提高可靠性，無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。
3、 空壓機(jī)上的節(jié)能應(yīng)用
空氣壓縮機(jī)恒壓供氣使用變頻器與壓力構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使壓力波動(dòng)降到1%以下，此外還具有降低噪音，減少震動(dòng)，保證設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，從而減少設(shè)備維護(hù)，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。變頻調(diào)速改造以前壓力波動(dòng)比較大，并且要求空壓機(jī)不能帶壓?jiǎn)?dòng)。現(xiàn)在變頻器可以在任何壓力下隨意啟動(dòng)，啟動(dòng)電流大大降低。通過(guò)變頻器的實(shí)際應(yīng)用，多數(shù)壓縮機(jī)的節(jié)電率在25%以上。但是壓縮機(jī)的電機(jī)功率都較大，從幾十個(gè)千瓦到幾百個(gè)千瓦，變頻器的應(yīng)用使控制的品質(zhì)大幅提高，同時(shí)經(jīng)濟(jì)效益也十分明顯。
4、 卸料機(jī)/選粉機(jī)上的應(yīng)用
立窯卸料機(jī)上一般采用18.5—30KW滑差調(diào)速電機(jī)，轉(zhuǎn)速通?？刂圃?00-1000RPM（工藝上要求）?；铍姍C(jī)的特性就是轉(zhuǎn)速越低，效率越低，且特性很軟。采用變頻器調(diào)速取代原來(lái)的滑差調(diào)速，經(jīng)過(guò)幾家的應(yīng)用結(jié)果證明平均節(jié)能在４０％左右。滑差電機(jī)原理如下：
由此可見滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速越低，能源效率越低，而卸料機(jī)的轉(zhuǎn)速一般在400RPM左右運(yùn)行，因此應(yīng)用變頻器調(diào)速的方法取得４０％以上的節(jié)能效果是必然的。
選粉機(jī)設(shè)備原來(lái)使用75KW滑差電機(jī)拖動(dòng)，設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。但是電機(jī)本體噪音高，震動(dòng)大，能耗高，無(wú)功損耗大軸承的故障也高，滑差控制儀安裝在粉塵飛揚(yáng)的電機(jī)旁邊，多次出現(xiàn)無(wú)法調(diào)速，突然失速等故障，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)量大，影響整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制電機(jī)運(yùn)行在594RPM，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的電氣參數(shù)輸入電壓385V，輸入電流72A，功率因數(shù)0.82，輸入功率為40KW，經(jīng)進(jìn)行變頻調(diào)速改造后（配MV300G-4T75變頻器），現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量參數(shù)為輸入電壓387V，輸入電流18A。功率因數(shù)為0.92，輸入功率為11KW（變頻器標(biāo)配直流電抗器）。因此滑差電機(jī)調(diào)速更改為變頻調(diào)速后，設(shè)備節(jié)能效果明顯，大大降低維護(hù)量。
5、在預(yù)加水成球系統(tǒng)中的應(yīng)用
目前，預(yù)加水成球工藝技術(shù)在立窯中已經(jīng)非常普遍。該工藝在提高成球質(zhì)量，改善煅燒操作條件，提高立窯熟料產(chǎn)量和質(zhì)量取得比較明顯的效果。利用變頻器自身良好的系統(tǒng)集成性，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS-DP與上位機(jī)進(jìn)行總線通信，利用集中控制實(shí)現(xiàn)雙回路調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)水料比例自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)。使預(yù)加水系統(tǒng)真正起到加濕成球作用，提高成球質(zhì)量，為立窯生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的熟料創(chuàng)造了條件。
四、水泥行業(yè)變頻器潛在市場(chǎng)分析
變頻器在水泥廠的應(yīng)用不僅僅在以上幾個(gè)方面，在回轉(zhuǎn)窯、球磨機(jī)、卸料機(jī)、圓盤給料機(jī)、雙管絞刀、群板喂料機(jī)調(diào)速皮帶稱、喂料絞刀、蓖冷機(jī)等需要進(jìn)行交流調(diào)速部分。隨著國(guó)家在環(huán)保方面制度不斷出臺(tái)，對(duì)環(huán)保的要求也會(huì)越來(lái)越高。旋風(fēng)除塵，布袋式除塵器等產(chǎn)品應(yīng)用節(jié)能改造項(xiàng)目將更加明顯。
五、總結(jié)分析
從以上理論結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用情況可以看出，水泥廠使用變頻器有以下突出的優(yōu)點(diǎn)：
1、滿足工藝要求，MV300G矢量控制變頻器調(diào)速范圍達(dá)到100:１，而水泥工藝過(guò)程中調(diào)速范圍在10:1范圍內(nèi)即可滿足工藝要求。
2、變頻器的使用便于進(jìn)行集中控制，提高工廠的自動(dòng)化水平。麥米電氣MV300G不僅標(biāo)配RS485通訊接口，支持MODBUS協(xié)議，而且支持PROFIBUS-DP，CANOPEN等現(xiàn)場(chǎng)總線，通過(guò)內(nèi)置的專用通信卡，和DCS系統(tǒng)或PLC系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫集成，使設(shè)備的集中監(jiān)控成為可能，大大降低人員維護(hù)費(fèi)用提高設(shè)備可靠性。
3、變頻器產(chǎn)品平滑的調(diào)速特性，精確的速度控制大大提高產(chǎn)品質(zhì)量。麥米電氣變頻器自身在適應(yīng)惡劣的電網(wǎng)環(huán)境，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等方面都進(jìn)行了針對(duì)的處理，如專門的防電網(wǎng)沖擊電路，瞬停不停功能，以及電路/散熱的分離設(shè)計(jì)，三防漆處理都手段，既提高了變頻器可靠性，也保證了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)變頻器具備的軟啟動(dòng)特性，也減輕了電流沖擊和機(jī)械沖擊的磨損。
4、變頻器可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能，降低成本消耗，獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
