淺談變頻器在水泥熟料生產(chǎn)中的應(yīng)用

　　一、幾種風(fēng)量調(diào)節(jié)方式比較： 

　　1、通過改變風(fēng)機的管網(wǎng)特性曲線來實現(xiàn)對風(fēng)機風(fēng)量的調(diào)節(jié) 

　　這種辦法是通過調(diào)節(jié)擋風(fēng)板的開關(guān)程度來實現(xiàn)的，如圖1所示。風(fēng)機在管網(wǎng)特性曲線R1工作時，工況點為M1，其風(fēng)量、風(fēng)壓分別為Q1、H1。如果要減少流量，可將風(fēng)機的擋風(fēng)板關(guān)小，管網(wǎng)特性曲線變?yōu)镽2，工況點移至M2，風(fēng)量、壓力變?yōu)镼2、H2。其實質(zhì)是人為地增加或減少風(fēng)機的管網(wǎng)阻力，而風(fēng)機的性能曲線（H—Q曲線）不變，工況點沿著風(fēng)機的性能曲線（H—Q曲線）由M1移到M2，繼續(xù)關(guān)小擋風(fēng)板，特性曲線變?yōu)镽3，工況點移至M3，從而達到調(diào)節(jié)流量的目的。這種方法結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，目前集團在運行的干法熟料線篦冷機風(fēng)機風(fēng)量調(diào)節(jié)都采用這種方法，但是此種方法由于人為地增加了風(fēng)機的管網(wǎng)阻力，多消耗了一部分功率，故很不經(jīng)濟，尤其是風(fēng)量變化較大時，損耗的功率更大。

圖1  改變風(fēng)機的管網(wǎng)的特性曲線 

　　2、通過改變風(fēng)機葉片的角度來實現(xiàn)對風(fēng)機風(fēng)量的調(diào)節(jié) 

　　當風(fēng)機管網(wǎng)性能曲線不變時，通過改變風(fēng)機葉片的角度，使風(fēng)機的特性曲線（H—Q曲線）改變，工況點將沿著管網(wǎng)特性曲線移動，達到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。如圖2所示，圖中M1點是原來工況點，其風(fēng)量、風(fēng)壓分別為Q1、H1，葉片角度為 ；當改變?nèi)~片角度為 時，風(fēng)機性能曲線（H—Q曲線）由 線變?yōu)?nbsp;線，與管網(wǎng)特性曲線相交于M2，風(fēng)量、風(fēng)壓變?yōu)镼2、H2，從而達到調(diào)節(jié)風(fēng)機風(fēng)量的目的。這種辦法結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，相對于節(jié)流調(diào)節(jié)風(fēng)量能減少節(jié)流損耗，達到節(jié)能目的，但由于必須停機來改變風(fēng)機葉片角度，因此不適合要求連續(xù)不斷運行的場合。

 

圖2 改變風(fēng)機葉片的角度來調(diào)節(jié)風(fēng)機風(fēng)量的特性曲線 

　　3、通過改變風(fēng)機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)對風(fēng)機的風(fēng)量調(diào)節(jié) 

　　當風(fēng)機的轉(zhuǎn)速改變時，其性能曲線的變化如圖3所示，當風(fēng)機轉(zhuǎn)速為n1時，風(fēng)機的風(fēng)壓-風(fēng)量曲線與管網(wǎng)特性曲線R1相交于M1點，其風(fēng)量、風(fēng)壓分別為Q1、H1，電機的軸功率P1與Q1、H1的乘積成正比，在圖中可以用面積H1M1Q1O來表示。若工藝變更，需要的風(fēng)量為Q2時，可將風(fēng)機轉(zhuǎn)速降到n2，風(fēng)機的性能曲線（H—Q曲線）相應(yīng)下降并與R1相交于M2點，此時風(fēng)量為Q2，風(fēng)壓為H2，可見風(fēng)量、風(fēng)壓同時下降，達到風(fēng)量調(diào)節(jié)的作用。相對于節(jié)流調(diào)節(jié)而言，當風(fēng)量為Q2時，是靠關(guān)閉擋風(fēng)板來實現(xiàn)的，此時管網(wǎng)特性曲線由R1變化到R2，與n1時的風(fēng)機特性曲線相交于M3，此時風(fēng)量為Q2，風(fēng)壓為Hf，由圖3可見，Hf＞H2，即用關(guān)閉擋風(fēng)板來調(diào)節(jié)風(fēng)量，雖然風(fēng)量下降了，但風(fēng)壓相對于調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速來說，反而上升了，因而變速調(diào)節(jié)比節(jié)流調(diào)節(jié)時的風(fēng)壓要減小ΔH=Hf-H2。在滿足同樣風(fēng)量Q2的情況下，風(fēng)壓H2大幅度降低，在假設(shè)效率不變時相應(yīng)的軸功率P2隨著顯著減少，用面積H2M2Q2O表示。節(jié)省的功率△P＝（Hf-H2）×Q2，用面積HfM3M2H2表示，顯然，節(jié)能的效果非常明顯。即變速調(diào)節(jié)比節(jié)流調(diào)節(jié)時，風(fēng)機從電網(wǎng)吸收功率要減少，因此采用變速調(diào)節(jié)，能把消耗在節(jié)流中的損耗省下來，達到節(jié)能的目的。由于 值較大，一般約占Hf的30%～40%，因而變速調(diào)節(jié)是風(fēng)機經(jīng)濟運行的有效途徑。

 
 
圖3  改變風(fēng)機的轉(zhuǎn)速來改變風(fēng)機的特性曲線 

　　由流體力學(xué)可知，風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，風(fēng)壓H與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率N與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。采用調(diào)速系統(tǒng)，當風(fēng)量下降到80％，轉(zhuǎn)速下降到80％，軸功率下降到額定功率的51.2％，如果風(fēng)量下降到60％，軸功率N下降到額定功率的21.6％，當然同時還要考慮由于轉(zhuǎn)速降低會引起效率的降低及附件控制裝置的效率影響等。即便這樣，節(jié)能的效果也是可觀的。目前集團運行的生產(chǎn)線中窯頭一次風(fēng)機早已采用此種變頻調(diào)速方式。 

　　二、常用幾種調(diào)速方式的比較 

　　要風(fēng)機調(diào)速節(jié)能，則拖動它的電動機必須能夠調(diào)速。目前成熟的水泥廠風(fēng)機常用的調(diào)速主要有液力偶合器調(diào)速及變頻調(diào)速，現(xiàn)比較如下： 

　　1、液力偶合器調(diào)速 

　　液力偶合器調(diào)速亦屬耗能型低效無極調(diào)速方式，它由恒速電動機、液力偶合器組成，液力偶合器安裝在恒速電動機和風(fēng)機中間，通過改變液力偶合器工作腔內(nèi)液體的充滿度（即油壓），就可以改變液力偶合器所傳遞的轉(zhuǎn)矩和輸出軸的轉(zhuǎn)速，使液力偶合器電機端和風(fēng)機端的轉(zhuǎn)速不一致，從而實現(xiàn)在電機速度不改變的條件下對風(fēng)機的調(diào)速，從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。若液力偶合器出現(xiàn)故障，必須停機處理，更重要的是調(diào)速時也消耗能量，當轉(zhuǎn)速調(diào)到額定轉(zhuǎn)速2/3時該損耗最大，為電機額定功率的14.8%，因此其節(jié)能效果不太理想。主要表現(xiàn)如下： 

　?、?nbsp;安裝要求高，運行維護工作量大，需要定期加油，對油質(zhì)要求高。并定期檢查逆止器及易熔塞； 

　?、?nbsp;效率低，損耗大； 

　?、?nbsp; 調(diào)速精度低，速度響應(yīng)慢，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定； 

　?、?nbsp;可靠性差，偶合器出現(xiàn)故障，無法啟動設(shè)備，必須停機處理。 

　　2、中、低壓變頻調(diào)速 

　　變頻調(diào)速是高效調(diào)速方式，其原理是通過電力半導(dǎo)體器件改變電動機定子的電源頻率（即中壓變頻）和轉(zhuǎn)子電源頻率（即低壓變頻）以實現(xiàn)調(diào)速。變頻調(diào)速的優(yōu)點如下： 

　?、?nbsp;調(diào)速范圍寬，調(diào)速效率高，可以使普通異步電動機實現(xiàn)無極調(diào)速； 

　?、?nbsp;采用變頻器控制電機的轉(zhuǎn)速，可以取消擋板調(diào)節(jié)，具有顯著的節(jié)電效果； 

　?、?nbsp;采用變頻器控制電機，實現(xiàn)了電機的軟啟動，避免了對電網(wǎng)的沖擊； 

　　④ 變頻器具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等保護、保護功能強； 

　?、?nbsp;功率因數(shù)高，無需設(shè)電容補償裝置，故障率低，運轉(zhuǎn)率高； 

　　⑥ 電機將在低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運行，減少了噪聲對環(huán)境的影響。 

　　由此可見，提高設(shè)備電能的利用效率是節(jié)約電能的有效途徑，更是企業(yè)降低成本、增加競爭力、增加利潤的有效手段。