水泥廠的風(fēng)機(jī)節(jié)能

　　一：國(guó)內(nèi)外概況

　　目前國(guó)內(nèi)外變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)成熟，風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)采用變頻調(diào)速作為節(jié)能手段在國(guó)內(nèi)外各行業(yè)被廣泛采用。國(guó)外水泥公司已廣泛利用風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速滿足不同工作狀態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)，以減少電耗成本，我院總承包的對(duì)外工程也根據(jù)合同要求對(duì)工況系統(tǒng)風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速。

　　國(guó)內(nèi)目前已有眾多水泥廠業(yè)主將有限的資金投入到風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)改造，將原通過(guò)閥門頻繁調(diào)節(jié)的諸如篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)、窯尾高溫風(fēng)機(jī)、窯頭窯尾收塵器風(fēng)機(jī)等改為電機(jī)變頻調(diào)速調(diào)節(jié)，也有一些電氣設(shè)備公司免費(fèi)為水泥廠風(fēng)機(jī)提供變頻調(diào)速技術(shù)改造，只將節(jié)省的電費(fèi)用于提成。改造后,系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),節(jié)電效果明顯,一般一到兩年即可收回成本。雖然中壓變頻調(diào)速器目前一次投資較高，但隨著時(shí)間的推移，中、低壓變頻器國(guó)內(nèi)技術(shù)日趨成熟，價(jià)格逐步走低，此項(xiàng)技術(shù)會(huì)得到越來(lái)越多的水泥企業(yè)采用, 并被普及和推廣。

　　三：離心式風(fēng)機(jī)的主要調(diào)節(jié)方式

　　目前離心式風(fēng)機(jī)的主要調(diào)節(jié)方式有以下幾種：

　?。?）節(jié)流法

　　這是目前水泥廠中最常用的調(diào)節(jié)方式。

　　通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)入口閥門開(kāi)度的大小，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量。調(diào)節(jié)過(guò)程中, 一部分能量消耗在閥門上，壓力損失大，能量浪費(fèi)嚴(yán)重。進(jìn)口閥門開(kāi)度的改變，使風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的工作點(diǎn)偏移，效率降低。

　　采用閥門調(diào)節(jié)流量時(shí)，電動(dòng)機(jī)輸入功率與流量的關(guān)系為：

　　N 1(閥門調(diào)節(jié))≈[0.45+0.55(Q1/Q0)2]N0 

　　式中：N0 ——電動(dòng)機(jī)額定功率;  Q0——風(fēng)機(jī)額定流量;    
      N1(閥門調(diào)節(jié))——電動(dòng)機(jī)輸入功率;  Q1——風(fēng)機(jī)實(shí)際流量

　?。?）變速調(diào)節(jié)法

　　變速調(diào)節(jié)主要有電機(jī)變頻調(diào)速、電機(jī)高壓內(nèi)反饋高頻斬波調(diào)速。變速調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)級(jí)變換，對(duì)風(fēng)機(jī)的流量可調(diào)性好。

　　a. 變頻調(diào)速

　　電機(jī)變頻調(diào)速目前主要采用矢量控制方式。即在調(diào)速過(guò)程中，通過(guò)改變力矩電流的大小, 而改變轉(zhuǎn)子輸出力矩大小,實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。該方式在額定頻率附近或低頻情況下均能保證較好的力矩特性，是大、中容量變頻器的首選方式。

　　b.高壓內(nèi)反饋高頻斬波調(diào)速

　　該系統(tǒng)采用內(nèi)反饋三相異步電動(dòng)機(jī),將電機(jī)轉(zhuǎn)子的交流電壓經(jīng)整流變?yōu)橹绷麟妷?當(dāng)斬波器導(dǎo)通時(shí),轉(zhuǎn)子電流被斬波器短路,形成軸功率, 當(dāng)斬波器開(kāi)路時(shí), 轉(zhuǎn)子直流電流經(jīng)有源逆變器反饋到電機(jī)反饋繞組,形成轉(zhuǎn)差功率,通過(guò)改變斬波器的占空比改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。

　　異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n由下式?jīng)Q定：

　　n=60f(1-s)/p 

　　其中：f是電源頻率，s是轉(zhuǎn)差率，p是極對(duì)數(shù)。

　　高頻斬波調(diào)速就是通過(guò)改變轉(zhuǎn)差率s來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平滑無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍在50％－100％之間。

　　以上兩種電機(jī)變速調(diào)節(jié)是分別通過(guò)改變電源的頻率和轉(zhuǎn)差率達(dá)到調(diào)速目的的，對(duì)于中壓風(fēng)機(jī)目前國(guó)內(nèi)外廣泛采用變頻調(diào)速方式，其具有調(diào)速范圍寬、傳動(dòng)效率高和節(jié)電顯著等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)可改善現(xiàn)有設(shè)備的運(yùn)行情況，提高系統(tǒng)的安全可靠性和設(shè)備利用率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

　　采用變頻調(diào)速時(shí)，其變頻器和變壓器均為中壓元件，且控制容量大于電機(jī)容量，對(duì)中高壓電機(jī)，需外附變壓器，因此投資費(fèi)用較高，設(shè)備維護(hù)成本也較高。

　　高壓內(nèi)反饋高頻斬波調(diào)速需采用專用的繞線型電動(dòng)機(jī)，但采用低壓元件，控制容量低于電機(jī)容量，具有可靠性高、效率高、功率因素高、諧波量低等特點(diǎn)，一次投資費(fèi)用約相當(dāng)于變頻調(diào)速的70%，維護(hù)費(fèi)用也較低。在電力、冶金、建材等行業(yè)多有應(yīng)用。

　　采用變速調(diào)節(jié)時(shí)，根據(jù)風(fēng)機(jī)特性和流體力學(xué)原理，風(fēng)機(jī)的軸功率正比于風(fēng)量和風(fēng)壓，風(fēng)機(jī)風(fēng)量正比于轉(zhuǎn)速，風(fēng)機(jī)風(fēng)壓正比于轉(zhuǎn)速的平方，所以風(fēng)機(jī)軸功率（相當(dāng)于所配電機(jī)功率）正比于轉(zhuǎn)速的3 次方，即Q∝n, P∝n2,因?yàn)镹=QP/η,所以N∝n3，等同于N∝Q3，所以電動(dòng)機(jī)輸入功率與流量的關(guān)系為： N1(變速調(diào)節(jié))≈(Q1/Q0)3 N0采用閥門調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)兩公式相比較，

　　節(jié)約功率差值：△N= N1(閥門調(diào)節(jié))- N1(變速調(diào)節(jié))      

　　風(fēng)機(jī)在不同流量下工作時(shí)，采用閥門調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)耗電功率比較：

　　從上表可以看出，當(dāng)實(shí)際流量與額定流量差值越大時(shí)，采用變速調(diào)節(jié)的節(jié)電效率越高。采用電機(jī)變速傳動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓具有如下的特點(diǎn)：

　　1．可調(diào)速范圍寬、傳動(dòng)效率高并且節(jié)電效果顯著。
　　2．當(dāng)風(fēng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，含塵氣體對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪的磨損顯著減少，改善了風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況，提高了其安全可靠性，并且延長(zhǎng)了使用壽命。
　　3．對(duì)于大型風(fēng)機(jī)采用變速傳動(dòng)，可減小全壓?jiǎn)?dòng)電流，因此降低了工頻狀態(tài)下頻繁開(kāi)停機(jī)對(duì)設(shè)備造成的沖擊，減少了啟動(dòng)過(guò)程故障率。
　　4．采用風(fēng)機(jī)變速調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)注意風(fēng)壓的下降是否能滿足系統(tǒng)要求；因?yàn)轱L(fēng)機(jī)風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，風(fēng)壓降低很快，因此，應(yīng)根據(jù)風(fēng)壓和風(fēng)量?jī)蓚€(gè)參數(shù)調(diào)節(jié)。

　?。?）液力偶合器調(diào)速法

　　液力偶合器是以液體為工作介質(zhì)，利用液體傳遞功率的一種液力傳動(dòng)裝置。在電機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下，通過(guò)改變液力偶合器工作室內(nèi)液面的高度，改變液力偶合器所傳遞的轉(zhuǎn)矩和輸出軸的轉(zhuǎn)速，使電機(jī)和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不一致，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。

　　目前水泥行業(yè)普遍采用其作為窯尾高溫風(fēng)機(jī)和窯頭、窯尾收塵器等風(fēng)機(jī)調(diào)速，其優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟，運(yùn)行可靠，價(jià)格低廉。缺點(diǎn)是在調(diào)速過(guò)程中電機(jī)輸出端轉(zhuǎn)速不變，因此所需功率不變，只能達(dá)到調(diào)速目的，不能實(shí)現(xiàn)節(jié)能，同時(shí)在調(diào)節(jié)過(guò)程中要產(chǎn)生功率及機(jī)械等損耗，伴隨著這些損耗，產(chǎn)生大量的熱量，需用水冷卻。同時(shí)，還存在調(diào)速精度低，速度響應(yīng)慢轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定等現(xiàn)象。

　　四：水泥廠中風(fēng)機(jī)分類及節(jié)能空間

　　水泥廠中使用大量的風(fēng)機(jī)設(shè)備，按照用途不同,大致可分為三類: 用于系統(tǒng)通風(fēng)換熱，影響系統(tǒng)工作狀況及產(chǎn)量的系統(tǒng)風(fēng)機(jī); 用于揚(yáng)塵點(diǎn)收塵的風(fēng)機(jī); 用于輸送的風(fēng)機(jī)。一. 用于系統(tǒng)通風(fēng)換熱的風(fēng)機(jī)包括：原料磨循環(huán)風(fēng)機(jī)（輥式磨，球磨），廢氣處理排風(fēng)機(jī)，窯尾高溫風(fēng)機(jī)，篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)，冷卻機(jī)排風(fēng)機(jī)，煤磨系統(tǒng)風(fēng)機(jī)，水泥磨輥壓機(jī)系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)機(jī)，水泥磨通風(fēng)風(fēng)機(jī)及選粉風(fēng)機(jī)等。

　　這些風(fēng)機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì)隨工況條件和產(chǎn)量的變化，引起風(fēng)量、風(fēng)壓隨之調(diào)整，因此，選擇合理的調(diào)速方式既滿足不同工況條件下的生產(chǎn),又減少電耗,達(dá)到節(jié)能目的是十分重要的,也是水泥廠風(fēng)機(jī)節(jié)能的主要途徑。

　　由于風(fēng)機(jī)自身特點(diǎn)及工作條件,采用變速調(diào)節(jié)時(shí),風(fēng)機(jī)在如下幾個(gè)方面存在著節(jié)能空間：

　　1、風(fēng)機(jī)的選型是按照滿負(fù)荷狀態(tài)設(shè)計(jì)的，實(shí)際生產(chǎn)中受多種復(fù)雜因素的影響，與設(shè)計(jì)的工作狀態(tài)有一定的偏離，一定時(shí)間內(nèi)不可避免的在低于設(shè)計(jì)的滿負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行。
　　2、風(fēng)機(jī)選型考慮一定的風(fēng)量、風(fēng)壓儲(chǔ)備，若按風(fēng)量?jī)?chǔ)備10%，風(fēng)壓儲(chǔ)備15%,則功率有26.5%的儲(chǔ)備，相當(dāng)于正常工作時(shí)可節(jié)能26.5%。
　　3、 對(duì)系統(tǒng)采用袋收塵器的風(fēng)機(jī)，新袋子與換袋之前的濾袋阻力相差約1/3，相當(dāng)于400~500Pa，而風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)選型是按照濾袋的最大阻力來(lái)考慮的,因此從投產(chǎn)初期開(kāi)始相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),風(fēng)機(jī)均在低阻力下運(yùn)行,此點(diǎn)在生產(chǎn)過(guò)程中體現(xiàn)的很明顯，對(duì)風(fēng)機(jī)功率影響約20%。
　　4、原料磨、煤磨開(kāi)停對(duì)窯頭、窯尾收塵器風(fēng)機(jī)風(fēng)量均有影響，特別是近年來(lái)余熱發(fā)電系統(tǒng)開(kāi)停對(duì)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓都會(huì)產(chǎn)生影響。

　　受以上各種因素的影響，風(fēng)機(jī)采用變速傳動(dòng)后，可通過(guò)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速滿足風(fēng)機(jī)的不同工作狀態(tài)，避免了消耗在調(diào)節(jié)閥門上的功率損耗和采用液力偶合器調(diào)速的各種功率損耗，達(dá)到了節(jié)能的目的。

　　對(duì)2500t/d生產(chǎn)線,系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的裝機(jī)功率約為:5085~6435 kW，約占全廠總裝機(jī)功率（22500 kW）的23%~28%。如考慮如下系統(tǒng)風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速, 窯尾排風(fēng)機(jī)，窯尾高溫風(fēng)機(jī)，篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)，冷卻機(jī)排風(fēng)機(jī)，煤磨系統(tǒng)風(fēng)機(jī), 裝機(jī)功率為: 2835~3385 kW，變頻調(diào)速設(shè)備投資約為234~299萬(wàn)元，按一般使用經(jīng)驗(yàn)，約可節(jié)電240萬(wàn)度，相當(dāng)于每噸熟料節(jié)電3.0度，每年節(jié)省電費(fèi)120萬(wàn)元，投資約兩年可收回成本。

2500t/d生產(chǎn)線系統(tǒng)風(fēng)機(jī)

　　注:此表中“有效功率利用率”一欄為統(tǒng)計(jì)的幾個(gè)2500t/d規(guī)模水泥廠實(shí)際運(yùn)行中標(biāo)定數(shù)據(jù)的平均值,不同生產(chǎn)廠會(huì)有所差別。

　　對(duì)5000t/d生產(chǎn)線,系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的裝機(jī)功率為:12707~13787kW，約占全廠總裝機(jī)功率（33500 kW）的34.8~37.7%。如考慮如下系統(tǒng)風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速,廢氣處理排風(fēng)機(jī)，窯尾高溫風(fēng)機(jī)，篦冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)，冷卻機(jī)排風(fēng)機(jī)，煤磨系統(tǒng)風(fēng)機(jī), 裝機(jī)功率為: 6407~7487kW，變頻調(diào)速設(shè)備投資約為612~763萬(wàn)元,按一般使用經(jīng)驗(yàn)，約可節(jié)電640萬(wàn)度,每年節(jié)省電費(fèi)320萬(wàn)元,投資約兩年可收回成本。

5000t/d生產(chǎn)線系統(tǒng)風(fēng)機(jī)

　　注:此表中“有效功率利用率”一欄為統(tǒng)計(jì)的幾個(gè)5000t/d規(guī)模水泥廠實(shí)際運(yùn)行中標(biāo)定數(shù)據(jù)的平均值,不同生產(chǎn)廠會(huì)有所差別。

　　二.用于揚(yáng)塵點(diǎn)收塵器的風(fēng)機(jī)

　　對(duì)于揚(yáng)塵點(diǎn)收塵器用風(fēng)機(jī),系統(tǒng)確定,工況條件就很少發(fā)生變化,不需對(duì)工作狀況進(jìn)行調(diào)整，只要在設(shè)計(jì)中根據(jù)揚(yáng)塵點(diǎn)情況,注意選型合適，既能滿足收塵要求達(dá)到節(jié)能的目的。

　　三.用于輸送的風(fēng)機(jī)

　　輸送用風(fēng)機(jī)主要分為羅茨風(fēng)機(jī)和離心風(fēng)機(jī)，羅茨風(fēng)機(jī)主要用于生料庫(kù)、水泥庫(kù)等的充氣攪拌卸料和煤粉輸送，用于庫(kù)的充氣攪拌和卸料的風(fēng)機(jī)，生產(chǎn)中不需對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓進(jìn)行調(diào)整，靠流量控制閥控制流量。對(duì)于煤粉輸送羅茨風(fēng)機(jī)，計(jì)量設(shè)備和輸送系統(tǒng)一定，系統(tǒng)工況既保持不變，只要選型合適既能滿足輸送要求。離心風(fēng)機(jī)用于斜槽充氣，斜槽規(guī)格確定,風(fēng)機(jī)選型既確定。因此，對(duì)于輸送用風(fēng)機(jī)不需對(duì)工作狀況進(jìn)行調(diào)整，只應(yīng)適當(dāng)選型。

　　五：結(jié)論

　　一般說(shuō)，投資回收期在2~4年，回報(bào)是比較好的，也是可行的。由于水泥廠主要是對(duì)工況調(diào)節(jié)頻繁的中大型風(fēng)機(jī)的中、低壓電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速，因此節(jié)電效果較好。根據(jù)一些水泥廠將部分系統(tǒng)風(fēng)機(jī)改造為變頻調(diào)速后運(yùn)行情況總結(jié)，變頻器設(shè)備投資約為1000元/kW，每噸熟料約節(jié)電2.5度，系統(tǒng)可保持在長(zhǎng)期平穩(wěn)狀態(tài)下運(yùn)行，兩年內(nèi)即收回了投資。