水泥行业风机变频节能的解决方案

一． 概述
在水泥行业的立窑、回转窑风机这样的设备，耗电量极大，起动电流很高，要求变压器有足够大的富余量，同时用电动阀门、挡风板等装置来调节风量，在风道系统设计时，为满足生产环境的最大要求，必须留有余量，因此风机的风量和压力往往偏大，功率的偏大设计必然造成能量的浪费。
在传统的情况中，都是采用阀门来调节风量的，有些也采用旁通阀或者回流阀来解决流量和压力余量过大的问题，这些方法都存在着很大的能量消耗，很多的风机有30～70%的能量是消耗在调节阀的压降上的，不仅造成电能的浪费，工作效率低，而且开动阀门时，还发出啸声和振动，经常发生事故。
近几年来变频技术的出现，彻底改变了这一状况，实践证明在风机的系统中接入变频系统，利用变频技术改变电机转速来调节风量和压力的变化用来取代阀门控制风量，能取得明显的节能效果。

二． 节能原理
立窑、回转窑上的风机的运行工况由立窑、回转窑的负荷情况决定，根据流体力学理论，电机轴功率P和风量Q、压力H之间的关系为：
P=K＊H＊Q/η
其中K为常数；
η为效率。
它们与转速N之间的关系为：
Q1/Q2=N1/N2
H1/H2=（N1/N2）2
P1/P2=（N1/N2）3
图中曲线1为风机在恒速下压力H和流量Q的特性曲线，曲线2是管网风阻特性（阀门开度为100%）。假设风机在设计时工作在A点的效率最高，输出风量Q1为100%，此时的轴功率P1=Q1＊H1与面积AH10Q1成正比。根据工艺要求，当风量需从Q1减少到Q2（例如70%）时，如采用调节阀门的方法相当于增加了管网阻力，使管网阻力特性变到为 2
曲线3，系统由原来的工况A点变到新的工况B点运行，由图中可以看出，风压反而增加了，轴功率P2与面积BH20Q2成正比，减少不多。

如果采用变频调速控制方式，将风机转速由N1降到N2，根据风机的比例定律，可以画出在转速N2下压力H和流量Q特性如曲线4所示，可见在满足同样风量Q2的情况下，风压H3将大幅度降低，功率P3（相等于面积CH30Q2）也随着显著减少，节省的功率△P=△HQ2与面积BH2H3C成正比，节能的效果是十分明显的。
由流体力学可知，风量Q与转速的一次方成正比，风压H与转速的平方成正比，轴功率P与转速的立方成正比，当风量减少，风机转速下降时，起功率下降很多。
例如风量下降到80%，转速也下降到80%时，则轴功率下降到额定功率的51%；如风量下降到50%，功率P可下降到额定功率的13%，当然由于实际工况的影响，节能的实际值不会有这么明显，即使这样，节能的效果也是十分明显的。
因此在有风机、水泵的机械设备中，采用变频调速的方式来调节风量和流量，在节能上是一个最有效的方法。

三． 节能系统
综上所述，只要正常生产过程中电动阀门的开度在85%以下，在安装节能系统之后，我们预计节能率应在30%以上。同时节能系统还具有以下优点：
1． 采用闭环控制系统，可靠性，精确度，稳定性都有很大提高。
2． 实现电机软起动，消除电机起动电流的冲击，延长机械设备的使用寿命。
3． 运行平稳，减低噪音，改善工作环境。