浅谈变频技术在退火窑风冷系统中的应用

引言
　通常在工业生产、产品加工制造业中风机设备主要用于锅炉燃烧系统、烘干系统、冷却系统、通风系统等场合，根据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况。而最常用的控制手段则是调节风门、挡板开度的大小来调整受控对象。这样，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损失消耗掉了。在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用高居不下。
　 1、变频技术在浮法玻璃退火窑风机中的应用可行性分析
　 浮法玻璃经退火后，进行切割时要求温度≦70℃。这一温度决定于退火温度制度及控制水平。实际生产中，由于风机功率在设计选型时考虑较大的余量，以及季节和昼夜环境温度导致风温的变化。有时只需要很少的用风量就可以满足工艺要求。而一般玻璃生产厂家，退火窑风机所使用的都是定额输出功率的电机，需要减少风量时， 一般采用调节阀门和挡板开度来控制风量大小。在调节过程中，由于风机的风量大小无法调节，常常出现关小控制板上的风阀时，板下的冷却风量加大。关小这一组风阀，另一组的风量加大的不合理现象的。这样就造成同一退火区内相邻风阀之间相互干扰，影响了退火温度制度的稳定。风机功率是定额输出，电耗没有减少。风机的运行阻力增加，反而加剧了阀体等冷却系统的损坏。出于节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求，加之采用变频调速器（简称变频器）易操作、免维护、控制精度高，并可以实现高功能化等特点，因而采用变频器驱动的方法开始逐步取代风门、挡板、阀门的控制方案。就可以达到明显的节约电能，降低消耗的目的。
　 2、退火窑各区功用、风冷控制方式和结构
　 2.1 退火窑各区功用和风冷控制方式
　 A，B，C 区均为引风式辐射冷却，目的是使玻璃板按照设定好的温度曲线降至室温，减少或消除玻璃制品中的残余内应力和光学不均匀性，以及稳定玻璃内部的结构。RET区，F区均为鼓风式对流冷却，以使玻璃能以比其在后退火区稍大或相同的冷却速度进行对流冷却。每区配备两台引风机，正常生产时一用一备。
　 2.2 A、B、C区和RET和F区结构
　 A、B、C区结构大致相同，区内上下部分别装有辐射冷却器和电加热装置，冷却器在横向分为几组，每组有若干根小风管组成，冷却风量分组控制。室温冷风通过由电器阀门定位器控制的支风阀（由微机自动控制）进入退火窑内的排管式冷却器，与玻璃板进行辐射换热降温。各支风最后汇集进入总风管，再由该区引风机抽出排空。 RET和F区的结构基本相同，上部的冷却风喷嘴横向分区，下部不分区。该区鼓风机通过总风管将冷却风从两个边部送入各分支风管，由各支管翻板阀分别控制各处的吹风量。
　 3、变频技术在退火窑风机中的应用方法
　3.1 变频调速基本原理
　在变频调速中使用最多的变频调速器是电压型变频调速器，由整流器、滤波系统和逆变器三部分组成。在其工作时首先将三相交流电经桥式整流为直流电，脉动的直流电压经平滑滤波后在微处理器的调控下，用逆变器将直流电再逆变为电压和频率可调的三相交流电源，输出到需要调速的电动机上。由电工原理可知电机的转速与电源频率成正比， 通过变频器可任意改变电源输出频率从而任意调节电机转速，实现平滑的无级调速。
　3.2 变频技术在退火工艺区的应用
　 在浮法玻璃退火过程中，由于炉膛温度和风温的变化，即使是同一区间在不同工况下需要的冷却风量也相差很大。当该区总用风量较小时，该区的多数风阀就会处于关闭状态，此时总风管内的风压（A，B，C 区为负压，RET，F区为正压）就会增大。在A、B、C和RET、F区使用变频技术，首先，在各区冷却风总风管上设取压点，安装差压变送器。由差压变送器测出总风管内风压，并将风压信号送至控制室DCS微机自控系统中，风管差压变送器的实测信号与设定的风压信号进行比较，经PID运算后将控制信号输出到变频调节器，通过改变电源输出频率调节电机转速改变冷却风量，达到控制风压的目的。其次，由于玻璃退火中冷却风用量与风温有很大关系，所以风压设定时的取值应根据季节和昼夜的变化而不同。第三，因为A、B、C和RET、F区的在冷却功能上有所区别，A、B、C区降温曲线较平缓，用风量较少，所以风压取值应偏小。RET、F区为使玻璃能以比其在后退火区稍大或相同的冷却速度进行冷却，风压应取值应较大值。风压设定值的具体确定还应根据各厂实际情况和风温的变化进行实践摸索。以既能满足退火工况的要求又达到节能的目的为宜。
　 3.3 对产品质量的提高
　 在退火冷却系统中合理的利用变频技术，通过调整风机的转速来调节退火冷却用风量的大小。避免了过量的冷却风对退火的温度制度的影响，退火的温度曲线更趋理想。产品的残余应力消除更加彻的，极大的提高了浮法玻璃的退火质量，减少玻璃的退火缺陷和切损。
　 4、节能方面
　变频节能由流体力学可知，P（功率）=Q（流量）╳　H（压力），流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比，如果风机的效率一定，当要求调节风量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立 方关系下降。即风机电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。例如：一台风机电机功率为22KW，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为11.264KW，省电48.8％当转速下降到原转速的1/2时，其耗电量为2.75KW，省电87.5％。另外，由于冷却系统中风压的降低风机运行阻力将减小，这样就延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。