艾默生变频器在水泥厂设备上的应用

一、 艾默生变频器在离心风机上的应用
目前，国内绝大多数水泥厂离心风机的风量，是通过设置在排风管道的电动阀门的开度来调节的。这种通过增加系统阻力改变风量的方法造成较大的能源浪费。从表1可以看出，利用变频器节能显著。广东南华水泥有限公司选用艾默生变频器在3号湿法回转窑132KW窑尾离心风机上应用，节电率35.3%,年节约电费14.19万元.吨熟料电耗降低1.28度(见表2).
表1 风机(水泵)电动机消耗特性表
风量(%) 轴功率(KW) 出口档板 入口档板 变频
电机输入(KW) 总损失(KW) 电机输入(KW) 总损失(KW) 电机输入(KW) 总损失(KW)
100 100 107 7 106 6 108 8
90 72.9 103.5 30.6 84 11.1 79 6
80 51.2 99.5 48.3 72.5 21.3 55 3.8
70 34.3 95 60.7 68 33.7 38 3.7
60 21.6 89.5 67.9 64 42.4 25 3.4
50 12.5 84 71.5 60 47.5 15 2.5
40 6.4 77.5 71.5 56 49.6 9 2.6
30 2.7 71 68.3 52 49.3 5 2.3
注:本表摘自中国电工技术学会电控系统与装置专业委员会编写的<<风机水泵交流调速节电技术>>
表2 南华水泥有限公司3号窑尾离心风机变频器投运前后对比
一次电压(V) 一次电流(A) 输入功率(KW) 功率因数 阀门开度(%)
投运前 399.92 146.43 84.19 0.83 72
投运后 400.57 85.35 54.48 0.92 100
需要指出的是，离心风机的风量与转速成正比，而压力与转速平方成正比。功率与转速的立方成正比，当转速下降20%时，压力会下降36%,而功率则会下降48.9%，节能特别显著。
二、艾默生在罗茨风机上的应用
我国绝大多数水泥厂罗茨风机的风量是根据生产过程工况的变化，通过放风电动阀放走多余风量来调节的，造成严重的能源浪费。我国有立窑6000余台。每台都配备132KW左右的罗茨风机，仅此一项节电潜力就很大。罗茨风机的风压是不受风机转速限制的，而风量与风机转速成正比。加此，对罗茨风机可由变频器改变风机的供电电源频率进行无级调速来调节风量，从而实现显著的节能效果。理论和实践证明，凡立窑罗茨风机采用变频器调速可以获得40%左右节能效果。江山大陈水泥厂在1号窑132KW罗茨风机上安装变频器后，节电率高达62.2%，吨熟料电耗由安装变频器前的15.22度下降到安装后的5.55度；河南焦作水泥厂一分厂在1000t/d水泥熟料旋窑生产线生料流态化系统55KW罗茨风机上安装了EV2000-4T0550P型变频器后，节电率高达73.2%，平均每日用电量由安装前的606度下降到安装后的162度，每日节电444度。
三、艾默生在调速设备上应用
我国水泥厂存在大量滑差调速电机，而滑差调速方法是一种耗能的低效调速方法。滑差电机主电机轴输出功率Pо：
Pо∝Mо*Nо
式中：Mо------负载转矩；
Nо------主电机转速矩；
∝-----正比关系
滑差头输出功率P1：
P1∝Mо*N1
式中：N1----滑差头转速。
滑差头功率损耗△P=(P0-P1)∝Mо*（N0-N1） （1-5）
由式（1-5）可以看出，滑差电机的转速N1越低，浪费的能源越大。我国立窑御料机大多数采用15～30KW的滑差调速电机，转速通常控制在300～1000r/min，而正常运行在400 r/min左右，采用变频调速可带电50%～60%。湖南黎家坪水泥厂的三台立窑御料机，原滑差电机的功率为15KW，改用11KW的笼型电机，采用变频调速后节电50%。在水泥厂中除了产窑御料机采用滑差电机外，还有很多设备同样是采用滑差电机如裙板喂料机，喂煤绞刀、调速皮带称等，变频调速的节能前景大有可为。对回转窑、球磨机等一切需交流调速的设备都可以采用变频调速器。
需指出的是，变频器节电效果的大小，除了设备本身的节电潜力外，更主要的是与实际工况有直接关系。如风机选型裕度过大，放风量大，时间长，则节电效果显著，反之节电效果相对降低。
四、艾默生变频器在空气压缩机上的应用
我国水泥厂绝大多数空气压缩机不同程度存在着起动频繁、压力工况不匹配及“排空”现象，造成严重能源浪费。在空气压缩机装上艾默生变频器后放可根据需要的压缩空气量来改变空压机的转速，从而达到节能的目的。某水泥厂在4L-20/8空压机（电机功率为132KW）上安装变频器后、完全达到压力----转速----功率的全闭环自动控制，使压缩机在工况1-8㎏f/cm3内可任意调整的基础上，随着用气量的变化，在保持压力稳定的条件下，电机由变频器自动调速，做到压力（含流量）---转速---功率最佳动态匹配，节电率达29.1%，年节9.5万度。同时，应用变频器后，空压机可在任何压力下随意起动，打破了以前不允许带压起动的规定，起动电流也由以前的800A降为80～100A，减少90%左右，这使用电设备处于稳态无冲击的状态下运行，从而减少了设备维护工作量，延长了设备使用寿命。对新建企业，大容量的空压机安装变频器后，由于变频器大幅度地降低了电机的起动电流，从而可以减小变压器、开关、熔断器等电源设备的设计容量，因而使电源设备小型化，降低安装成本，提高电机运行的安全性。
五、艾默生TD2100变频器在供水泵上的应用
水泥厂的用水不是每时每刻都处于恒定状态，因此对水泵的流量不加控制的话，在用水低峰期，泵口压力增加，造成严重的能源浪费。供水泵使用变频调速器后，可通过安装在管网出水口处的压力传感器，与变频器(内含PID调节器,PLC)构成一个闭环自动控制回路，使整个系统自动控制流量，保持压力恒定，从而使供水泵在最佳节能状态下运行。这与气压给水设备相比，可节省建设面积80%，节省投资40%，节电30%以上，节水10%以上。同时还具有低噪音、高可靠性、恒压供水、无二次污染等优点。在深井水泵供水系统中，由于贮水池容量一定，而地下水位和用水量变化量，会造成供、用水不平衡。安装变频调速器后，通过在贮水池定位液位传感器，将信号反馈给变频调速器，来改变深井泵电机转速，从而达到保证供、用水平衡的同时实现节电，节水的目的。
六、艾默生变频器在水泥厂窑尾料浆喂料中的应用
在湿法水泥窑煅烧过程中，窑尾料浆的喂料控制是至关重要的一环，它直接关系到水泥熟料的产量和质量。传统的喂料控制方式有两种（1）勺式喂料：单位勺的容积一定，通过调节直流电机转速来控制喂料量，这是老湿法窖普遍喂料方式，计量较准，但控制较复杂；（2）采用阀门调节，用电磁流量计进行计量的方式，这是近几年发展起来的喂料方式，控制较简便，但阀门执行器频繁动作，易出故障。以上两种方式料浆泵都是以工频恒速运行的。如图(1)所示为第二种喂料的框图（第一种把流量计和阀门换为勺式机），

料浆平衡仓
流量计
阀门
料浆泵
料浆池
入窖


多余的料浆
窑速

图(1) 传统料浆控制框图
对于料浆泵，具有以下特性：其(流量)Q∝N(转速)，(扬程)H∝N2，(轴功率)W∝N3。当流量减小时，如果泵的转速也随之下降，则轴功率可以降低很多，如果采用改变料浆泵的转速来调节料浆的流量，就能节约大量能量。而变频器具有良好的驱动性能，包括PID控制等先进控制算法、丰富的控制功能以及节能节电等显著特点，因此可以采用变频器来对原喂料方式进行改造。
本系统经改造投入运行后，工作稳定可靠，操作方便，取得了显著的经济效益。采用变频控制，料浆泵启/停时无冲击电流，正常运行时相对运行转速较低，使机械损耗减小，浆泵叶轮磨损明显减小，检修周期加长，可以不备用料浆泵，机械效率得到提高。本系统另一重要特点是能够节约大量电能：改造前料浆泵恒速运行，电流平均为110A，改造后喂相同的料浆，电流降为55A，节约功率37.5KW（浆泵为75KW）。如果以0.4元/度电来计算，则1个月可节约电费：37.5×24×30×0.4=10760元， 1年至少可节约电费10万元，而料浆泵和流量计共计投入才4万，不到半年就可收回成本，而且在新线的土建施工时，由于浆直接抽进窑而少了平衡仓，还可以减少土建高度，费用也相应减少。