艾默生CT变频器在水泥行业的应用

科技的不断进步，经济发展越来越迅速基础设施不断加速，建材行业也得到空前的发展。但是突出的矛盾显现出来，能源的供应尤其是电力的供应与不断发展的建材行业日益扩大的生产规模形成一个矛盾。电子科技的不断进步，变频器日渐成熟和越来越广泛应用对这个问题找到了一个出路。谈到节能就不能与电机拖动负载分开，下面是负载类型与电能消耗的关系
一、负载与电能消耗关系
负载类型与节能关系
生产机械是各式各样，种类繁多的，但负载类型主要有三类，它们与节能的关系见表1。
表1中的P（KW）、M（n·m）、n（r/min），也可从公式 P=M·n/9550中求得。
表1 负载类型与节能关系


二、几种典型负载与节能的分析
1、各种风机、泵类负载，因P ∝n3，故应用变频器后，节电效果显着，见表2。表2为风机泵类应用变频器后，在不同流量Q*，转速n*，轴功率P*（额定值的相对值百分数）以某频率值时的节电率。
表2 风机、泵类负载应用变频器后的节电率


表2数值是按公式P*=n*×0.0001，N=1-P 计算而得的，实际应用中可能稍有误差。例转速n* 为90时，相应频率值为45Hz，则P*=903×0.0001=73%，所以N=1-73=27%，一般风机，泵类节电率按工况条件的不同，可达30%或以上。
2、空压机、挤出机、搅拌机等因P∝n，所以节率N=n*%，一般控制在≤20%。
3、破碎机、粉碎机、冲压床、落料机、剪切机等负载，具有周期波动性，节电率与波动性大小有关，可见表3。而且采用闭环控制时，相对节电率可大些。
表3 负载波动性与节电率的关系




图1 功率波动示意图
4、阶梯负载且处于满载与空载交替工作方式见图4：


  图2 阶梯负载工作方式示意图
          这类负载例如有贮气罐的空压机，定容积水箱，水池，水塔等工作时间T1满负荷PH，一定压力（流量容积）自动卸荷，电动机空载P0，时间为T2。我们采用降速降流量并适当延长工作时间T1′，缩短空载时间T2′的方法来实现节电。经实际经验可有15-20%的节电率。而且T2〈T1 ，一般T2=（1/3~1/4）T1
5、高位水箱，水池，水塔等间歇负载，在不工作时间≥工作时间的条件下，如采用降速降流量来延
长工作时间，缩短不工作时间的运行方式，约有20~30%的节电率。
6、人为的负荷转移来实现节电方法。
电动机处于满负荷或超负荷，而且压力，流量亦无富余度，使用变频器后没办法实现节电。但备用
泵较多，那就可采用人为的负荷转移来实现节电。
三、水泥厂变频器应用
1、变频器在立窑罗茨风机上的应用
        我国的大多数2KT/D以下水泥厂在立窑上配备有160~220KW罗茨风机（产量较大的生产线立窑上配套使用的风机功率更大），传统的风量控制方法是依靠放风阀进行调节。由于罗茨风机的风量较为恒定，而煅烧时根据窑内情况需要随时调节风量，当窑内需要减少风量时，是通过放风阀放走多余的风量，造成严重的能源浪费。水泥立窑煅烧熟料所耗的电能中，罗茨鼓风机的电能消耗占60%左右，随着电价的调整（整体上是上升趋势），电费在水泥生产中所占生产成本的比重将越来越高。因此降低鼓风机的能源消耗成为提高企业经济效益的重要环节。工艺要求风量随窑内条件进行调节，调节风机的鼓风量，对罗茨风机可由变频器改变风机的供电电源频率来进行无级调速来调节风量，给变频器的应用与节能留下较大的空间。实践中也证明确实如此：重庆地维水泥有限公司在1号窑132KW罗茨风机上安装艾默生变频器后，节电率高达62%，吨熟料电耗由安装变频器前的15.22度下降为安装后5.55度；河南焦作水泥厂在1KT/D水泥熟料旋窑生产线流态化系统55KW罗茨风机上安装变频器后，节电率高达73.2%，耗电量由原来的606度下降到安装以后的162度，日节电444度。
重庆地维水泥有限公司在风机应用变频器前后的电耗的对比表：
设备名称 功率 平均电流 功率消耗 节能效果 经济分析
KW 使用前 使用后 使用前 使用后 万度/年 万元/年
一室风机 45 59.25 39.33 35 17 14.3 6.1
二室风机 75 69.75 30 41 18 18 7.7
三室风机 75 84.63 45 50 27 18.2 7.7
三室风机 75 84.13 52 48 25 18.2 7.7
吹煤风机 132 136.38 54.67 81 32 38.8 16.7
蓖冷风机 30 21.43 8 13 5 6.3 2.7
窑头排风机 90 121.6 50 72 29 34 14.6

2、 心风机，水泵类设备上的应用
        目前，一些水泥厂是采用高压离心式风机进行供风，该种水泥窑的风量调节是通过风门开度对风量进行调节。对离心式风机，水泵的变频改造同样有巨大的节能潜力。离心式风机泵类设备流量与转速成正比。因此在调节风量或流量时，如降低20%流量或风量，功耗将下降50%，但是转速与压力成平方关系，当转速下降20%时压力将下降64%，因此要注意工艺要求不能像罗茨风机那样，不用考虑转速与风压的关系。
3、 空压机上的节能应用
        空气压缩机恒压供气使用变频器与压力构成闭环控制系统，使压力波动降到1.5%，降低噪音，减少震动，保证设备的长期稳定运行，从而减少设备维护，延长设备使用寿命。用变频器以前压力波动比较大，并且要求空压机不能带压启动。现在变频器打破原来不允许带压启动的规定，变频器可以在任何压力下随意启动，启动电流大大降低。通过变频器方面的实例，多数压缩机的节电在20%左右。但是压缩机的电机功率都较大，从几十个千瓦到几千个千瓦，变频器的应用使控制的品质大幅提高，同时经济效益也十分明显。
        供水泵使用变频器后，是通过安装在管网出口处的压力传感器，PID调节器与变频器构成闭环自动控制回路，使整个系统自动控制流量保持压力恒定，，使供水泵在最佳节能状态下运行，这与传统带有储气罐的供水设备相比较，节省建筑面积，节电效果理想，同时还有节水降噪，提高可靠性，无二次污染等优点。
4、 卸料机上的应用
        立窑卸料机上一般采用18.5-30KW滑差调速电机，转速通常控制在300-1000RPM（工艺上要求），采用变频器调速是取代原来的滑差调速，经过几家的应用结果证明平均节能在４０％左右，因为滑差调速是一种耗能的低效率的调速方法。滑差电机轴的输出功率P0=KM0N1
(P0表示输出功率，M0表示负载转矩，K为常数)
滑差头损耗功率P=P0-P1=KM0(N0-N1)
        由此可见滑差电机的转速越低，能源效率越低，而卸料机的转速一般在400RPM左右运行，因此应用变频器调速的方法取得４０％以上的节能效果是必然的。
5、在预加水成球系统中的应用
        目前，预加水成球工艺技术在立窑中已经非常普遍。他在提高成球质量，改善煅烧操作条件，提高立窑熟料产量和质量取得比较明显的效果。利用集中控制实现双回路调节，能够实现水料比例自动跟踪调节。使预加水系统真正起到加湿成球作用，提高成球质量，为立窑生产出优质高产的熟料创造了条件。
6、在选粉机上的应用
         重庆地维水泥有限公司的现在用变频器进行驱动，设备节能效果明显，大大降低维护量。该设备原来使用JZT392-4型75KW滑差电机拖动，设备简单，价格比较低廉。但是电机本体噪音高，震动大，能耗高，无功损耗大轴承的故障也高，滑差控制仪安装在粉尘飞扬的电机旁边，多次出现无法调速，突然失速等故障，现场维护量大，影响整个系统的安全运行。系统一直运行在594RPM，但是电气方面参数却相差很大，原来输入电压385V，输入电流72A，功率因数0.82，输入功率为40KW。现在参数为输入电压387V，输入电流18A。功率因数为0.92，输入功率为11KW（变频器加装直流电抗器）。
四、水泥行业变频器潜在市场分析
        变频器在水泥厂的应用不仅仅在以上几个方面，在回转窑、球磨机、卸料机、圆盘给料机、双管绞刀、群板喂料机调速皮带称、喂料绞刀、蓖冷机等需要进行交流调速部分。随着国家在环保方面制度不断出台，对环保的要求也会越来越高。旋风除尘，布袋式除尘器等产品应用节能改造项目将更加明显。
五、优势分析
        从以上应用情况可以看出，水泥厂使用变频器有以下突出的优点：
1、 满足工艺要求变频调速的调速范围在１０：１以上，而水泥工艺过程中调速范围在10:1范围内即可满足工艺要求。
2、 变频器的使用便于进行集中控制，提高工厂的自动化水平。艾默生公司变频器配有RS232/RS485通讯接口，和专用通讯适配器，使设备的集中监控成为可能，大大降低人员维护费用提高设备可靠性。
3、 变频器产品平滑的调速特性大大提高产品质量。
4、 变频器可以实现节能，降低成本消耗，获得可观的经济效益。
六、结论：
        变频器的应用首要是为满足工艺的要求，一切都是为满足工艺条件。变频器是通过转速的调节满足工艺要求并实现节电的作用，就单台电机来讲，变频器并不是发电机，无法在电机容量处于饱和状态的工艺要求下实现节能效果。首先要满足使用的要求，再适当的改变现有的工况参数值，以达到较高的节电率。不能一味强调高的节电率而忽视满足使用要求，这是片面不现实的。要求处理好这个矛盾，才是合理最佳的使用和节能方案。