水泥工厂中压变频节能改造实践探讨

石万成

摘 要：随着科技的发展和资源节约意识的提高，人们不断探索新技术新方法，其中变频技术的应用越来越广泛。文章集中探讨中压变频在水泥工厂中的应用，并针对该技术存在的问题提出了相应的解决方案。

关键词：水泥工厂；中压变频；节能改造

1 变频调速系统中压变频器原理特点

水泥厂控制离心风机的风量时，通常采用以下两种方法：在风机的旋转速度稳定的情况下，采用改变入口挡板的开合度的办法；在电机运转功率为额定功率的情况下，借助于液力耦合器来对风机的旋转速度进行控制，进而对风量进行控制。下面利用理论知识对这两种变频调节方式进行研究分析。

由泵与风机的工作原理可知，离心式风机和水泵的输出轴功率同流量以及扬程存在一定的相关性，可表示为：P∝QxH。

根据相似律理论，当转速发生变化时（n1→n2），Q、H、P也会相应改变，且同转速n的关系表现为：

Q■=Q■×■（1）

H■=H■×（■）■ （2）

P■=P■×（■）■ （3）

如果风机类负载采用挡板对风量进行调节，这样当挡板在部分关闭的情况下就会阻挡系统的通风，从而白白浪费掉部分能量。在这一过程中，与浪费掉的能量相比，变频器即使包括变压器部分也并不需要太多能量来维持其运行。因而当能量消耗较多时，建议利用变频器来对风机的旋转速度进行控制，因为变频器的小功率运行特点，这样一来既可以节约能源，减少能量消耗，又可以起到提高电能的利用率的作用。

风机的运行曲线主要用于分析和研究采用变频技术对风机的控制效果。保持风机的转速不变，当需求的风量变小时（Q2→Q1），倘若仅采用减小阀门开度的方法，势必会增大管网的阻抗，管网的特性曲线位置发生变动，系统的运行工况也随之变化，向上移动（A→B），也可以从得到面积H3xQ1与运行所需的轴功率P2成正相关；如果通过改变风机的频率调节风量，则会使风机的转速减小（n1→n2），可以看到，对管网的特性曲线没有影响，但运行工况从原来的A点向下移动到了C点，同样得到面积HxQ同运行时的轴功率P成正相关。结合理论知识和以及图形分析，计算出（H1-H3）xQ1的面积就可以间接得出节约的轴功率P。

当采用液力耦合器进行调速，以控制风机风量时，考虑到机械部件的发热，以及长时间工作产生磨损，导致效率下降，从而造成能量的巨大损失。

液力耦合器的工作效率：？浊=■=■

式中：P2代表输出功率，P1代表输入功率；PB代表泵轮叶片对的功率。角标B代表泵体叶片，T代表液体。

扭矩的关系见下式：MT=-MB （不计阻力时）

可以得到：

由上式可以得到，风机以较低的速度工作时，液力耦合器的调节效果将会变差。

2 典型的变频改造方案及效果分析

耐热钢筒需要很大的风量才能维持其大容量运行，功率可达到2500kW。因此，风机电动机配置的电压为6kV。如果采用液力耦合器调节风量，改造后采用中压变频器对风量进行调节。变频调速的原理如图1所示。

三相高压6kV的交流电源通过开关后将直接供给给中压变频器，然后变频器通过4-20mA对给定信号进行控制，该流程将直接对中压电动机进行变频，并且风机也借助于电动机的转速而对风量进行调节，与此同时，变频器可以实现紧急停车、风机跳闸停车等保护动作。

作者在实际工作中，有着多年的实践经验，近几年曾亲身参与对公司的设备的技术改造，把主机（Φ3.2×13米磨机）二仓由装球改为装缎，在没有增加动力的前提下，把台时产量由原来的67吨提高到94吨，同比提高40%。同时将耗电量下降了40%。当时投资了20万元，运行三个月就收回改造成本。这种改造既提高了工厂的经济效益，也有显著的节能效果。

3 改造中需要注意的问题及解决方法

（1）液力耦合器的变频改造的工作量很大，耗费工时也较长，而且也，需要更换电机，甚至需要对土建基础进行处理。鉴于此，对该设备进行改造时要根据具体情况具体分析，本着方便快捷安全节约的原则，合理调节控制电率。

（2）在对变频器的改造中，现场工作人员往往对变频器的改造存在误解：他们认为风机转速会随着变频器的改造而变低，而且风量会对系统的风压产生一定程度的影响。这两种说法过于片面，并没有考虑到风压的产生和影響因素。变频改造本身根本不会对风压产生影响。首先，风压的产生需要两大要素：气体流动和气体流动时系统对气体形成的阻力，因此，在气体流动且阻力不变的情况下，如果系统通过的风量不变，那么风压也不会改变。其次，在风量不变的情况下，即使改造过程中打开风机挡板会降低风机的旋转速度，也的确会对风机和阀门的压力产生影响，但其他位置的压力，比如风压则不会也无法随之改变，在这种情况下，风压自然也不会改变。再次，在风机电机中的所有挡板并不能起到保持风压的作用。综上所述，改用变频器后，风机的风压和风量都会改变。

（3）在对变频器进行改造后，尤其是当变频器调速以后，就会减小对电机和风机设备的轴和轴承的冲击力和摩擦力，从而延长机械设备的寿命，以及减少维护费用。同时风机电机的启动会更加顺滑，其转速也会随之降低。虽然变频器改造会由于转速降低减少冷风，造成电机定子温度会有一定程度的升高，但一般在控制范围内。

4 结束语

文章从我国水泥行业的现状入手，分析了其高能耗的特性。并从绿色能源的角度，重点探讨风力电机中对中压变频技术的改进措施。从而得出，变频技术对风力电机的改进和减少水泥生产成本有着巨大的意义，同样可以进一步提高水泥厂的经济效益，为水泥厂在行业竞争中取得优势地位，从而为资源节约型社会的建设和可持续发展做出贡献。

参考文献

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[2]林希.水泥厂高压风机应用变频装置调速节能分析[J].现代物业（上旬刊），2011，12：29-30.