变频器调速在水泥行业的应用

水泥厂立窑煅烧熟料所耗用的电能中，罗次鼓风机的电耗一般占60%左右，随着电价的调整，电费在水泥生产成本中所占的比例越来越高。罗茨鼓风机系属容积回转鼓风机，利用两个叶形转子在气缸内作相对运动来压缩和输送气体的回转压缩机。这种鼓风机结构简单，制造方便，适用于低压力场合的气体输送和加压，也可用作真空泵。由于周期性的吸、排气和瞬时等容压缩造成气流速度和压力的脉动，因而会产生较大的气体动力噪声。此外，转子之间和转子与气缸之间的间隙会造成气体泄漏，从而使效率降低。罗茨鼓风机的排气量为0.15～150立方米/分，转速为 150～3000转/分。单级压比通常小于1.7，最高可达2.1，可以多级串联使用。

一、立窑罗次风机工作原理

在水泥立窑煅烧生产过程中所需要的风量是经常随工艺及操作的需要不同程度调节的，而传统的调节方案是通过放风阀来调节的，用来带动风机的电动机本身转速是不可调节的，因此大量的风量通过放风法放掉，也就是说，造成电能的大量的浪费，根据鼓风机风量和转速成正比关系。罗茨鼓风机系属容积回转鼓风机，利用两个叶形转子在气缸内作相对运动来压缩和输送气体的回转压缩机。这种压缩机靠转子轴端的同步齿轮使两转子保持啮合。转子上每一凹入的曲面部分与气缸内壁组成工作容积，在转子回转过程中从吸气口带走气体，当移到排气口附近与排气口相连通的瞬时，因有较高压力的气体回流，这时工作容积中的压力突然升高，然后将气体输送到排气通道。两转子依次交替工作。两转子互不接触，它们之间靠严密控制的间隙实现密封，故排出的气体不受润滑油污染。

Q1/Q2=N1/N2 式中：Q1、Q2为转速快和慢的风量 米/分

鼓风机的风压和转速的平方成正比。

H1/H2=（N1/N2）

式中：H1、H2为转速快和慢的风压

鼓风机所需的功率与转速的立方成正比。

N1/N2=（N1/N2）

式中：N1、N2为转速快和慢所需功率KW。

从上述关系可知，如果我们使用改变转速来实现改变风量的方法，就不至于把大量的风量白白放掉，从而节约了大量的电能，为此结合我国的实际情况，经多方论证，于2001年4月份起，着重致力于变频器调速在水泥行业的推广应用工作。在短短的两年中，推广应用达1500KW之多。

二、调速方案的选择

改变鼓风机转速的方法目前使用调速型液力偶合器和电动机变频调速器等，现阶段在罗次鼓风机中应用较多的是使用调速型液力偶合器，而过去变频调速技术的应用，由于受技术条件的限制而极少有在这方面的报道，近年来随着改革开放深入发展，随着世界科学技术的进步，大功率的晶体管、电子技术的迅速的发展，大规模集成电路和微机技术的突飞猛进，变频调速已成为现实。变频器的主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。

变频调速的原理是根据异步电动机的转速：N=60F（1-S）/P

式中F为电源频率，P为极对数，S为电机的转差率。

从上式可知改变供电频率，即可改变电机的转速。

无论是在电机与罗次鼓风机之间装设调速型液力偶合器或直接对电动机进行变频调速控制，都满足控制进窑风量的要求。根据每个厂的具体情况，应选用何设备，对此，我们根据大量的实际调查，作出如下分析：

1、 一般立窑鼓风机选型余量比较大，电机约有10～30KW左右的余量。这就是说，一般用风量只有铭牌风量的70～90%，放风率高达 10～30%，若对风机进行调速控制，则风机转速需调至额定转速的70～90%，即可满足立窑最大用风量的要求。如果选用与风机额定转速相一致的调速型液力偶合器，因其传动效率与转速成正比，将使偶合器在额定转速的70～90%以下运行，系统的传动效率较低，意味着电能的浪费；若改变电机的极对数，其系统的效率虽然提高，但更换电机的设备投资则需增加更多，虽然这两个方案都与目标存在一定的差距。

2、 一般工厂电机的输出功率占电机额定功率的50%左右，故如果使用调速型液力偶合器，若不便换电机，则存在电机功率因数过低的缺陷，增加功率因数补偿设施也需另外投资。

3、 调速型液力偶合器是安装在风机与电机之间的，选用调速型液力偶合器必须重新出力原来的基础，其说需的施工工期较长，一般都要一个月左右，这对于不具有备用机组的立窑来说是较难安排这么长的停机时间的，而安装变频调速，则主要是线路的转换，可以不停机先做好准备工作，转接时只需一个班次即可。

4、 在设备投资方面，液力偶合器虽然比变频器价格低，但若更换电机，则不相上下，如果变频器不用供水供油，系统简单，运行费用低，则其投资费用较高的部分也可以得到补偿。

三、应用情况

变频器自2001年4月份起我公司在国内一些地区推广应用，并在立窑罗茨风机的电机上正式投入运行后，已有近两年时间，设备使用正常，取得了令人满意的效果。变频器的英文译名是VFD（Variable-frequency Drive），这可能是现代科技由中文反向译为英文的为数不多实例之一。（但VFD也可解释为Vacuum fluorescent display，真空荧光管，故这种译法并不常用）。变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源的频率和幅度的方式来控制交流电动机的电力传动元件。变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。

注：电度数据为该风机单独安装电度表计量所得。

从以上两表实测数据可知，节电效果时十分显着，每吨熟料平均节电25～60%，如果以综合电价0.5元计算，每台变频器价格平均以20万计，大概一年半即可收回投资。

用变频调速器调节鼓风机风量，在使用上也达到了十分理想的效果。

1、 由于省去了放风阀，进窑风量的变化由变频调速来实现，使进窑空气进压及气流速度稳定。操作更加简单，只要转动旋钮就可调节频率变速，频率用数字显示，因为频率与转速成正比关系，所以能精确地定量用风，避免了使用放风阀时引起风压及风量巨变的弊端，从而稳定了立窑煅烧的热工制度，为提高熟料产量质量打下基础，也减轻了工人的劳动强度。

2、 有的工厂原来放风是使用循环放风的形式，这样虽能降低风机的噪声，但同时由于大量的过剩风量在风机的管道内循环，因而在放风量达时经常引起风机发热，这就极大地影响了风机的安全运转，用变频调速器控制风量，没有过剩风量循环，为风机的安全运转提供了有利的条件，由于风机经常处于减速运行，因而风机运行噪声也得到了大幅度的降低，并提高了风机的使用寿命。

3、 风机采用变频调速可方便地从低速启动，启动平稳，启动电流小，对提高质量起到良好的作用。

可见变频调速在水泥厂的立窑风机上的运用是成功的，达到了预期的效果，其经济效益是显着的，再加上良好的控制性能和改善工况后的效益，确实是企业技术改造的理想设备。

四、几点总结

1、 工厂选型时除必须作好充分的实际调查之外，必须认真做好细致的可行性认证，节能效果的大小，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的关系，如风机选型余度过大，放风量大，时间长，则节电效果显着，反之节电效果就相对较低。

2、 由于变频器一次性投资较高，考虑到设备配套本身已有一定的安全系数，所以选用变频器容量也可按实际的运行工况出发，运行电流不超过变频器的额定电流，只要能满足启动要求就可以了。

3、 变频器的使用要尽量保证其使用环境的要求，一般水泥厂环境比较恶劣，所以在使用过程中要密切注意变频器的冷却系统是否正常，否则要及时处理；有时可能是某种保护功能动作，不一定是变频器的问题，要有的方失去排除切不可随意乱动必要时可与销售商取得联系确保变频器更好的为人们服务。