——（1中南大学能源与动力工程学院，湖南长沙410083；2湖南九嶷水泥股
份有限公司，湖南永州425000；3湖南省建筑材料研究设计院，湖南长沙410011）
中图分类号：TM301.2;TQ172.623 文献标识码：B文章编号：1002－9877(2003)01-0063-02
0 引言
风机节能技术改造具有技术成熟、投资少、节能效果显著的特点，各水泥厂均将风机节能技术改造列为重点节能改造项目。就立窑水泥厂烧成车间而言，立窑鼓风机所耗电能占车间总电耗的60％[1]左右，因此设法降低立窑鼓风机的电耗就成了降低整个车间电耗的重点。传统的放风方法还会产生较大的噪音和二次扬尘。卸料器现有电磁调速装置不能完全适应立窑的卸料特性，且输入功率偏高，易烧坏电动机。综上所述，现有机立窑送风机的风量调节和卸料速度调节上还存在着较大的节能潜力，九嶷水泥股份有限公司通过对立窑风机和卸料装置实施变频调速改造，获得了显著的节能效果和经济效益。
1 立窑系统通风特性、风机工作特性及节能潜力分析
水泥厂立窑的通风阻力随窑况变化而发生一定的波动，对于已建成的窑由于立窑的有效截面积和有效高度为定值，其阻力为：
ΔP=k·Q2
式中：ΔP——立窑阻力，MPa；
Q——入窑风量，m3；
k——阻力系数，由料球质量、窑内料层堆积结构及物料的易烧性等众多因素决定。
罗茨风机属定容式通风机，窑内阻力变化对风量影响甚少。离心式通风机的送风量随窑内阻力变化而波动，风量随阻力增加而减少。为了保证较稳定的送风，它需要较稳定的窑况，亦即需要较高的技术水平和操作水平。立窑供风时不可避免地存在着或多或少的漏风(如料风管漏风、保温夹层漏风、风机内漏等)。立窑的排风量应正比于送风量，过大的排风量不仅增大了电能消耗，降低收尘效率，而且还会引起重力沉降室结露和粉尘凝结以及加速排风设备的酸蚀，进而影响重力沉降室的正常工作，降低排烟设备的使用寿命。因此排风量应根据窑用风量进行调节。综上所述，立窑的送、排风特性与现有风机的供风、排风特性并不完全匹配，立窑的风机尚存在着20％～30％的节能潜力。
2 调速节能原理
2.1 风机节能原理
在风路的截面积不变时，罗茨风机和离心式通风机的送风量均正比于风机的转速亦即电动机的转速，而风压与风速n平方成正比，即电动机输出转矩M与转速Ω平方成正比，由功率N=M·Ω，说明电动机输出功率与转速三次方成比例，即N∝n3。三相异步电动机的转速表达式如下：
n=(1－s)×60×f/p (2)
式中：n——电动机转速，r/min；
s——转差率；
p——电动机极对数；
f——频率，Hz。
对于已选定的电动机而言，转差率s和电动机极对数p均为常数，电动机的转速取决于电源的频率，改变电源的频率就能改变转速进而达到改变风量的目的。变频调速器是一种比较理想的改变电源频率的装置，它通过改变电动机使用的电源频率而达到改变风量的目的。其工作原理是将三相工频电整流成直流电，用正弦波脉宽调制技术逆变为频率可在0～50HZ范围可调、幅度随之改变的三相交流电，再供电动机使用。
2.2 卸料器的变频调速节能
九嶷公司卸料器原使用电磁调速电动机，运行功率因素低，平均输入功率高，启动力矩小且调速范围窄，存在调速死区，长期在低速下运行时电动机易烧坏。采用具有低速高起动转矩变频调速器，不仅完全适应立窑的卸料特性，克服电磁调速的不足，而且还能较明显地提高运行功率因素，降低电耗和更换电动机的费用。
3 变频调速器的选用及技术参数
3.1 变频调速器的选用
变频调速的控制系统有3类：其一是磁通恒定控制法(V/F控制)，是以控制平均力矩为目的，保持逆变器输出的交流电压和频率之比为恒值；其二是转差频率控制法(s·f控制)，也是以控制平均力矩为目的，以异步电动机的转速角频率作为反馈信号与设定的转差频率相加，用来控制定子电流角频率；第三是矢量变换控制法，它是以控制瞬时力矩为目的。利用磁通反馈的方式进行控制。立窑鼓风机应用交流变频调速，主要是为了节电，因此在动态响应性、静态精度等方面要求并不高，一般选用V/f控制系统的变频调速器就能满足要求。
3.2 技术参数及特点
九嶷水泥股份有限公司所选变频器型号、技术参数及性能特点见表1。
表1 变频调速器技术指标
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项目 |
风机用变频器 300HF3EA |
卸料用变频J300-150HF |
|
最大电动机容量／kW |
300 |
15 |
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输出容量／kVA |
220 |
15 |
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额定电流／A |
440 |
60 |
|
允许输人电压波动／V |
(380～400／440～460)(1±10％) |
|
允许频率波动／Hz |
50／60(1±5％) |
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频率控制范围／Hz |
1～144(起始0.5) |
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过负载能力 |
额定负载150％时，1min |
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保护功能 |
失压、瞬时过电流、过压、过载、风扇过热；瞬时供电中断；防失速、保险丝保护；主线路带电显示、接地故障保护 |
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热保护器类型 |
电子式 |
|
具有功能内容 |
跳频、设定频率上下限；最大频率调节、电子热水平调节、直线曲线加速度、模拟量频率设定、偏置 增益调节、输出频率显示、电动机转速显示、输出电流显示、输出电压增益调节、差错显示重复功能 |
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适应环境湿度(相对湿度) |
20％～90％(不带凝结水) |
|
冷却方式 |
风扇强迫冷却 |
4. 节能效果、使用及注意事项
4．1 节能效果
表2为安装变频器的3台窑的综合节能效果。卸料器安装变频器后平均输入功率由17.6kW降为13.8kW，电动机烧坏数由每窑每年2～3台降为零。每窑投入的变频节能技改费为20万元左右，年节约电费20万元左右，加上减少电动机烧坏数所带来的设备节省费，1年左右的时间可以收回投资。
表2 节能效果
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窑号 |
4号 |
5号 |
6号 |
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窑型／m |
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|
风机型号 |
L84WB |
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风机变频器型号 |
300HF3EA |
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卸料变频器型号 |
J300-150HF |
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原风量调节方式 |
放风 |
|
改前电耗／(kWh／t) |
17．4 |
17．2 |
17．3 |
|
改后电耗／(kWh／t) |
13．6 |
13．5 |
13．7 |
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年熟料产量／万t |
10.8812 |
10.9456 |
10.8380 |
|
年节电量／kWh |
413485.6 |
404987.2 |
390168 |
|
年收益／万元 |
20.67428 |
20.24936 |
19.5084 |
注：电耗指整个立窑车间的统计电耗，按0.5元/kWh计。
4.2 使用体会和注意事项
1)启动平稳、调速精度高，频率调节偏差小，无大电动机启动时常有的大电流冲击电网现象，取消了风机电动机启动柜；具有表1所列的完善的自我保护功能，能确保电动机不被烧坏。
2)电动机功率因数大大提高，无功损耗和风机房噪音明显降低。据测定，当变频器负载由51％提高到93％时，功率因数由0.89增加到0.98；噪音由105dB左右降到85dB左右。
3)就平均来看，安装变频器的风机处于相对低速下运行，磨损较小，电动机和罗茨风机的寿命延长。
4)将风管压力显示装置引入变频器安装位置，有利于指导变频器对风机流量的调节。
5)保留原有控制系统，确保变频器检修时风机的正常运行。
6)严格按说明书安装、调试、运行、维护变频器。
1)变频调速技术应用于立窑送、引风机上，节电效果显著，除噪音效果明显。
2)卸料器使用变频调速器完全符合立窑的卸料特点，能较明显地降低卸料器的电耗和设备使用费。
参考文献
[1]王明荣.变频器在立窑罗茨风机上的应用.能源工程.1999，(2)：42－43
[2]张滨滨.变频调速技术在机立窑罗茨风机上的应用.水泥技术.1998，(3)：28－30
[3]周青山.变频调速技术在窑用风机的应用.水泥技术.1996，(1)：46－47
单位：1中南大学能源与动力工程学院，湖南长沙410083；2湖南九嶷水泥股
份有限公司，湖南永州425000；3湖南省建筑材料研究设计院，湖南长沙410011
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