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  水泥企业变频改造节能分析应用

      水泥生产企业是国民经济生产中的能源消耗大户，水泥行业已被列为国家节约资源的重点领域之一。在国务院提出加快建设节约型社会的政策环境下，提高水泥行业的节约型制造和应用水平，建立节约型水泥工业体系意义重大。在当前国内外能源供需矛盾突出的情况下，水泥生产企业必须通过各种途径降低能耗，以获得最佳的经济效益和最高的劳动生产率。

      公司根据实际状况，对目前的高压风机设备进行充分的调研，多层次进行数据分析，在前期技术论证上及设备的选型上都做了大量而细致的工作，决定对高温风机进行变频节能改造。经过与不同的变频器厂家进行实际沟通后，最终决定采用--北京能之星变频的高压变频器对节能潜力最大的5号窑高温风机实施节能改造。

  高温风机的技术数据：

  风机：负荷类型	风机泵类	匹配电机型号	YKK710-6
  设备型号	W6-2X30-14NO32.5F	额定功率	1600KW
  轴功率		额定电压	10KV
  额定压力	9100  Pa	额定电流	109.9A
  实际入口压力	7921Pa	额定转速	991r/min
  调节方式	调节风门开度	电机运行电流	94A
  阀门开度	75%	年运行时间	7200小时

   

       一、5号窑高温风机的节能分析

      1、生料进入回转窑后，需要在一定的气压、温度情况下进行煅烧，熟料才能有质量保证。由于窑内熟料的堆积变化很大，瞬时气压变化频繁。因此要求窑尾高温风机一方面要抽出窑内废气，同时还要不停地调整窑内气压，在操作上提供了很大的节能空间。

      2、5号窑高温风机液力耦合器调速属低效调速方式，调速范围有限，高速丢转约5%-10%，低速转差损耗大，最高可达额定功率的15%，因效率与转速成正比，低速时效率极低。

  3、5号窑高温风机采用风门调节系统风量，该调节方式，结构简单，投资较小，但是在节能意识日益加强的今天显然不合适。采用风门调节，人为改变了风道的阻力曲线，大量的能源白白浪费在了风门上，在能源日益紧缺的今天，风门调节即浪费了电能，不经济、科学。

        二、改造的必要性

      1、由于设备使用年限较长，在运行中时常通过手动装置调制成固定转速。在运行时仍靠风机挡板进行风量调节，当窑系统工况变化较大时，现场值班人员根据中控制室的指令对液力耦合器的勺杆进行手动调节，运行操作非常不便。精度低、线性度差。耦合器故障时，无法切换运行，维护复杂（每年机电公司都要进行维护，而且质量很难保证）、费用大，不能满足提高装置整体自动化水平的需要。

      2.风门调节反应滞后，调节速度慢，调节精度不高。依靠风门调节执行器来调节风门开度，本身是一个不得已的举措，因风门调节机构含有相当一部分的机械机构，受机械部分限制调节速度有限，调节精度亦受到影响，往往对现场的风量控制不是很到位，甚至满足不了现场工艺的要求。

      3.电机全速运行受到考验，维护周期短。因电机全速运行，必然对机械部分磨损严重，另外，异步电动机，转子的高速运行对于其机械部分一样百害无一益。综上所述，该风机改造势在必行，要想彻底改变现有工艺，必须从源头上下功夫，即通过改变电机转速来调节风机转速，从而达到调节风量的目的，以此来满足现场工艺的要求。

        三、高温风机变频改造方案

      经过对原系统进行分析，对原系统的风压控制由原来的液力耦合器调节改为变频器调节，即取消原液力耦合器，将电机与液力耦合器之间通过一连接轴连通，通过变频器完成对电机调速，最后达到调整窑尾预热器（高温风机入口）的压力，完成工艺生产调节环节。

  变频器设备接入用户侧高压开关和拟改造电机之间，变频器控制接入原有的DCS系统，由DCS系统来完成正常操作。

      为了充分保证系统的可靠性，变频器同时加装工频旁路装置，可在变频回路故障时将电机切换至工频状态下运行，且切换方式为自动切换。变频器故障时，电机自动切换到工频运行，这时风机转速会升高，风压会发生很大变化，影响窑内物料的煅烧质量，故此时应及时通过DCS系统对风机的风门进行调节，降低风机输出风量及风压。变频器及其工频旁路开关由变频器整体配套提供。电机、高压断路保留了用户原有设备。

        四、改造过程简述

      5号窑为我公司的主力窑，运行状态的好坏直接关系着公司的生产经营状况。在窑尾电力室放置高压变频器。由于现场灰尘较大，为保障变频器尽量少受外界灰尘的影响，房间不另设其它窗口，基本上是密闭设计，因而进入室内的灰尘大大减小。其中由于本变频器功率较大，为保证足够的通风冷却效果，在变压器柜顶和功率柜顶分别独立安装了一整体风罩，与各自的出风口连成整体，保证变频器整体冷却通风。

      为减小安装成本，动力电缆保留了原高压柜至电机的电缆，将电缆原接线由电机引至变频器，再重新由变频柜到电机敷设一根动力电缆，由于变频器房紧邻高温风机，使用电缆较短。

       五、高压变频器取代液力耦合器节能分析

      5#窑高温风机电机功率1600KW，电机转速991rpm，液力偶合器调速。正常生产时风机闸板75%，风机转数904rpm，运行电流94A左右。

      一般阀门开度与流量有S型曲线关系，在阀门开度处于30%到80%之间，阀门开度α与风机流量Q有近似线性关系；在管网特性不变的情况下，风机流量Q与转速n也有正比关系。理论上，风机轴功率P正比于n15，但是在实际生产工艺中，管道有漏风、阀门特性有偏移、管道有脏堵，综合各种因素，风机功率往往不可能降到n3这样小；经查阅相关资料，保守算法P正比于n15。目前，我公司5号窑高温风机的电机为1600KW，查阅相关资料，风机转速达75%（满足工艺要求）左右时，风机所需功率为1600×0.751.5＝1039KW。目前风机实际消耗功率为1430kw 功率因数＝0.896。节电率＝（1430－1039）/1430，约为27%左右。年节约电费为：130万元

      六、变频改造总结

  根据我公司5号窑高温变频的改造及使用情况，总结以下几项优点。

      1、安装简单，即将原高压开关柜与电动机之间插入安装变频器，对原有接线改动不大。

      2、操作使用方便，变频器操作只有简单的开机、停机和频率调整。

      3、能进行无级调速，调速范围广，且调速精度高，适用性强。

      4、保护功能完善，故障率低，排风机启动平稳，启动电流小，可靠性高。

      5、由于变频器取代了液耦调速，消除了机械及液压高故障率的缺陷，设备维护费用降低。

       七、结语

      目前，水泥行业的竞争非常激烈，但关键还是制造成本的竞争，而电动机电耗就占成本近30％，而拖动风机用的高压电动机在电机中占有很大的比重，因此做好电动机的降耗增效工作就显得极为重要。高压变频调速技术目前已经比较成熟，是水泥厂节能改造的理想设备，具有很高的推广价值，同时使熟料质量更加稳定、可靠。

                                                                                 设备现场实景图

                    设备用途

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                    国家电控配电设备质量监督检验中心的检验报告

                                                                北京能之星电器设备有限公司

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