石萬(wàn)成

摘 要：隨著科技的發(fā)展和資源節(jié)約意識(shí)的提高，人們不斷探索新技術(shù)新方法，其中變頻技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。文章集中探討中壓變頻在水泥工廠中的應(yīng)用，并針對(duì)該技術(shù)存在的問(wèn)題提出了相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞：水泥工廠；中壓變頻；節(jié)能改造

1 變頻調(diào)速系統(tǒng)中壓變頻器原理特點(diǎn)

水泥廠控制離心風(fēng)機(jī)的風(fēng)量時(shí)，通常采用以下兩種方法：在風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度穩(wěn)定的情況下，采用改變?nèi)肟趽醢宓拈_(kāi)合度的辦法；在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)功率為額定功率的情況下，借助于液力耦合器來(lái)對(duì)風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行控制，進(jìn)而對(duì)風(fēng)量進(jìn)行控制。下面利用理論知識(shí)對(duì)這兩種變頻調(diào)節(jié)方式進(jìn)行研究分析。

由泵與風(fēng)機(jī)的工作原理可知，離心式風(fēng)機(jī)和水泵的輸出軸功率同流量以及揚(yáng)程存在一定的相關(guān)性，可表示為：P∝QxH。

根據(jù)相似律理論，當(dāng)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)（n1→n2），Q、H、P也會(huì)相應(yīng)改變，且同轉(zhuǎn)速n的關(guān)系表現(xiàn)為：

Q■=Q■×■（1）

H■=H■×（■）■ （2）

P■=P■×（■）■ （3）

如果風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載采用擋板對(duì)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣當(dāng)擋板在部分關(guān)閉的情況下就會(huì)阻擋系統(tǒng)的通風(fēng)，從而白白浪費(fèi)掉部分能量。在這一過(guò)程中，與浪費(fèi)掉的能量相比，變頻器即使包括變壓器部分也并不需要太多能量來(lái)維持其運(yùn)行。因而當(dāng)能量消耗較多時(shí)，建議利用變頻器來(lái)對(duì)風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行控制，因?yàn)樽冾l器的小功率運(yùn)行特點(diǎn)，這樣一來(lái)既可以節(jié)約能源，減少能量消耗，又可以起到提高電能的利用率的作用。

風(fēng)機(jī)的運(yùn)行曲線主要用于分析和研究采用變頻技術(shù)對(duì)風(fēng)機(jī)的控制效果。保持風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，當(dāng)需求的風(fēng)量變小時(shí)（Q2→Q1），倘若僅采用減小閥門(mén)開(kāi)度的方法，勢(shì)必會(huì)增大管網(wǎng)的阻抗，管網(wǎng)的特性曲線位置發(fā)生變動(dòng)，系統(tǒng)的運(yùn)行工況也隨之變化，向上移動(dòng)（A→B），也可以從得到面積H3xQ1與運(yùn)行所需的軸功率P2成正相關(guān)；如果通過(guò)改變風(fēng)機(jī)的頻率調(diào)節(jié)風(fēng)量，則會(huì)使風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速減?。╪1→n2），可以看到，對(duì)管網(wǎng)的特性曲線沒(méi)有影響，但運(yùn)行工況從原來(lái)的A點(diǎn)向下移動(dòng)到了C點(diǎn)，同樣得到面積HxQ同運(yùn)行時(shí)的軸功率P成正相關(guān)。結(jié)合理論知識(shí)和以及圖形分析，計(jì)算出（H1-H3）xQ1的面積就可以間接得出節(jié)約的軸功率P。

當(dāng)采用液力耦合器進(jìn)行調(diào)速，以控制風(fēng)機(jī)風(fēng)量時(shí)，考慮到機(jī)械部件的發(fā)熱，以及長(zhǎng)時(shí)間工作產(chǎn)生磨損，導(dǎo)致效率下降，從而造成能量的巨大損失。

液力耦合器的工作效率：？濁=■=■

式中：P2代表輸出功率，P1代表輸入功率；PB代表泵輪葉片對(duì)的功率。角標(biāo)B代表泵體葉片，T代表液體。

扭矩的關(guān)系見(jiàn)下式：MT=-MB （不計(jì)阻力時(shí)）

可以得到：

由上式可以得到，風(fēng)機(jī)以較低的速度工作時(shí)，液力耦合器的調(diào)節(jié)效果將會(huì)變差。

2 典型的變頻改造方案及效果分析

耐熱鋼筒需要很大的風(fēng)量才能維持其大容量運(yùn)行，功率可達(dá)到2500kW。因此，風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)配置的電壓為6kV。如果采用液力耦合器調(diào)節(jié)風(fēng)量，改造后采用中壓變頻器對(duì)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。變頻調(diào)速的原理如圖1所示。

三相高壓6kV的交流電源通過(guò)開(kāi)關(guān)后將直接供給給中壓變頻器，然后變頻器通過(guò)4-20mA對(duì)給定信號(hào)進(jìn)行控制，該流程將直接對(duì)中壓電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻，并且風(fēng)機(jī)也借助于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速而對(duì)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，與此同時(shí)，變頻器可以實(shí)現(xiàn)緊急停車(chē)、風(fēng)機(jī)跳閘停車(chē)等保護(hù)動(dòng)作。

作者在實(shí)際工作中，有著多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，近幾年曾親身參與對(duì)公司的設(shè)備的技術(shù)改造，把主機(jī)（Φ3.2×13米磨機(jī)）二倉(cāng)由裝球改為裝緞，在沒(méi)有增加動(dòng)力的前提下，把臺(tái)時(shí)產(chǎn)量由原來(lái)的67噸提高到94噸，同比提高40%。同時(shí)將耗電量下降了40%。當(dāng)時(shí)投資了20萬(wàn)元，運(yùn)行三個(gè)月就收回改造成本。這種改造既提高了工廠的經(jīng)濟(jì)效益，也有顯著的節(jié)能效果。

3 改造中需要注意的問(wèn)題及解決方法

（1）液力耦合器的變頻改造的工作量很大，耗費(fèi)工時(shí)也較長(zhǎng)，而且也，需要更換電機(jī)，甚至需要對(duì)土建基礎(chǔ)進(jìn)行處理。鑒于此，對(duì)該設(shè)備進(jìn)行改造時(shí)要根據(jù)具體情況具體分析，本著方便快捷安全節(jié)約的原則，合理調(diào)節(jié)控制電率。

（2）在對(duì)變頻器的改造中，現(xiàn)場(chǎng)工作人員往往對(duì)變頻器的改造存在誤解：他們認(rèn)為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)隨著變頻器的改造而變低，而且風(fēng)量會(huì)對(duì)系統(tǒng)的風(fēng)壓產(chǎn)生一定程度的影響。這兩種說(shuō)法過(guò)于片面，并沒(méi)有考慮到風(fēng)壓的產(chǎn)生和影響因素。變頻改造本身根本不會(huì)對(duì)風(fēng)壓產(chǎn)生影響。首先，風(fēng)壓的產(chǎn)生需要兩大要素：氣體流動(dòng)和氣體流動(dòng)時(shí)系統(tǒng)對(duì)氣體形成的阻力，因此，在氣體流動(dòng)且阻力不變的情況下，如果系統(tǒng)通過(guò)的風(fēng)量不變，那么風(fēng)壓也不會(huì)改變。其次，在風(fēng)量不變的情況下，即使改造過(guò)程中打開(kāi)風(fēng)機(jī)擋板會(huì)降低風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，也的確會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)和閥門(mén)的壓力產(chǎn)生影響，但其他位置的壓力，比如風(fēng)壓則不會(huì)也無(wú)法隨之改變，在這種情況下，風(fēng)壓自然也不會(huì)改變。再次，在風(fēng)機(jī)電機(jī)中的所有擋板并不能起到保持風(fēng)壓的作用。綜上所述，改用變頻器后，風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和風(fēng)量都會(huì)改變。

（3）在對(duì)變頻器進(jìn)行改造后，尤其是當(dāng)變頻器調(diào)速以后，就會(huì)減小對(duì)電機(jī)和風(fēng)機(jī)設(shè)備的軸和軸承的沖擊力和摩擦力，從而延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備的壽命，以及減少維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)風(fēng)機(jī)電機(jī)的啟動(dòng)會(huì)更加順滑，其轉(zhuǎn)速也會(huì)隨之降低。雖然變頻器改造會(huì)由于轉(zhuǎn)速降低減少冷風(fēng)，造成電機(jī)定子溫度會(huì)有一定程度的升高，但一般在控制范圍內(nèi)。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章從我國(guó)水泥行業(yè)的現(xiàn)狀入手，分析了其高能耗的特性。并從綠色能源的角度，重點(diǎn)探討風(fēng)力電機(jī)中對(duì)中壓變頻技術(shù)的改進(jìn)措施。從而得出，變頻技術(shù)對(duì)風(fēng)力電機(jī)的改進(jìn)和減少水泥生產(chǎn)成本有著巨大的意義，同樣可以進(jìn)一步提高水泥廠的經(jīng)濟(jì)效益，為水泥廠在行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)地位，從而為資源節(jié)約型社會(huì)的建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]張穎.中壓變頻在水泥廠中的節(jié)能應(yīng)用[J].才智，2012，32：58.

[2]林希.水泥廠高壓風(fēng)機(jī)應(yīng)用變頻裝置調(diào)速節(jié)能分析[J].現(xiàn)代物業(yè)（上旬刊），2011，12：29-30.