一：國內(nèi)外概況

　　目前國內(nèi)外變頻調(diào)速技術已經(jīng)成熟，風機調(diào)節(jié)采用變頻調(diào)速作為節(jié)能手段在國內(nèi)外各行業(yè)被廣泛采用。國外水泥公司已廣泛利用風機變頻調(diào)速滿足不同工作狀態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)，以減少電耗成本，我院總承包的對外工程也根據(jù)合同要求對工況系統(tǒng)風機采用變頻調(diào)速。

　　國內(nèi)目前已有眾多水泥廠業(yè)主將有限的資金投入到風機變頻調(diào)速技術改造，將原通過閥門頻繁調(diào)節(jié)的諸如篦冷機冷卻風機、窯尾高溫風機、窯頭窯尾收塵器風機等改為電機變頻調(diào)速調(diào)節(jié)，也有一些電氣設備公司免費為水泥廠風機提供變頻調(diào)速技術改造，只將節(jié)省的電費用于提成。改造后,系統(tǒng)運轉(zhuǎn)平穩(wěn),節(jié)電效果明顯,一般一到兩年即可收回成本。雖然中壓變頻調(diào)速器目前一次投資較高，但隨著時間的推移，中、低壓變頻器國內(nèi)技術日趨成熟，價格逐步走低，此項技術會得到越來越多的水泥企業(yè)采用, 并被普及和推廣。

　　三：離心式風機的主要調(diào)節(jié)方式

　　目前離心式風機的主要調(diào)節(jié)方式有以下幾種：

　　（1）節(jié)流法

　　這是目前水泥廠中最常用的調(diào)節(jié)方式。

　　通過調(diào)節(jié)風機入口閥門開度的大小，調(diào)節(jié)風機風量。調(diào)節(jié)過程中, 一部分能量消耗在閥門上，壓力損失大，能量浪費嚴重。進口閥門開度的改變，使風機系統(tǒng)的工作點偏移，效率降低。

　　采用閥門調(diào)節(jié)流量時，電動機輸入功率與流量的關系為：

　　N 1(閥門調(diào)節(jié))≈[0.45+0.55(Q1/Q0)2]N0 

　　式中：N0 ——電動機額定功率;  Q0——風機額定流量;    
      N1(閥門調(diào)節(jié))——電動機輸入功率;  Q1——風機實際流量

　?。?）變速調(diào)節(jié)法

　　變速調(diào)節(jié)主要有電機變頻調(diào)速、電機高壓內(nèi)反饋高頻斬波調(diào)速。變速調(diào)節(jié)可以實現(xiàn)風機轉(zhuǎn)速無級變換，對風機的流量可調(diào)性好。

　　a. 變頻調(diào)速

　　電機變頻調(diào)速目前主要采用矢量控制方式。即在調(diào)速過程中，通過改變力矩電流的大小, 而改變轉(zhuǎn)子輸出力矩大小,實現(xiàn)調(diào)速的目的。該方式在額定頻率附近或低頻情況下均能保證較好的力矩特性，是大、中容量變頻器的首選方式。

　　b.高壓內(nèi)反饋高頻斬波調(diào)速

　　該系統(tǒng)采用內(nèi)反饋三相異步電動機,將電機轉(zhuǎn)子的交流電壓經(jīng)整流變?yōu)橹绷麟妷?當斬波器導通時,轉(zhuǎn)子電流被斬波器短路,形成軸功率, 當斬波器開路時, 轉(zhuǎn)子直流電流經(jīng)有源逆變器反饋到電機反饋繞組,形成轉(zhuǎn)差功率,通過改變斬波器的占空比改變電機轉(zhuǎn)速。

　　異步電動機的轉(zhuǎn)速n由下式?jīng)Q定：

　　n=60f(1-s)/p 

　　其中：f是電源頻率，s是轉(zhuǎn)差率，p是極對數(shù)。

　　高頻斬波調(diào)速就是通過改變轉(zhuǎn)差率s來實現(xiàn)電機的平滑無級調(diào)速，調(diào)速范圍在50％－100％之間。

　　以上兩種電機變速調(diào)節(jié)是分別通過改變電源的頻率和轉(zhuǎn)差率達到調(diào)速目的的，對于中壓風機目前國內(nèi)外廣泛采用變頻調(diào)速方式，其具有調(diào)速范圍寬、傳動效率高和節(jié)電顯著等優(yōu)點。同時可改善現(xiàn)有設備的運行情況，提高系統(tǒng)的安全可靠性和設備利用率，延長設備使用壽命。

　　采用變頻調(diào)速時，其變頻器和變壓器均為中壓元件，且控制容量大于電機容量，對中高壓電機，需外附變壓器，因此投資費用較高，設備維護成本也較高。

　　高壓內(nèi)反饋高頻斬波調(diào)速需采用專用的繞線型電動機，但采用低壓元件，控制容量低于電機容量，具有可靠性高、效率高、功率因素高、諧波量低等特點，一次投資費用約相當于變頻調(diào)速的70%，維護費用也較低。在電力、冶金、建材等行業(yè)多有應用。

　　采用變速調(diào)節(jié)時，根據(jù)風機特性和流體力學原理，風機的軸功率正比于風量和風壓，風機風量正比于轉(zhuǎn)速，風機風壓正比于轉(zhuǎn)速的平方，所以風機軸功率（相當于所配電機功率）正比于轉(zhuǎn)速的3 次方，即Q∝n, P∝n2,因為N=QP/η,所以N∝n3，等同于N∝Q3，所以電動機輸入功率與流量的關系為： N1(變速調(diào)節(jié))≈(Q1/Q0)3 N0采用閥門調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)兩公式相比較，

　　節(jié)約功率差值：△N= N1(閥門調(diào)節(jié))- N1(變速調(diào)節(jié))      

　　風機在不同流量下工作時，采用閥門調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)耗電功率比較：

　　從上表可以看出，當實際流量與額定流量差值越大時，采用變速調(diào)節(jié)的節(jié)電效率越高。采用電機變速傳動調(diào)節(jié)風機風量、風壓具有如下的特點：

　　1．可調(diào)速范圍寬、傳動效率高并且節(jié)電效果顯著。
　　2．當風機低速運轉(zhuǎn)時，含塵氣體對風機葉輪的磨損顯著減少，改善了風機的運行工況，提高了其安全可靠性，并且延長了使用壽命。
　　3．對于大型風機采用變速傳動，可減小全壓啟動電流，因此降低了工頻狀態(tài)下頻繁開停機對設備造成的沖擊，減少了啟動過程故障率。
　　4．采用風機變速調(diào)節(jié)時應注意風壓的下降是否能滿足系統(tǒng)要求；因為風機風壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，當轉(zhuǎn)速降低時，風壓降低很快，因此，應根據(jù)風壓和風量兩個參數(shù)調(diào)節(jié)。

　?。?）液力偶合器調(diào)速法

　　液力偶合器是以液體為工作介質(zhì)，利用液體傳遞功率的一種液力傳動裝置。在電機轉(zhuǎn)速不變的情況下，通過改變液力偶合器工作室內(nèi)液面的高度，改變液力偶合器所傳遞的轉(zhuǎn)矩和輸出軸的轉(zhuǎn)速，使電機和風機轉(zhuǎn)速不一致，實現(xiàn)調(diào)節(jié)風量的目的。

　　目前水泥行業(yè)普遍采用其作為窯尾高溫風機和窯頭、窯尾收塵器等風機調(diào)速，其優(yōu)點是技術成熟，運行可靠，價格低廉。缺點是在調(diào)速過程中電機輸出端轉(zhuǎn)速不變，因此所需功率不變，只能達到調(diào)速目的，不能實現(xiàn)節(jié)能，同時在調(diào)節(jié)過程中要產(chǎn)生功率及機械等損耗，伴隨著這些損耗，產(chǎn)生大量的熱量，需用水冷卻。同時，還存在調(diào)速精度低，速度響應慢轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定等現(xiàn)象。

　　四：水泥廠中風機分類及節(jié)能空間

　　水泥廠中使用大量的風機設備，按照用途不同,大致可分為三類: 用于系統(tǒng)通風換熱，影響系統(tǒng)工作狀況及產(chǎn)量的系統(tǒng)風機; 用于揚塵點收塵的風機; 用于輸送的風機。一. 用于系統(tǒng)通風換熱的風機包括：原料磨循環(huán)風機（輥式磨，球磨），廢氣處理排風機，窯尾高溫風機，篦冷機冷卻風機，冷卻機排風機，煤磨系統(tǒng)風機，水泥磨輥壓機系統(tǒng)循環(huán)風機，水泥磨通風風機及選粉風機等。

　　這些風機在生產(chǎn)過程中都會隨工況條件和產(chǎn)量的變化，引起風量、風壓隨之調(diào)整，因此，選擇合理的調(diào)速方式既滿足不同工況條件下的生產(chǎn),又減少電耗,達到節(jié)能目的是十分重要的,也是水泥廠風機節(jié)能的主要途徑。

　　由于風機自身特點及工作條件,采用變速調(diào)節(jié)時,風機在如下幾個方面存在著節(jié)能空間：

　　1、風機的選型是按照滿負荷狀態(tài)設計的，實際生產(chǎn)中受多種復雜因素的影響，與設計的工作狀態(tài)有一定的偏離，一定時間內(nèi)不可避免的在低于設計的滿負荷狀態(tài)下運行。
　　2、風機選型考慮一定的風量、風壓儲備，若按風量儲備10%，風壓儲備15%,則功率有26.5%的儲備，相當于正常工作時可節(jié)能26.5%。
　　3、 對系統(tǒng)采用袋收塵器的風機，新袋子與換袋之前的濾袋阻力相差約1/3，相當于400~500Pa，而風機設計選型是按照濾袋的最大阻力來考慮的,因此從投產(chǎn)初期開始相當長一段時間內(nèi),風機均在低阻力下運行,此點在生產(chǎn)過程中體現(xiàn)的很明顯，對風機功率影響約20%。
　　4、原料磨、煤磨開停對窯頭、窯尾收塵器風機風量均有影響，特別是近年來余熱發(fā)電系統(tǒng)開停對系統(tǒng)風機的風量和風壓都會產(chǎn)生影響。

　　受以上各種因素的影響，風機采用變速傳動后，可通過調(diào)整電機轉(zhuǎn)速滿足風機的不同工作狀態(tài)，避免了消耗在調(diào)節(jié)閥門上的功率損耗和采用液力偶合器調(diào)速的各種功率損耗，達到了節(jié)能的目的。

　　對2500t/d生產(chǎn)線,系統(tǒng)風機的裝機功率約為:5085~6435 kW，約占全廠總裝機功率（22500 kW）的23%~28%。如考慮如下系統(tǒng)風機采用變頻調(diào)速, 窯尾排風機，窯尾高溫風機，篦冷機冷卻風機，冷卻機排風機，煤磨系統(tǒng)風機, 裝機功率為: 2835~3385 kW，變頻調(diào)速設備投資約為234~299萬元，按一般使用經(jīng)驗，約可節(jié)電240萬度，相當于每噸熟料節(jié)電3.0度，每年節(jié)省電費120萬元，投資約兩年可收回成本。

2500t/d生產(chǎn)線系統(tǒng)風機

　　注:此表中“有效功率利用率”一欄為統(tǒng)計的幾個2500t/d規(guī)模水泥廠實際運行中標定數(shù)據(jù)的平均值,不同生產(chǎn)廠會有所差別。

　　對5000t/d生產(chǎn)線,系統(tǒng)風機的裝機功率為:12707~13787kW，約占全廠總裝機功率（33500 kW）的34.8~37.7%。如考慮如下系統(tǒng)風機采用變頻調(diào)速,廢氣處理排風機，窯尾高溫風機，篦冷機冷卻風機，冷卻機排風機，煤磨系統(tǒng)風機, 裝機功率為: 6407~7487kW，變頻調(diào)速設備投資約為612~763萬元,按一般使用經(jīng)驗，約可節(jié)電640萬度,每年節(jié)省電費320萬元,投資約兩年可收回成本。

5000t/d生產(chǎn)線系統(tǒng)風機

　　注:此表中“有效功率利用率”一欄為統(tǒng)計的幾個5000t/d規(guī)模水泥廠實際運行中標定數(shù)據(jù)的平均值,不同生產(chǎn)廠會有所差別。

　　二.用于揚塵點收塵器的風機

　　對于揚塵點收塵器用風機,系統(tǒng)確定,工況條件就很少發(fā)生變化,不需對工作狀況進行調(diào)整，只要在設計中根據(jù)揚塵點情況,注意選型合適，既能滿足收塵要求達到節(jié)能的目的。

　　三.用于輸送的風機

　　輸送用風機主要分為羅茨風機和離心風機，羅茨風機主要用于生料庫、水泥庫等的充氣攪拌卸料和煤粉輸送，用于庫的充氣攪拌和卸料的風機，生產(chǎn)中不需對風機風量、風壓進行調(diào)整，靠流量控制閥控制流量。對于煤粉輸送羅茨風機，計量設備和輸送系統(tǒng)一定，系統(tǒng)工況既保持不變，只要選型合適既能滿足輸送要求。離心風機用于斜槽充氣，斜槽規(guī)格確定,風機選型既確定。因此，對于輸送用風機不需對工作狀況進行調(diào)整，只應適當選型。

　　五：結論

　　一般說，投資回收期在2~4年，回報是比較好的，也是可行的。由于水泥廠主要是對工況調(diào)節(jié)頻繁的中大型風機的中、低壓電動機采用變頻調(diào)速，因此節(jié)電效果較好。根據(jù)一些水泥廠將部分系統(tǒng)風機改造為變頻調(diào)速后運行情況總結，變頻器設備投資約為1000元/kW，每噸熟料約節(jié)電2.5度，系統(tǒng)可保持在長期平穩(wěn)狀態(tài)下運行，兩年內(nèi)即收回了投資。