摘要：針對大功率變頻器在風機調(diào)速節(jié)能上的廣泛應(yīng)用，本文介紹了水泥廠的蘿茨風機變頻調(diào)速改造的節(jié)能預測和在實際中的應(yīng)用。在采用工頻拖動的運行工況中，由于風壓過大，擋板調(diào)節(jié)不足對運行工況造成的生產(chǎn)操作復雜與能源的浪費情況，所以產(chǎn)生的對應(yīng)用變頻器進行調(diào)速調(diào)節(jié)運行的實際需求，并預測調(diào)速運行能產(chǎn)生的效益。在變頻器投入運行后，對運行工況的改善，能量節(jié)約的狀況進行測量與總匯。 　　關(guān)鍵詞：變頻器 節(jié)能 蘿茨風機 　　一、 水泥廠建設(shè)的歷史原因及現(xiàn)狀 　　由于歷史和經(jīng)濟的原因，上世紀九十年代及以前建造的水泥廠的供水、供煤、送風等動力系統(tǒng)為交流電動機和滑差電機兩種。為保證其滿足動力需要，均按最大需求設(shè)計（其中滑差電機需保持20%動力余量）交流電動機、風機和水泵均工作在最大工作需求狀態(tài)下，為滿足需要的變化則用蘿茨風機調(diào)整送風擋板、風門的開啟度來調(diào)節(jié)放風量與供風量的比例；或用回流閥門調(diào)節(jié)供水量；以及用電動機起停等手段來調(diào)節(jié)風壓、風量和水壓、水量。電氣控制采用星、三角直接啟動（或變壓器降壓啟動）。頻繁的起停、4——6倍的啟動電流沖擊電網(wǎng)的穩(wěn)定和電動機發(fā)熱，增加了電機維修成本，縮短了電機的使用壽命。同時，風門、調(diào)節(jié)檔板的頻繁開關(guān)調(diào)節(jié)，也增加了風阻和管道的振動，產(chǎn)生噪音；供水、供風質(zhì)量變差，致使設(shè)備加速老化，大量電能在調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)中白白浪費。 　　二、 技術(shù)改造的積極意義和事實的必要性 　　在企業(yè)的生存、發(fā)展和不斷壯大的過程中“實現(xiàn)利潤最大化”是企業(yè)永恒的主題和追求。通過減少原材料的消耗和降低人工成本來增加企業(yè)利潤已經(jīng)被大家所廣泛認同。但是，通過技術(shù)改造減少能源消耗來增加利潤卻往往因為企業(yè)缺少專業(yè)人員，或是購買、更新和改造相關(guān)設(shè)備的成本增加等原因而被忽視。事實上，節(jié)約能源、降低能源的消耗量、合理利用資源；不僅能增加企業(yè)的收入，更是改變經(jīng)濟增長方向的當務(wù)手段。是利在當代，功在千秋，惠及子孫的偉業(yè)。中國物產(chǎn)豐富，但人均資源占有量卻達不到世界平均水平，屬于資源相對貧困的國家。改革開放以后，我國的快速經(jīng)濟增長是以消耗大量能源為代價換來的，根據(jù)相關(guān)資料的統(tǒng)計結(jié)果顯示，國內(nèi)企業(yè)的能源消耗量較國外同類企業(yè)的平均水平要高出40%以上，同時我國萬元GDP的能源消耗量更是世界平均水平的三倍。 　　三、 卓有成效的方法和途徑 　　按照中共中央‘關(guān)于改造“十一.五”經(jīng)濟規(guī)劃的建議’中“把單位產(chǎn)值的能耗降低20%”的總體要求。今后我國的經(jīng)濟發(fā)展模式急需改變；必須轉(zhuǎn)變目前這種依靠消耗大量能源來換取經(jīng)濟快速增長的“粗放型”方式。要實現(xiàn)這種戰(zhàn)略性的變革的根本途徑之一：是利用先進的變頻技術(shù)對工業(yè)生產(chǎn)中占總用電量60%的電動機耗用的現(xiàn)狀進行綜合分析改造，達到節(jié)能降耗的目的。研究表明，在不同的使用領(lǐng)域，給電動機加裝制造設(shè)計先進、質(zhì)量穩(wěn)定、功能強大的變頻器是最直接有效的途徑之一。在不降低使用功能和效率的前提下，企業(yè)的直接收益是大幅度下降的巨額電費和生產(chǎn)成本的降低，間接的社會效益是減少了電廠的興建，有效減少了水、電、煤的燃燒，讓我們的子孫萬代能在一個綠色的星球上幸福的生活。 　　四、 改造實例分析 　　由于工作的原因，筆者近期有幸參與了重慶市云陽縣云安東風水泥廠部分設(shè)備改造工程的論證、試驗和改造驗收工作。本著“穩(wěn)妥可靠、萬無一失”的原則，在比較了國內(nèi)外多家在國內(nèi)銷售使用量較多、性價比較高的知名品牌的變頻器產(chǎn)品后，他們最終選擇了上海山宇電子設(shè)備有限公司的SY6000系列變頻器作為改造工程中首選的品牌。山宇公司生產(chǎn)的SY6000系列變頻器，其主要電子元器件均出自國際知名的制造廠、性能卓越；該公司的變頻器主要元器件全部出自日本三菱公司的第三代產(chǎn)品，也是眾多國外知名品牌變頻器的首選；性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠。該系列變頻器設(shè)計理念先進、功能齊全、控制特性優(yōu)良、保護功能嚴密，外圍配套系統(tǒng)設(shè)計簡便；還內(nèi)置PID、PLC和485通訊接口，遠程控制、PC機總控，上位機控制等來實現(xiàn)遠距自動控制方式，多路模擬數(shù)字輸入輸出通道，支持高速輸入輸出，端子控制程序運行，擺頻運行等多種運行方式，接收各種物理量反饋控制，形成閉環(huán)回路自動控制等。軟起、軟停，沒有沖擊電流，無級調(diào)速避開機械共振頻率，減少噪音，延長機械電氣系統(tǒng)的使用壽命，實現(xiàn)最佳控制?？珊銐?、定量供水；按需送風。高（低）壓、缺相、過流、過載保護；全面保證電動機安全運行，故障自動復位，睡眠蘇醒等功能齊全。該公司技術(shù)力量雄厚。服務(wù)全面、及時周到。40多個辦事處遍布全國各地。 　　重慶市云陽縣云安東風水泥廠兩臺高爐送風系統(tǒng)原來分別采用250KW和180KW的三相交流6級電動機帶動蘿茨風機系統(tǒng)，通過調(diào)整蘿茨風機風板開啟度來調(diào)節(jié)放風量與用風量的比例（即調(diào)節(jié)風量的利用率），來滿足燒結(jié)時不同用風量的傳統(tǒng)機械調(diào)節(jié)方法，傳統(tǒng)蘿茨風機供風方法的缺點是：電能浪費嚴重 ，風量調(diào)節(jié)精度差，電動機啟動沖擊電流大，噪音大、粉塵污染嚴重，降低了電機和風機的機械壽命。采用山宇SY6000變頻器進行改造很簡單，就是取消原啟動機柜的星、三角啟動裝置，在星、三角啟動裝置的位置上加裝變頻器，原機柜的其他裝置仍然保留使用，動力電纜等接線不動，在保留原控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加一套變頻控制回路與原控制并聯(lián)，形成的雙回路控制系統(tǒng)。其特點是原蘿茨風機系統(tǒng)不動，工程改造量少，改造費用低，停產(chǎn)改造時間少（1小時左右），雙回路保障生產(chǎn)的高效運行。由于SY6000型變頻器具有軟起動功能，電機起動時，無大電流沖擊，減少了設(shè)備維修次數(shù)，延長了設(shè)備使用壽命。變頻器可任意調(diào)節(jié)風機電機轉(zhuǎn)速，因此可按所需風量準確調(diào)節(jié)風量，無須旁路放風、減少水泥粉塵污染、節(jié)電效果明顯。 　　五、 風機調(diào)速運行的節(jié)能原理 　　5.1風機運行特性 　　風機屬于平方轉(zhuǎn)矩類型負載，在額定轉(zhuǎn)速運行的特性曲線如圖1所示 [align=center] 圖1 風機特性曲線 （β=900）[/align] 　　H-Q曲線：當轉(zhuǎn)速為恒定時，表示風壓與風量間的關(guān)系特性。 　　P-Q曲線：當轉(zhuǎn)速為恒定時，表示功率與風量間的關(guān)系特性。 　　η-Q曲線：當轉(zhuǎn)速恒定時，表示風機的效率特性。 　　5.2風機流量的確定 　　 風機在運行時，一定轉(zhuǎn)速的風機產(chǎn)生的離心壓力作用在一個截面上時，介質(zhì)在單位時間內(nèi)的通過量，即為流量。風機在運行時，通過風機壓力和管網(wǎng)阻力的共同作用，出現(xiàn)一個穩(wěn)定的流量輸出，稱之為工況點，其特性曲線如圖2所示 [align=center] 圖2 風機運行工況點[/align] 　　M ——工況點 　　R ——管網(wǎng)的阻力曲線 　　H ——風機壓力曲線 　　5.3風機流量的調(diào)節(jié)方法 　?。?）改變管網(wǎng)阻力實現(xiàn)對風機輸出的調(diào)節(jié) 　　 當管網(wǎng)阻力發(fā)生變化時，風機轉(zhuǎn)速保持不變，風壓隨之上升，風機運行的工況點將改變，風機的輸出流量將隨之發(fā)生變化，其特性曲線如圖3所示。 [align=center] 圖3 管網(wǎng)阻力變化時的風機流量特性曲線[/align] 　　 在實際運行中，是通過調(diào)節(jié)擋風板的開度來實現(xiàn)的，當擋風板的開度減小時，管網(wǎng)的阻力隨之增加。 　　擋板的三種開度對應(yīng)R1、R2、R3三種阻力工況，則在風機轉(zhuǎn)速不變時，其與風機壓力特性曲線分別出現(xiàn)了M1、M2、M3三種工況點。 　　三種工況點對應(yīng)的三個流量Q1、Q2、Q3就是在轉(zhuǎn)速不變時，三種擋板開度所對應(yīng)的流量。調(diào)節(jié)擋板的開度，即可以調(diào)整風機輸出流量的多少。 　?。?）改變風機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)對風機的風量調(diào)整節(jié) 　　改變風機的轉(zhuǎn)速時，風機的壓力特性曲線隨之改變，當管網(wǎng)阻力不變時，其特性曲線如圖4所示 [align=center] 圖4 改變風機轉(zhuǎn)速的特性曲線[/align] 　　 當風機的轉(zhuǎn)速定為n1、n2、n3時，每個轉(zhuǎn)速對應(yīng)其相應(yīng)的壓力特性曲線，在管壓阻力R不變的情況下，工況點隨之改變?yōu)镸1、M2，其對應(yīng)的流量為Q1、Q2。 　　在實際中，采用變頻器方法可達到對風機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，從而在管網(wǎng)阻力不變的情況下調(diào)節(jié)流量。 　　5.4風機定速運行與風機調(diào)速運行在輸出同等風量時的比較 　　當風機的額定轉(zhuǎn)速為n1，擋板全開管壓力為R1，額定流量為Q1時，通過調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力和風機轉(zhuǎn)速的2種方法，將輸出流量改變?yōu)镼2，起運行工況的差異如圖5所示 [align=center] 圖5 管網(wǎng)阻力與風機速度調(diào)節(jié)流量時的工況點差異[/align] 　　從圖5中可以看出，在輸出同等流量的情況下，用擋板調(diào)節(jié)的工況點是M3，運行時壓力為H3，運行時壓力為Hf。用速度調(diào)節(jié)的工況點是M2，運行時壓力為H2。 　　兩種風量調(diào)節(jié)方法消耗能量的差異： 　　在上面可以看出，調(diào)節(jié)擋板與調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的最大差異在于風壓，兩種運行方式風機消耗的軸功率差異為： 　　 Q＊△H 　　 △P=- 　　 102ηTηF 　　根據(jù)風機功率消耗的相似性理論,得出結(jié)論： 　　用擋板調(diào)節(jié)風量與用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)風量對比，隨著實際輸出流量與風機額定流量差值的加大，能量的消耗差異也呈平方比例系數(shù)加大。 　　180KW改造前和改造后使用情況對照表 　　 　　改造前: 起動電流, 變壓器降壓起動電流1000A , 工作電流, 332A , 工作電壓 ,380V , 風量調(diào)節(jié)質(zhì)量 , 振動大、噪聲大、反映慢、供風質(zhì)量差, 勞動強度, 2人操作, 日耗電量, 5244度 　　 　　改造后: 起動電流, 變頻軟起0-350A 工作電流,150-300A, 工作電壓 ,380V ,風量調(diào)節(jié)質(zhì)量, 振動小、噪聲小、反映快、供風質(zhì)量高 ,勞動強度, 1人操作 ,日耗電量 ,平均耗電 ,3791度 　　 　　由于現(xiàn)場風機日工作時間為24小時，改造后平均日節(jié)電為1453度，按每度電費為0.57算，每天節(jié)約的費用為830元左右，效益相當可觀。試用運行6個月的試驗驗收結(jié)果證明：系統(tǒng)改造方案正確，試選山宇SY6000系列變頻器及送風系統(tǒng)運行穩(wěn)定，質(zhì)量可靠，達到了最優(yōu)控制效果，實現(xiàn)了軟起、軟停，閉環(huán)自動控制和人工干預相結(jié)合，在6個月的試用時間中，未發(fā)現(xiàn)任何故障，顯著減少了系統(tǒng)維修次數(shù)和工作量，確保了最佳送風效果，節(jié)省維修費用50%，生產(chǎn)效率提高了10%，單機節(jié)電達40%左右，半年節(jié)省的電費已相當全部改造成本，現(xiàn)工廠正準備全部選用山宇牌變頻器、軟啟動器對全廠的蘿茨風機供風系統(tǒng)，成球預加水系統(tǒng)，生料均化給料系統(tǒng)、水泥選粉系統(tǒng)及主窯卸料系統(tǒng)進行全面改造。 　　六、結(jié)束語 　　 通過變頻器在水泥廠送風機中的試用，顯示出其變頻器調(diào)速運行和原蘿茨風機通過調(diào)節(jié)閥門定速運行的用電量差異，反映出原蘿茨風機所造成電能的浪費相當觸目驚心。 　　目前，國產(chǎn)的變頻器技術(shù)已經(jīng)相當成熟，而且在各行業(yè)中已得到廣泛的應(yīng)用，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大功率IGBT模塊的進一步發(fā)展，其價格也逐漸趨于合理，預示著變頻器產(chǎn)品將在我國節(jié)能領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。