水泥廠電動機節(jié)能分析

1、水泥廠電動機節(jié)能分析  行業(yè)的競爭特別激烈，但關(guān)鍵還是制造成本的競爭，而電動機電耗占成本30%，因此做好電動機的降耗增效工作就顯得極為重要。所以，我們要從調(diào)速方式、電動機的選型、啟動裝置等方面入手等每個環(huán)節(jié)開展細(xì)致的工作，同時要大力應(yīng)用新技術(shù)新成果，促進(jìn)企業(yè)的節(jié)能降耗。  一、變頻調(diào)速節(jié)能  1、風(fēng)機、水泵上的變頻調(diào)速節(jié)能  大部分水泥廠的一些設(shè)備尤其是一些大功率設(shè)備在生產(chǎn)過程中絕大部分時間都是不滿負(fù)荷，在生產(chǎn)過程中都是通過調(diào)整擋風(fēng)板或閥門的開啟角度的機械調(diào)整方法來滿意不同的用風(fēng)(水)量，這種操作方式的缺點是：(1)電機及風(fēng)機或水泵的轉(zhuǎn)速高，負(fù)荷強度重，

2、電能鋪張嚴(yán)重；(2)設(shè)備運行的自動化程度相當(dāng)?shù)?幾乎完全靠人工調(diào)整，調(diào)整精度差，掌握不精確；(3)電氣掌握采用直接或降壓起動，啟動時電流對電網(wǎng)沖擊大，需要的電源(電網(wǎng))容量大，功率因素較低。(4)起動時機械沖擊大,設(shè)備使用壽命低；(5)噪聲大，粉塵污染嚴(yán)重等。在水泥廠主要有生料磨排風(fēng)機，窯尾廢氣處理風(fēng)機，羅茨風(fēng)機，水泥磨排風(fēng)機，煤磨風(fēng)機、蓖冷機風(fēng)機、選粉機、循環(huán)水泵、給水泵等。由于變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是依據(jù)電機轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：n=60f(1-s)p，(式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機轉(zhuǎn)差率、電機磁極對數(shù))；通過轉(zhuǎn)變電動機工作電源頻率達(dá)到轉(zhuǎn)變電機轉(zhuǎn)速的目的。通

3、過流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量q，壓力h以及軸功率p具有如下關(guān)系：qn，hn2，pn3；即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。如下圖示為壓力h-流量q曲線特性圖:  n1-代表電機在額定轉(zhuǎn)速運行時的特性；n2-代表電機降速運行在n2轉(zhuǎn)速時的特性；r1-代表風(fēng)機、泵類管路阻力最小時的阻力特性；r2-代表風(fēng)機、泵類管路阻力增大到某一數(shù)組時的阻力特性。  風(fēng)機、泵類在管路特性曲線r1工作時，工況點為a，其流量壓力分別為q1、h1，此時風(fēng)機、泵類所需的功率正比于h1與q1的乘積，即正比于ah1oq1的面積。

4、由于工藝要求需減小流量到q2，實際上通過增加管網(wǎng)管阻，使風(fēng)機、泵類的工作點移到r2上的b點，壓力增大到h2，這時風(fēng)機、泵類所需的功率正比于h2與q2的乘積，即正比于bh2oq2的面積。明顯風(fēng)機、泵類所需的功率增大了。這種調(diào)整方式掌握雖然簡潔、但功率消耗大，不利于節(jié)能，是以高運行成本換取簡潔掌握方式。若采用變頻調(diào)速，風(fēng)機轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，這時工作點由a點移到c點，流量仍是q2，壓力由h1降到h3，這時變頻調(diào)速后風(fēng)機所需的功率正比于h3與q2的乘積，即正比于ch3oq2的面積，由圖可見功率的削減是明顯的。  也就是當(dāng)風(fēng)機水泵的轉(zhuǎn)速下降10%時，電機消耗功率下降27.1%.所以風(fēng)機水泵

5、采用變頻調(diào)速節(jié)能效果特別明顯。  2、用變頻調(diào)速取代傳統(tǒng)調(diào)速  傳統(tǒng)調(diào)速所采用的晶閘管串級調(diào)速、直流調(diào)速、電磁滑差調(diào)速、液力耦合器調(diào)速和異步電動機的變級調(diào)速等存在傳動效率低、難維護(hù)等缺點，而變頻調(diào)速結(jié)構(gòu)簡潔，穩(wěn)定牢靠，調(diào)速精度高，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍廣。所以采用變頻調(diào)速在提高機械的傳動效率就可節(jié)能20%左右。  3、變頻在空氣壓縮機上應(yīng)用  空壓機恒壓供氣使用變頻器與壓力掌握構(gòu)成閉環(huán)掌握系統(tǒng)，使壓力波動削減1.5%，降低噪音、削減振動。保證設(shè)備長期穩(wěn)定運行，從而削減了設(shè)備維護(hù)工作量，延長了設(shè)備使用壽命。用變頻器后，空壓機可在任何壓力下隨便起動，打破了以前

6、不允許帶壓起動的規(guī)定，起動電流也較以前大大降低。通過使用變頻器后的實例，多數(shù)壓縮機節(jié)電率約在20%左右。  總之：采用變頻器掌握將有以下諸多優(yōu)點：(1)、采用變頻器掌握電機的轉(zhuǎn)速，取消擋板調(diào)整，降低了設(shè)備的故障率，節(jié)電效果顯著；(2)、采用變頻器掌握電機，實現(xiàn)了電機的軟啟動，延長了設(shè)備的使用壽命，避免了對電網(wǎng)的沖擊；(3)、電機在低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運行，削減了噪聲對環(huán)境的影響；(4)、具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護(hù)功能；(5)、提高產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量。  實踐證明，變頻改造具有顯著的節(jié)電效果，是一種抱負(fù)的調(diào)速掌握方式。既提高了設(shè)備效率，又滿意了生產(chǎn)工藝要求，并

7、且還大大削減了設(shè)備維護(hù)、修理費用，另外當(dāng)采用變頻調(diào)速時，由于變頻裝置內(nèi)的直流電抗器能很好的改善功率因數(shù)，也可以為電網(wǎng)節(jié)省容量。直接和間接經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。  二、電動機的功率因數(shù)補償  籠型電動機通常采用并聯(lián)電容器就地補償?shù)姆椒?。繞線式電動機可采用進(jìn)相機補償?shù)姆绞健＿M(jìn)相機補償分旋轉(zhuǎn)式和靜止式2種，由于旋轉(zhuǎn)式進(jìn)相機結(jié)構(gòu)上的缺陷，目前逐步被靜止式進(jìn)相機所代替。  三、合理選用電動機類型  y系列電動機是全國統(tǒng)一設(shè)計的新系列產(chǎn)品，是國內(nèi)目前較先進(jìn)的三相異步電動機。20世紀(jì)80年月中期即在全國推廣應(yīng)用。其優(yōu)點是效率高、節(jié)能、啟動性能好。而目前國內(nèi)很多老水泥企業(yè)仍

8、大量采用jo2系列電動機，相比來說y系列比jo2系列電動機效率提高了0.413%。因此用y系列電動機取代舊式電動機勢在必行。  選擇電動機類型除了滿意拖動功能外，還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)運行性能。對于年運行時間大于3000h，負(fù)載率大于50%的場合，應(yīng)選擇yx系列高效率的三相異步電動機。與y系列相比，其效率平均高3%，損耗降低20%30%，雖然價格高于y系列電動機，但從長期運行考慮，經(jīng)濟(jì)性還是明顯的。  同步電動機能提高企業(yè)電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低供電線路損耗，但掌握系統(tǒng)繁雜，價格較高。  合理選用電動機的額定容量  國家對三相異步電動機3個運行區(qū)域作了如下規(guī)定：負(fù)載率

9、在70%100%之問為經(jīng)濟(jì)運行區(qū)；負(fù)載率在40%70%之間為一般運行區(qū)；負(fù)載率在40%以下為非經(jīng)濟(jì)運行區(qū)。若電動機容量選得過大，雖然能保證設(shè)備的正常運行，但不僅增加了投資，而且它的效率和功率因數(shù)也都很低，造成電力的鋪張。因此考慮到既能滿意水泥廠設(shè)備運行需要，又能使其盡可能地提高效率，水泥企業(yè)一般負(fù)載率保持在60%l00%較為抱負(fù)。對于負(fù)載率小于40%的三角形接法電動機可改為星型接法，以提高其效率。  同步電動機能提高企業(yè)電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低供電線路損耗，但掌握系統(tǒng)繁雜，價格較高。隨著異步電動機制造水平的提高，新設(shè)備已很少采用。  三、電動機啟動和運行形式  低壓籠

10、型大中型電動機  若采用全壓直接啟動方式，這要求電力系統(tǒng)有足夠大的容量，而實際運行時，電力系統(tǒng)負(fù)載率很低，影響供電效率，并且用直接啟動方式易燒毀開關(guān)、電動機，影響電網(wǎng)其他設(shè)備的運行，往往為了盡量削減電動機啟動次數(shù)而寧愿讓電動機空轉(zhuǎn)而不停車，造成大量鋪張。此類電動機可以用電動機軟啟動器啟動。電動機軟啟動器是采用大功率晶閘管模塊作為主回路的開關(guān)元件，通過掌握它的導(dǎo)通角以實現(xiàn)軟特性的電壓爬升。它具有對電網(wǎng)無過大沖擊，對機械傳動系統(tǒng)(齒輪及軸連接器)震驚小，啟動轉(zhuǎn)矩平滑穩(wěn)定等諸多優(yōu)點。啟動電流在2.53.5倍額定電流之間可調(diào)，啟動時間可調(diào)。  高壓籠型電動機  傳統(tǒng)的啟動

11、方式多選用電抗器、自耦變壓器等，但這些啟動設(shè)備都不能很好地滿意啟動要求，很難獲得抱負(fù)的啟動參數(shù)。目前出品的熱變電阻軟啟動裝置能較好地滿意啟動要求。熱變電阻器由具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻材料制成，電阻器串于電動機定子回路，當(dāng)電動機啟動、電阻體通過啟動電流時，其溫度升高，而阻值隨之減小，從而使電動機端電壓逐步升高，啟動轉(zhuǎn)矩逐步增加，以實現(xiàn)電動機的平穩(wěn)啟動。依據(jù)電動機參數(shù)和負(fù)載要求的啟動轉(zhuǎn)矩，能便利地配置適當(dāng)?shù)膯与娮柚但@得最佳的啟動參數(shù)，即在較小的啟動電流下，獲得足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩。  大型繞線型電動機  以前大多采用頻敏變阻器啟動，但其故障率太高。目前較為成熟的方式是采用液體變阻啟動

12、器。它是利用兩極問的液體電阻，通過機械傳動裝置使極板的距離逐步接近，直至接觸，達(dá)到串人轉(zhuǎn)子回路中的電阻無級變小最終為零，實現(xiàn)電動機無沖擊的平滑啟動。其特點是啟動電流小，對電網(wǎng)無沖擊，熱容量大，可連續(xù)啟動510次，維護(hù)便利，使用牢靠。目前我廠該類型電動機已全部采用液體變阻啟動器。中、小型繞線電動機  以前主要采用頻敏電阻器和油浸電阻器啟動，由于有滑環(huán)、碳刷、短路環(huán)等零件與繼電器、交流接觸器、頻敏或油浸變阻器等電器元件組成的啟動系統(tǒng)都安裝在粉塵較大的生產(chǎn)現(xiàn)場，因此它具有故障率高、修理量大的缺點，經(jīng)常影響設(shè)備的正常運行，而無刷無環(huán)啟動器較好地解決了上述問題，它是一種啟動平滑，不轉(zhuǎn)變運行特性

13、且不受粉塵干擾的啟動設(shè)備。其一次啟動電流限制在3.04.0e之間，適合于11600kw的凹凸壓繞線型電動機。該啟動器是利用頻敏變阻器的原理，利用鐵磁性材料的頻感特性研制而成，安裝在電動機轉(zhuǎn)軸原來裝集電環(huán)的位置，與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，省去了電動機的輔助啟動裝置。  二、成球供水系統(tǒng)  生料成球工序是影響水泥熟料燒結(jié)質(zhì)量的關(guān)鍵工序之一，其中水、料比例直接影響成球好壞。應(yīng)用變頻器后能通過跟蹤生料供給量對成球預(yù)加水泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行無級調(diào)速，從而實現(xiàn)全自動化的閉環(huán)掌握，料水協(xié)作穩(wěn)定，成球效果良好，大大提高水泥燒結(jié)質(zhì)量。此系統(tǒng)改造主要為提高自動化程度和制造工藝水平考慮，由于功率較小省電效果還在其

14、次。  三、生料均化給料系統(tǒng)  此系統(tǒng)用變頻改造后，將全部送料口處的送料電機用變頻器進(jìn)行同步無機調(diào)速，等比例送料，提高均化效果，此點也是從制造工藝角度考慮。  四、水泥選粉系統(tǒng)  水泥選粉系統(tǒng)的工作原理是依據(jù)所生產(chǎn)的水泥的標(biāo)號的不同，調(diào)整選粉機和選粉風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，從而選出不同細(xì)度的水泥制品。老式選粉機要調(diào)整風(fēng)機軸上的扇葉的數(shù)量和角度，經(jīng)過對比試驗達(dá)到所要求的選粉細(xì)度；新式選粉系統(tǒng)分選粉機和選粉風(fēng)機兩部分，選粉機由滑差電機調(diào)速，選粉風(fēng)機靠調(diào)整擋風(fēng)板角度調(diào)整用風(fēng)量。這兩種系統(tǒng)都存在操作工藝復(fù)雜、調(diào)整精度差、鋪張電能嚴(yán)重的缺點，特殊是滑差點機不但費電，由于水泥制

15、造環(huán)境粉塵嚴(yán)重，因此滑差頭骨脹率特殊高，修理困難。變頻改造后，不管是老式系統(tǒng)還是新式系統(tǒng)，只要將電機調(diào)整到一個特定的轉(zhuǎn)速就能選出所需要的細(xì)度的顆粒，在節(jié)省電能的同時還做到了連續(xù)化、自動化生產(chǎn)，既提高了勞動效率，又降低了勞動強度，綜合效益明顯。  五、立窯卸料系統(tǒng)  為使水泥燒結(jié)過程中加料、供風(fēng)、卸料三平衡，立窯普遍采用滑差電機(電磁調(diào)速電機)做為盤塔式卸料裝置的動力，該電機不但防護(hù)等級滿意不了水泥生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境的需要，而且在相同輸出轉(zhuǎn)速的條件下消耗的功率也比系列電機高出百分之二十左右，在降低轉(zhuǎn)速時相差更多，因此采用變頻調(diào)速系統(tǒng)代替滑差調(diào)速后，解決以上所訴的缺點，且調(diào)速性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)

16、高于滑差調(diào)速電機，在節(jié)電的同時修理費用也大大降低，在各行業(yè)得到普遍應(yīng)用。  應(yīng)用變頻器對可以調(diào)速的電機進(jìn)行掌握，在節(jié)省大量電能的同時，還具有軟起功能，同時降低了電機的起動電流和運行電流，降低整個電力系統(tǒng)和機械系統(tǒng)啟動和工作時的負(fù)荷強度，延長了機械部件的使用壽命。另外對滑差電機的變頻改造提高了電機的防護(hù)等級，削減了因環(huán)境惡劣而造成的電機故障率。  六、意外收獲  由于變頻器工作和啟動時電流的下降，為其他設(shè)備的啟動供應(yīng)了必要的保證，無形中增加了工廠的電力容量，這對電網(wǎng)電壓不穩(wěn)和電力容量偏小的場合尤為有利。象天馬水泥有限公司這樣整體改造后,可省下200kva的變壓器容量

17、,新上設(shè)備時變電所可暫不增容,可節(jié)約大量投資。當(dāng)然，經(jīng)過變頻改造后還應(yīng)加強生產(chǎn)工藝方面的管理，再生產(chǎn)允許的條件下合理的調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到抱負(fù)的節(jié)能結(jié)果。這有待于在以后的工作中加以不斷的完善。  1在立窯羅茨風(fēng)機上的應(yīng)用  立窯煅燒熟料所耗的電能中，羅茨鼓風(fēng)機的電耗一般占60%左右，隨著電價的調(diào)整，電費在水泥生產(chǎn)成本中說占的比例越來越高。因此，降低鼓風(fēng)機的能耗成為提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要一環(huán)。  對羅茨風(fēng)機可由變頻器轉(zhuǎn)變風(fēng)機的供電電源頻率進(jìn)行無級調(diào)速來調(diào)整風(fēng)量，x市地維水泥有限公司在1號窯132kw羅茨風(fēng)機上安裝變頻器，節(jié)電率高達(dá)62.2%。噸熟料電耗由安裝變頻器

18、前的15.22度下降到安裝后的5.55度;x省焦作水泥廠在10000/噸水泥熟料旋窯生產(chǎn)線生料流態(tài)化系統(tǒng)55kw羅茨風(fēng)機上安裝了變頻器后節(jié)電率高達(dá)73.2%,平均每日用電量由安裝前的606度下降到安裝后的162度,每日節(jié)電444度。  2在離心風(fēng)機上的應(yīng)用  有某些水泥廠是采用高壓離心式風(fēng)機進(jìn)行供風(fēng)，該種水泥窯的風(fēng)量調(diào)整是通過風(fēng)門開啟度對風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整。對離心風(fēng)機的變頻調(diào)速改造同樣有巨大的節(jié)能潛力。這是因為離心式風(fēng)機設(shè)備的流量與轉(zhuǎn)速的成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。因此在調(diào)整風(fēng)量或流量時，如降低20%的風(fēng)量或流量，功耗則會下降50%，但是必需留意，轉(zhuǎn)速

19、與壓力是成平方關(guān)系，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降20%時，壓力則會下降60%，因此必需留意工藝要求的壓力范圍不能象羅茨風(fēng)機那樣，不用考慮轉(zhuǎn)速與風(fēng)壓的關(guān)系。  3在立窯卸料機上的應(yīng)用  立窯卸料機若采用滑差調(diào)速電機，其轉(zhuǎn)速通常掌握在3001000rpm(工藝上依據(jù)窯的狀況，對卸料速度進(jìn)行掌握的)。采用變頻調(diào)速的方法取代滑差電機，經(jīng)過多個廠家應(yīng)用結(jié)果表明，平均節(jié)能達(dá)40%左右，這是因為滑差調(diào)速是一種耗能的低效調(diào)速方法。  由下列公式可知：滑差電機主電機軸的輸出功率：p0=km0n0(p0表示輸出功率，m0表示負(fù)載轉(zhuǎn)速，n0表示電機轉(zhuǎn)速，k為常數(shù))滑差頭輸出功率p1=km0n1(p1表示輸出功率，n1表示滑差頭轉(zhuǎn)速)滑差頭損耗功率：p=p0-p1=km0(n0n1)由此可見，滑差電機的轉(zhuǎn)速越低，鋪張能源越大，而卸料機的轉(zhuǎn)速通常在400rpm左右運行，因此改用變頻調(diào)速的方法會有5060%的節(jié)能效果。  5在預(yù)加水成球系統(tǒng)中的應(yīng)用  目前，預(yù)加水成球技術(shù)在立窯水泥廠中應(yīng)用已相當(dāng)普遍。它在提高成球質(zhì)量，改善煅燒操作條件，提高立窯熟料產(chǎn)量和質(zhì)量方面取得了比較明顯的效果。其結(jié)合