水泥厂的风机节能

　　一：国内外概况

　　目前国内外变频调速技术已经成熟，风机调节采用变频调速作为节能手段在国内外各行业被广泛采用。国外水泥公司已广泛利用风机变频调速满足不同工作状态系统调节，以减少电耗成本，我院总承包的对外工程也根据合同要求对工况系统风机采用变频调速。

　　国内目前已有众多水泥厂业主将有限的资金投入到风机变频调速技术改造，将原通过阀门频繁调节的诸如篦冷机冷却风机、窑尾高温风机、窑头窑尾收尘器风机等改为电机变频调速调节，也有一些电气设备公司免费为水泥厂风机提供变频调速技术改造，只将节省的电费用于提成。改造后,系统运转平稳,节电效果明显,一般一到两年即可收回成本。虽然中压变频调速器目前一次投资较高，但随着时间的推移，中、低压变频器国内技术日趋成熟，价格逐步走低，此项技术会得到越来越多的水泥企业采用, 并被普及和推广。

　　三：离心式风机的主要调节方式

　　目前离心式风机的主要调节方式有以下几种：

　　（1）节流法

　　这是目前水泥厂中最常用的调节方式。

　　通过调节风机入口阀门开度的大小，调节风机风量。调节过程中, 一部分能量消耗在阀门上，压力损失大，能量浪费严重。进口阀门开度的改变，使风机系统的工作点偏移，效率降低。

　　采用阀门调节流量时，电动机输入功率与流量的关系为：

　　N 1(阀门调节)≈[0.45+0.55(Q1/Q0)2]N0 

　　式中：N0 ——电动机额定功率;  Q0——风机额定流量;    
      N1(阀门调节)——电动机输入功率;  Q1——风机实际流量

　　（2）变速调节法

　　变速调节主要有电机变频调速、电机高压内反馈高频斩波调速。变速调节可以实现风机转速无级变换，对风机的流量可调性好。

　　a. 变频调速

　　电机变频调速目前主要采用矢量控制方式。即在调速过程中，通过改变力矩电流的大小, 而改变转子输出力矩大小,实现调速的目的。该方式在额定频率附近或低频情况下均能保证较好的力矩特性，是大、中容量变频器的首选方式。

　　b.高压内反馈高频斩波调速

　　该系统采用内反馈三相异步电动机,将电机转子的交流电压经整流变为直流电压,当斩波器导通时,转子电流被斩波器短路,形成轴功率, 当斩波器开路时, 转子直流电流经有源逆变器反馈到电机反馈绕组,形成转差功率,通过改变斩波器的占空比改变电机转速。

　　异步电动机的转速n由下式决定：

　　n=60f(1-s)/p 

　　其中：f是电源频率，s是转差率，p是极对数。

　　高频斩波调速就是通过改变转差率s来实现电机的平滑无级调速，调速范围在50％－100％之间。

　　以上两种电机变速调节是分别通过改变电源的频率和转差率达到调速目的的，对于中压风机目前国内外广泛采用变频调速方式，其具有调速范围宽、传动效率高和节电显著等优点。同时可改善现有设备的运行情况，提高系统的安全可靠性和设备利用率，延长设备使用寿命。

　　采用变频调速时，其变频器和变压器均为中压元件，且控制容量大于电机容量，对中高压电机，需外附变压器，因此投资费用较高，设备维护成本也较高。

　　高压内反馈高频斩波调速需采用专用的绕线型电动机，但采用低压元件，控制容量低于电机容量，具有可靠性高、效率高、功率因素高、谐波量低等特点，一次投资费用约相当于变频调速的70%，维护费用也较低。在电力、冶金、建材等行业多有应用。

　　采用变速调节时，根据风机特性和流体力学原理，风机的轴功率正比于风量和风压，风机风量正比于转速，风机风压正比于转速的平方，所以风机轴功率（相当于所配电机功率）正比于转速的3 次方，即Q∝n, P∝n2,因为N=QP/η,所以N∝n3，等同于N∝Q3，所以电动机输入功率与流量的关系为： N1(变速调节)≈(Q1/Q0)3 N0采用阀门调节和变速调节两公式相比较，

　　节约功率差值：△N= N1(阀门调节)- N1(变速调节)      

　　风机在不同流量下工作时，采用阀门调节和变速调节耗电功率比较：

　　从上表可以看出，当实际流量与额定流量差值越大时，采用变速调节的节电效率越高。采用电机变速传动调节风机风量、风压具有如下的特点：

　　1．可调速范围宽、传动效率高并且节电效果显著。
　　2．当风机低速运转时，含尘气体对风机叶轮的磨损显著减少，改善了风机的运行工况，提高了其安全可靠性，并且延长了使用寿命。
　　3．对于大型风机采用变速传动，可减小全压启动电流，因此降低了工频状态下频繁开停机对设备造成的冲击，减少了启动过程故障率。
　　4．采用风机变速调节时应注意风压的下降是否能满足系统要求；因为风机风压与转速的平方成正比，当转速降低时，风压降低很快，因此，应根据风压和风量两个参数调节。

　　（3）液力偶合器调速法

　　液力偶合器是以液体为工作介质，利用液体传递功率的一种液力传动装置。在电机转速不变的情况下，通过改变液力偶合器工作室内液面的高度，改变液力偶合器所传递的转矩和输出轴的转速，使电机和风机转速不一致，实现调节风量的目的。

　　目前水泥行业普遍采用其作为窑尾高温风机和窑头、窑尾收尘器等风机调速，其优点是技术成熟，运行可靠，价格低廉。缺点是在调速过程中电机输出端转速不变，因此所需功率不变，只能达到调速目的，不能实现节能，同时在调节过程中要产生功率及机械等损耗，伴随着这些损耗，产生大量的热量，需用水冷却。同时，还存在调速精度低，速度响应慢转速不稳定等现象。

　　四：水泥厂中风机分类及节能空间

　　水泥厂中使用大量的风机设备，按照用途不同,大致可分为三类: 用于系统通风换热，影响系统工作状况及产量的系统风机; 用于扬尘点收尘的风机; 用于输送的风机。一. 用于系统通风换热的风机包括：原料磨循环风机（辊式磨，球磨），废气处理排风机，窑尾高温风机，篦冷机冷却风机，冷却机排风机，煤磨系统风机，水泥磨辊压机系统循环风机，水泥磨通风风机及选粉风机等。

　　这些风机在生产过程中都会随工况条件和产量的变化，引起风量、风压随之调整，因此，选择合理的调速方式既满足不同工况条件下的生产,又减少电耗,达到节能目的是十分重要的,也是水泥厂风机节能的主要途径。

　　由于风机自身特点及工作条件,采用变速调节时,风机在如下几个方面存在着节能空间：

　　1、风机的选型是按照满负荷状态设计的，实际生产中受多种复杂因素的影响，与设计的工作状态有一定的偏离，一定时间内不可避免的在低于设计的满负荷状态下运行。
　　2、风机选型考虑一定的风量、风压储备，若按风量储备10%，风压储备15%,则功率有26.5%的储备，相当于正常工作时可节能26.5%。
　　3、 对系统采用袋收尘器的风机，新袋子与换袋之前的滤袋阻力相差约1/3，相当于400~500Pa，而风机设计选型是按照滤袋的最大阻力来考虑的,因此从投产初期开始相当长一段时间内,风机均在低阻力下运行,此点在生产过程中体现的很明显，对风机功率影响约20%。
　　4、原料磨、煤磨开停对窑头、窑尾收尘器风机风量均有影响，特别是近年来余热发电系统开停对系统风机的风量和风压都会产生影响。

　　受以上各种因素的影响，风机采用变速传动后，可通过调整电机转速满足风机的不同工作状态，避免了消耗在调节阀门上的功率损耗和采用液力偶合器调速的各种功率损耗，达到了节能的目的。

　　对2500t/d生产线,系统风机的装机功率约为:5085~6435 kW，约占全厂总装机功率（22500 kW）的23%~28%。如考虑如下系统风机采用变频调速, 窑尾排风机，窑尾高温风机，篦冷机冷却风机，冷却机排风机，煤磨系统风机, 装机功率为: 2835~3385 kW，变频调速设备投资约为234~299万元，按一般使用经验，约可节电240万度，相当于每吨熟料节电3.0度，每年节省电费120万元，投资约两年可收回成本。

2500t/d生产线系统风机

　　注:此表中“有效功率利用率”一栏为统计的几个2500t/d规模水泥厂实际运行中标定数据的平均值,不同生产厂会有所差别。

　　对5000t/d生产线,系统风机的装机功率为:12707~13787kW，约占全厂总装机功率（33500 kW）的34.8~37.7%。如考虑如下系统风机采用变频调速,废气处理排风机，窑尾高温风机，篦冷机冷却风机，冷却机排风机，煤磨系统风机, 装机功率为: 6407~7487kW，变频调速设备投资约为612~763万元,按一般使用经验，约可节电640万度,每年节省电费320万元,投资约两年可收回成本。

5000t/d生产线系统风机

　　注:此表中“有效功率利用率”一栏为统计的几个5000t/d规模水泥厂实际运行中标定数据的平均值,不同生产厂会有所差别。

　　二.用于扬尘点收尘器的风机

　　对于扬尘点收尘器用风机,系统确定,工况条件就很少发生变化,不需对工作状况进行调整，只要在设计中根据扬尘点情况,注意选型合适，既能满足收尘要求达到节能的目的。

　　三.用于输送的风机

　　输送用风机主要分为罗茨风机和离心风机，罗茨风机主要用于生料库、水泥库等的充气搅拌卸料和煤粉输送，用于库的充气搅拌和卸料的风机，生产中不需对风机风量、风压进行调整，靠流量控制阀控制流量。对于煤粉输送罗茨风机，计量设备和输送系统一定，系统工况既保持不变，只要选型合适既能满足输送要求。离心风机用于斜槽充气，斜槽规格确定,风机选型既确定。因此，对于输送用风机不需对工作状况进行调整，只应适当选型。

　　五：结论

　　一般说，投资回收期在2~4年，回报是比较好的，也是可行的。由于水泥厂主要是对工况调节频繁的中大型风机的中、低压电动机采用变频调速，因此节电效果较好。根据一些水泥厂将部分系统风机改造为变频调速后运行情况总结，变频器设备投资约为1000元/kW，每吨熟料约节电2.5度，系统可保持在长期平稳状态下运行，两年内即收回了投资。