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一、引言　　
　　　　在水泥行业，由于电费的成本已成为原材料成本，人工成本之后的第三大开支；在用电紧张的今天，节省电费已成为企业经营者考虑的一件大事；而水泥厂的立窑风机是水泥厂的重要设备之一，也是主要的耗电设备之一。立窑风机的容量是按照机械立窑最大的设计产量来选型的，且留有一定的余量。在使用中，立窑风机长期固定在最大的转速下运行。由于季节、昼夜和生产工况的变化，机立窑的实际风量需求在绝大部分时间内远比设计负载低；在转速固定的情况下，当立窑风机的风量过剩时，只能通过旁通风管排放掉(或控制风门的进风量)，这样就造成立窑风机功耗的严重浪费，故对立窑风机进行变频节能改造具有一定的现实意义。
　　　　
　　
　　　　二、变频节电原理
　　
　　
　　　　对于风机来说，风量Q与转速n成正比，风压F与转速n的二次方成正比，而轴功率P与转速n的三次方成正比（见表1），从表中我们可以看出上述几个量的变化关系：
　　表1
　　　　
　　
　　转速n风量Q频率风压F轴功率P
　　10010050100100
　　9090458172.9
　　8080406451.2
　　7070354934.3
　　6060303621.6
　　5050252512.5
　　显然，变风量控制系统的节能效果是十分突出的，请见图2的比较曲
　　图2节能效果图
　　从上面的图表中可以明了，当风机效率一定，调节风量微小的变化时，转速可成比例下降，则风机的轴功率成立方关系下降。在满足工艺要求的前提下，若风机转速有富余10，将可节省电耗27.1,若风机的转速富余20，将可节省电耗48.8。由此可见，风机、水泵类负载，其节电效果将是非常明显。
　　　　三、立窑基本参数和工作原理
　　　1、窑炉的基本参数
　　　1）机械立窑参数
　　　1、规格：（窑径×高度）2.0×8.5,2、年产量：普通水泥5～7万吨
　　　3、喂料方法：单嘴布料溜子11KW，4、溜子回转速度：6.48转/分
　　　5、塔篦子形式：整体双偏心，6、塔篦子转速1.2～12.2转/分,
　　　7、传动方式：中心传动，功率15KW，8、料封形式：垂直管料封，
　　　9、出料粒度：不大于100毫米
　　　2）风机参数
　　　风机功率：132KW，额定电压：380V，额定电流：245A，转速2980转/分，
　　　运行电流：120A～180A；风量：12776m3/h；风压：21995Pa；起动方式：△/Y
　　　2、机立窑烧成工作原理
　　　　由料斗提升机将配置好的生料加一定比例的水，送至成球机成球，然后由布料器匀均地施入窑炉中，园球状的生料颗粒由底部的离心风机送风在窑炉中部充分燃烧，到窑炉底部冷却后，由塔篦子旋转，将烧好的熟料下到漏斗中，经适量喷水，经熟料破碎机后进入下道工序。由此可见，机立窑风机的配置的好坏直接影响到水泥的产量，故此，许多水泥厂厂家在风机上做文章，加大电机功率，加大风量与风压，往往适得其反。
　　　　从整个立窑系统装机的设备功率来看，罗茨风机电机功率为132KW，是整个机立窑系统装机功率的一半，对煅烧来说是一个用电较大的设备。它的改造成功将对厂家有较深远的意义。
　　　　四、用户对变频节能改造后功能的要求
　　　a)要求变频器的跟随性能好，质量稳定可靠，故障率低。
　　　b)要求壹台变频器可两地操作（也就是提供两块操作面板），一块用延长线联结至窑面上，替代原操作系统；该块操作面板可以任意设定、修改参数，根据生产情况任意调节风量大小，能控制变频器的启停。另一块操作面板必须放在有人值班低压配电室内，只提供运行参数监视和开启、关闭变频器，不能设定参数和修改参数，不能调整风量的大小。
　　　c)在窑面和低压配电室两处都必须安装应急紧急停车按钮。
　　在用风量较小的情况下，必须保证电机的温升和电机的噪声不得超过允许的范围
　　　　五、立窑风机变频调速节能改造方案设计
　　　1）根据现场情况和用户的要求，我们设计安装一台品质优良、性能稳定可靠的平方转矩（风机水泵型）威科变频器，其型号为VEC—V6—132F3，容量为132KW；并联在原风机起动柜主回路电路中，并和原主电路做成安全电器互锁；对立窑风机进行变频节能控制，具体的控制频率，由窑炉操作员工根据实际生产工艺和窑炉的煅烧情况，通过控制变频器面板上的上、下键操作，就能控制窑炉风量的大小。从而放弃了立窑风机过去传统的控制方式，改造成了目前调速效果最好、节电效果最佳的变频调速。
　　　2）在变频器的硬件上加装一路（显示面板）牛脚插痤，制作成两路面板控制；键盘和牛脚插座之间用一条50米长的屏蔽线联结，以满足用户的要求。保留原风机窑面和值班室两处的紧急停车按钮，在空开和变频器之间的主电路中，增设交流按触器。用钢材把原放风阀封牢。变频改造后要依次合理调节每一个窑炉风腰的开度。
　　
　　
　　　　　　
　　
　　
　　
　　　六、变频参数的设定
　　变频器安装完毕后，必须对变频器的参数进行合理的设定，有些参数和设定，将直接影响变频器的运行，导致电机不能启动，造成工程改造的失败。所以在设定时要耐心细致，使参数设定和电机匹配。下面的参数是根据煅烧工艺和窑炉操作工现场试运行确认的参数。仅供大家参考。
　　
　　基本参数
　　
　　
　　序号功能描述设定值　备注
　　1控制方式键盘调速键盘运行
　　2上限频率50HZ
　　4加速时间112
　　5减速时间80
　　6转矩提升17
　　7载波频率5
　　9上升/下降控制有效
　　10自由停车功能有效
　　11电流限幅功能有效
　　
　　　　七、立窑风机变频改造中注意事项
　　　　1）面板控制方式应置为用键盘的（上）或（下）键调节风机的风量较为合理，因为窑面的工作环境较恶劣，假如用电位器调节，天长日久地来回旋转，会使电位器接触不良，造成电机电流波动很大；笔者经过许多家水泥厂的实践证明，键盘（上）、（下）键控制优于电位器控制。
　　　　2）变频器的停车方式设定为自由停车。由于风机是大惯量负载，若加减速时间设定过短，在加速时过程中容易会出现过流、过载，在减速时容易出过电压保护，但设定时间过长，会导致风量调节缓慢，跟随性能会变差，使系统易处在短期不稳定状态中，有时满足不了窑炉生产的要求。因此，在满足变频器正常运行（不跳故障）的前题下，尽量把加减速时间设定合理。
　　　　3）在变频器的输入和输出加装零序电抗器，以减少谐波的份量，以提高变频器的功率因数。
　　　　八、变频改造后的节电效果
　　　　为了了解应用变频调速技术后产生的节电效果，我们和厂方一起做了在相同工况条件下的节电效果测试，具体原始数据如下：
　　
　　　　8月31日（24H）9月1日（24H）9月2日（24H）9月3日（24H）9月4日（24H）9月5日（24H）9月6日（24H）
　　工频运行2640。2720。2680。2688。2656。2704。2712。
　　变频运行2240。2280。2264。2248。2224。2256。2232。
　　节省用电400度440度416度440度432度448度480度
　　
　　　　从上面数所可知立窑风机每天平均节约电费436.5度；按厂家提供的数据，水泥厂立窑风机全年运行　10个月（即300天计算）,电价每KW.h为0.50元，则全年节约电费为：
　　　300天×436.5度×0.50=65,475（元）
　　　此后该项目每年可为厂家节约电费6.5万元，经济效益非常显。
　　
　　　　九、本系统的特点
　　　1）采用节能单机控制，根据生产的实际需要通过调节风机的转速调节送风量，在满足使用要求的前提下达到最大限度的节能。
　　　2）实现了风机的高效调速，调速平稳、精度高，调速过程中转差损耗小，由于降速运行和软启动，使电机启动电流大大减小，起动时定、转子消耗减少，对延长电机寿命十分有利。
　　　3）先进的设置监控及调节功能改善了系统运行特性，使系统操作更简便。
　　　4）系统具有过载、过流、过压、短路、欠压保护措施，使系统的运转率和安全性、可靠性大大提高，有效地防止了喷窑的发生。
　　　5）运用威科变频器最大特点就是电机在低频运行时，不发生振荡现象。
　　结束语
　　　　在风机水泵上采用变频调速技术不仅调速性能优越，而且节能效果十分显著；随着变频器制技术的不断成熟和发展，变频器价格不断下降，我们相信所有的水泥厂立窑风机都会改造成用变频调速来控制。