科技的不斷進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來越迅速基礎(chǔ)設(shè)施不斷加速，建材行業(yè)也得到空前的發(fā)展。但是突出的矛盾顯現(xiàn)出來，能源的供應(yīng)尤其是電力的供應(yīng)與不斷發(fā)展的建材行業(yè)日益擴(kuò)大的生產(chǎn)規(guī)模形成一個(gè)矛盾。電子科技的不斷進(jìn)步，變頻器日漸成熟和越來越廣泛應(yīng)用對(duì)這個(gè)問題找到了一個(gè)出路。談到節(jié)能就不能與電機(jī)拖動(dòng)負(fù)載分開，下面是負(fù)載類型與電能消耗的關(guān)系。
一、負(fù)載與電能消耗關(guān)系
負(fù)載類型與節(jié)能關(guān)系
生產(chǎn)機(jī)械是各式各樣，種類繁多的，但負(fù)載類型主要有三類，它們與節(jié)能的關(guān)系見表1。
表1中的P（KW）、M（n·m）、n（r/min），也可從公式 P=M·n/9550中求得。
二、幾種典型負(fù)載與節(jié)能的分析
1、各種風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載，因P ∝n3，故應(yīng)用變頻器后，節(jié)電效果顯著，見表2。表2為風(fēng)機(jī)泵類應(yīng)用變頻器后，在不同流量Q*，轉(zhuǎn)速n*，軸功率P*（額定值的相對(duì)值百分?jǐn)?shù)）以某頻率值時(shí)的節(jié)電率。
表2數(shù)值是按公式P*=n*×0.0001，N=1-P 計(jì)算而得的，實(shí)際應(yīng)用中可能稍有誤差。例轉(zhuǎn)速n* 為90時(shí)，相應(yīng)頻率值為45Hz，則P*=903×0.0001=73%，所以N=1-73=27%，一般風(fēng)機(jī)，泵類節(jié)電率按工況條件的不同，可達(dá)30%或以上。
2、空壓機(jī)、擠出機(jī)、攪拌機(jī)等因P∝n，所以節(jié)率N=n*%，一般控制在≤20%。
3、破碎機(jī)、粉碎機(jī)、沖壓床、落料機(jī)、剪切機(jī)等負(fù)載，具有周期波動(dòng)性，節(jié)電率與波動(dòng)性大小有關(guān)，可見表3。而且采用閉環(huán)控制時(shí)，相對(duì)節(jié)電率可大些。
4、階梯負(fù)載且處于滿載與空載交替工作方式見圖：
這類負(fù)載例如有貯氣罐的空壓機(jī)，定容積水箱，水池，水塔等工作時(shí)間T1滿負(fù)荷PH，一定壓力（流量容積）自動(dòng)卸荷，電動(dòng)機(jī)空載P0，時(shí)間為T2。我們采用降速降流量并適當(dāng)延長(zhǎng)工作時(shí)間T1′，縮短空載時(shí)間T2′的方法來實(shí)現(xiàn)節(jié)電。經(jīng)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可有15-20%的節(jié)電率。而且T2〈T1 ，一般T2=（1/3~1/4）T1
5、高位水箱，水池，水塔等間歇負(fù)載，在不工作時(shí)間≥工作時(shí)間的條件下，如采用降速降流量來延長(zhǎng)工作時(shí)間，縮短不工作時(shí)間的運(yùn)行方式，約有20~30%的節(jié)電率。
6、人為的負(fù)荷轉(zhuǎn)移來實(shí)現(xiàn)節(jié)電方法。
電動(dòng)機(jī)處于滿負(fù)荷或超負(fù)荷，而且壓力，流量亦無富余度，使用變頻器后沒辦法實(shí)現(xiàn)節(jié)電。但備用泵較多，那就可采用人為的負(fù)荷轉(zhuǎn)移來實(shí)現(xiàn)節(jié)電。
三、水泥廠變頻器應(yīng)用
1、變頻器在立窯羅茨風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用
我國(guó)的大多數(shù)2KT/D以下水泥廠在立窯上配備有160~220KW羅茨風(fēng)機(jī)（產(chǎn)量較大的生產(chǎn)線立窯上配套使用的風(fēng)機(jī)功率更大），傳統(tǒng)的風(fēng)量控制方法是依靠放風(fēng)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于羅茨風(fēng)機(jī)的風(fēng)量較為恒定，而煅燒時(shí)根據(jù)窯內(nèi)情況需要隨時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)量，當(dāng)窯內(nèi)需要減少風(fēng)量時(shí)，是通過放風(fēng)閥放走多余的風(fēng)量，造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。水泥立窯煅燒熟料所耗的電能中，羅茨鼓風(fēng)機(jī)的電能消耗占60%左右，隨著電價(jià)的調(diào)整（整體上是上升趨勢(shì)），電費(fèi)在水泥生產(chǎn)中所占生產(chǎn)成本的比重將越來越高。因此降低鼓風(fēng)機(jī)的能源消耗成為提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要環(huán)節(jié)。工藝要求風(fēng)量隨窯內(nèi)條件進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)量，對(duì)羅茨風(fēng)機(jī)可由變頻器改變風(fēng)機(jī)的供電電源頻率來進(jìn)行無級(jí)調(diào)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量，給變頻器的應(yīng)用與節(jié)能留下較大的空間。實(shí)踐中也證明確實(shí)如此：重慶地維水泥有限公司在1號(hào)窯132KW羅茨風(fēng)機(jī)上安裝艾默生變頻器后，節(jié)電率高達(dá)62%，噸熟料電耗由安裝變頻器前的15.22度下降為安裝后5.55度；河南焦作水泥廠在1KT/D水泥熟料旋窯生產(chǎn)線流態(tài)化系統(tǒng)55KW羅茨風(fēng)機(jī)上安裝變頻器后，節(jié)電率高達(dá)73.2%，耗電量由原來的606度下降到安裝以后的162度，日節(jié)電444度。
重慶地維水泥有限公司在風(fēng)機(jī)應(yīng)用變頻器前后的電耗的對(duì)比表：
2、 心風(fēng)機(jī)，水泵類設(shè)備上的應(yīng)用
目前，一些水泥廠是采用高壓離心式風(fēng)機(jī)進(jìn)行供風(fēng)，該種水泥窯的風(fēng)量調(diào)節(jié)是通過風(fēng)門開度對(duì)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)離心式風(fēng)機(jī)，水泵的變頻改造同樣有巨大的節(jié)能潛力。離心式風(fēng)機(jī)泵類設(shè)備流量與轉(zhuǎn)速成正比。因此在調(diào)節(jié)風(fēng)量或流量時(shí)，如降低20%流量或風(fēng)量，功耗將下降50%，但是轉(zhuǎn)速與壓力成平方關(guān)系，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降20%時(shí)壓力將下降64%，因此要注意工藝要求不能像羅茨風(fēng)機(jī)那樣，不用考慮轉(zhuǎn)速與風(fēng)壓的關(guān)系。
3、 空壓機(jī)上的節(jié)能應(yīng)用
空氣壓縮機(jī)恒壓供氣使用變頻器與壓力構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使壓力波動(dòng)降到1.5%，降低噪音，減少震動(dòng)，保證設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，從而減少設(shè)備維護(hù)，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。用變頻器以前壓力波動(dòng)比較大，并且要求空壓機(jī)不能帶壓?jiǎn)?dòng)。現(xiàn)在變頻器打破原來不允許帶壓?jiǎn)?dòng)的規(guī)定，變頻器可以在任何壓力下隨意啟動(dòng)，啟動(dòng)電流大大降低。通過變頻器方面的實(shí)例，多數(shù)壓縮機(jī)的節(jié)電在20%左右。但是壓縮機(jī)的電機(jī)功率都較大，從幾十個(gè)千瓦到幾千個(gè)千瓦，變頻器的應(yīng)用使控制的品質(zhì)大幅提高，同時(shí)經(jīng)濟(jì)效益也十分明顯。
供水泵使用變頻器后，是通過安裝在管網(wǎng)出口處的壓力傳感器，PID調(diào)節(jié)器與變頻器構(gòu)成閉環(huán)自動(dòng)控制回路，使整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)控制流量保持壓力恒定，，使供水泵在最佳節(jié)能狀態(tài)下運(yùn)行，這與傳統(tǒng)帶有儲(chǔ)氣罐的供水設(shè)備相比較，節(jié)省建筑面積，節(jié)電效果理想，同時(shí)還有節(jié)水降噪，提高可靠性，無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。
4、 卸料機(jī)上的應(yīng)用
立窯卸料機(jī)上一般采用18.5—30KW滑差調(diào)速電機(jī)，轉(zhuǎn)速通常控制在300-1000RPM（工藝上要求），采用變頻器調(diào)速是取代原來的滑差調(diào)速，經(jīng)過幾家的應(yīng)用結(jié)果證明平均節(jié)能在４０％左右，因?yàn)榛钫{(diào)速是一種耗能的低效率的調(diào)速方法。滑差電機(jī)軸的輸出功率P0=KM0N1 (P0表示輸出功率，M0表示負(fù)載轉(zhuǎn)矩，K為常數(shù))
滑差頭損耗功率P=P0-P1=KM0(N0-N1)
由此可見滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速越低，能源效率越低，而卸料機(jī)的轉(zhuǎn)速一般在400RPM左右運(yùn)行，因此應(yīng)用變頻器調(diào)速的方法取得４０％以上的節(jié)能效果是必然的。
5、在預(yù)加水成球系統(tǒng)中的應(yīng)用
目前，預(yù)加水成球工藝技術(shù)在立窯中已經(jīng)非常普遍。他在提高成球質(zhì)量，改善煅燒操作條件，提高立窯熟料產(chǎn)量和質(zhì)量取得比較明顯的效果。利用集中控制實(shí)現(xiàn)雙回路調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)水料比例自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)。使預(yù)加水系統(tǒng)真正起到加濕成球作用，提高成球質(zhì)量，為立窯生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的熟料創(chuàng)造了條件。
6、在選粉機(jī)上的應(yīng)用
重慶地維水泥有限公司的現(xiàn)在用變頻器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，設(shè)備節(jié)能效果明顯，大大降低維護(hù)量。該設(shè)備原來使用JZT392-4型75KW滑差電機(jī)拖動(dòng)，設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格比較低廉。但是電機(jī)本體噪音高，震動(dòng)大，能耗高，無功損耗大軸承的故障也高，滑差控制儀安裝在粉塵飛揚(yáng)的電機(jī)旁邊，多次出現(xiàn)無法調(diào)速，突然失速等故障，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)量大，影響整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。系統(tǒng)一直運(yùn)行在594RPM，但是電氣方面參數(shù)卻相差很大，原來輸入電壓385V，輸入電流72A，功率因數(shù)0.82，輸入功率為40KW。現(xiàn)在參數(shù)為輸入電壓387V，輸入電流18A。功率因數(shù)為0.92，輸入功率為11KW（變頻器加裝直流電抗器）。
四、水泥行業(yè)變頻器潛在市場(chǎng)分析
變頻器在水泥廠的應(yīng)用不僅僅在以上幾個(gè)方面，在回轉(zhuǎn)窯、球磨機(jī)、卸料機(jī)、圓盤給料機(jī)、雙管絞刀、群板喂料機(jī)調(diào)速皮帶稱、喂料絞刀、蓖冷機(jī)等需要進(jìn)行交流調(diào)速部分。隨著國(guó)家在環(huán)保方面制度不斷出臺(tái)，對(duì)環(huán)保的要求也會(huì)越來越高。旋風(fēng)除塵，布袋式除塵器等產(chǎn)品應(yīng)用節(jié)能改造項(xiàng)目將更加明顯。
五、優(yōu)勢(shì)分析
從以上應(yīng)用情況可以看出，水泥廠使用變頻器有以下突出的優(yōu)點(diǎn)：
1、 滿足工藝要求變頻調(diào)速的調(diào)速范圍在１０：１以上，而水泥工藝過程中調(diào)速范圍在10:1范圍內(nèi)即可滿足工藝要求。
2、 變頻器的使用便于進(jìn)行集中控制，提高工廠的自動(dòng)化水平。艾默生公司變頻器配有RS232/RS485通訊接口，和專用通訊適配器，使設(shè)備的集中監(jiān)控成為可能，大大降低人員維護(hù)費(fèi)用提高設(shè)備可靠性。
3、 變頻器產(chǎn)品平滑的調(diào)速特性大大提高產(chǎn)品質(zhì)量。
4、 變頻器可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能，降低成本消耗，獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
六、結(jié)論：
變頻器的應(yīng)用首要是為滿足工藝的要求，一切都是為滿足工藝條件。變頻器是通過轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)滿足工藝要求并實(shí)現(xiàn)節(jié)電的作用，就單臺(tái)電機(jī)來講，變頻器并不是發(fā)電機(jī)，無法在電機(jī)容量處于飽和狀態(tài)的工藝要求下實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。首先要滿足使用的要求，再適當(dāng)?shù)母淖儸F(xiàn)有的工況參數(shù)值，以達(dá)到較高的節(jié)電率。不能一味強(qiáng)調(diào)高的節(jié)電率而忽視滿足使用要求，這是片面不現(xiàn)實(shí)的。要求處理好這個(gè)矛盾，才是合理最佳的使用和節(jié)能方案。
