一、負(fù)載與電能消耗關(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*（額定值的相對值百分?jǐn)?shù)）以某頻率值時的節(jié)電{TodayHot}率。
表2 風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載應(yīng)用變頻器后的節(jié)電率
流量Q*（%） 100 90 80 70 60 50 40
轉(zhuǎn)速n*（%） 100 90 80 70 60 50 40
頻率值（Hz） 50 45 40 35 30 25 20
軸功率P*（%） 100 73 51 34 22 13 6.5
節(jié)電率N（5） 0 27 49 66 78 87 93.5
表2數(shù)值是按公式P*=n*×0.0001，N=1-P 計算而得的，實際應(yīng)用中可能稍有誤差。例轉(zhuǎn)速n* 為90時，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，具有周期波動性，節(jié)電率與波動性大小有關(guān)，可見表3。而且采用閉環(huán)控制時，相對節(jié)電率可大些。
表3 負(fù)載波動性與節(jié)電率的關(guān)系
% 10 15 20 25 30
N% 20 32 44 55 70
4、階梯負(fù)載且處于滿載與空載交替工作方式見圖2：
這類負(fù)載例如有貯氣罐的空壓機(jī)，定容積水箱，水池，水塔等工作時間T1滿負(fù)荷PH，一定壓力（流量容積）自動卸荷，電動機(jī)空載P0，{HotTag}時間為T2。我們采用降速降流量并適當(dāng)延長工作時間T1′，縮短空載時間T2′的方法來實現(xiàn)節(jié)電。經(jīng)實際經(jīng)驗可有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，在不工作時間≥工作時間的條件下，如采用降速降流量來延長工作時間，縮短不工作時間的運行方式，約有20~30%的節(jié)電率。
6、人為的負(fù)荷轉(zhuǎn)移來實現(xiàn)節(jié)電方法。電動機(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，而煅燒時根據(jù)窯內(nèi)情況需要隨時調(diào)節(jié)風(fēng)量，當(dāng)窯內(nèi)需要減少風(fēng)量時，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。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，隨著電價的調(diào)整（整體上是上升趨勢），電費在水泥生產(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。實踐中也證明確實如此：重慶地維水泥有限公司在1號窯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比表：
設(shè)備名稱 功率 平均電流 功率消耗 節(jié)能效果 經(jīng)濟(jì)分析
KW 使用前 使用后 使用前 使用后 萬度/年 萬元/年
一室風(fēng)機(jī) 45 59.25 39.33 35 17 14.3 6.1
二室風(fēng)機(jī) 75 69.75 30 41 18 18 7.7
三室風(fēng)機(jī) 75 84.63 45 50 27 18.2 7.7
三室風(fēng)機(jī) 75 84.13 52 48 25 18.2 7.7
吹煤風(fēng)機(jī) 132 136.38 54.67 81 32 38.8 16.7
蓖冷風(fēng)機(jī) 30 21.43 8 13 5 6.3 2.7
窯頭排風(fēng)機(jī) 90 121.6 50 72 29 34 14.6
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)門開度對風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。對離心式風(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，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)，使壓力波動降到1.5%，降低噪音，減少震動，保證設(shè)備的長期穩(wěn)定運行，從而減少設(shè)備維護(hù)，延長設(shè)備使用壽命。用變頻器以前壓力波動比較大，并且要求空壓機(jī)不能帶壓啟動?，F(xiàn)在變頻器打破原來不允許帶壓啟動的規(guī)定，變頻器可以在任何壓力下隨意啟動，啟動電流大大降低。通過變頻器方面的實例，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，從幾十個千瓦到幾千個千瓦，變頻器的應(yīng)用使控制的品質(zhì)大幅提高，同時經(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)自動控制回路，使整個系統(tǒng)自動控制流量保持壓力恒定，，使供水泵在最佳節(jié)能狀態(tài)下運行，這與傳統(tǒng)帶有儲氣罐的供水設(shè)備相比較，節(jié)省建筑面積，節(jié)電效果理想，同時還有節(jié)水降噪，提高可靠性，無二次污染等優(yōu)點。
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?？刂圃?00-1000RPM（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，因為滑差調(diào)速是一種耗能的低效率的調(diào)速方法?；铍姍C(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。利用集中控制實現(xiàn)雙回路調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)水料比例自動跟蹤調(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，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，設(shè)備簡單，價格比較低廉。但是電機(jī)本體噪音高，震動大，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)場維護(hù)量大，影響整個系統(tǒng)的安全運行。系統(tǒng)一直運行在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?，F(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)變頻器潛在市場分析
變頻器在水泥廠的應(yīng)用不僅僅在以上幾個方面，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。隨著國家在環(huán)保方面制度不斷出臺，對環(huán)保的要求也會越來越高。旋風(fēng)除塵，布袋式除塵器等產(chǎn)品應(yīng)用節(jié)能改造項目將更加明顯。
五、優(yōu)勢分析
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：
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)滿足工藝要求并實現(xiàn)節(jié)電的作用，就單臺電機(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)實的。要求處理好這個矛盾，才是合理最佳的使用和節(jié)能方案。
（轉(zhuǎn)載）
