1、引言 在水泥制造行業(yè),某些功率大、連續(xù)運行的設備耗電量高，是水泥制造成本高居不下的一個重要因素。據(jù)統(tǒng)計在水泥制造成本中，電費成本約占總成本的30%左右。因此，應用變頻技術(shù)，對耗電大的設備做一些工藝上的節(jié)能改造,利用節(jié)能的效果來降低水泥的制造成本,可提高經(jīng)營上的利潤空間和市場競爭力。 南京萬輝科技公司的工程技術(shù)人員，根據(jù)水泥制造工藝,及對一些水泥廠生產(chǎn)設備進行了的實際考察和分析。在生產(chǎn)過程中，大部分水泥廠的設備，尤其是一些大功率設備，絕大部分時間都不是滿負荷運行,設備運行的自動化程度相當?shù)?。如機立窯供風系統(tǒng),成球預加工系統(tǒng),生料均化給料系統(tǒng),水泥選粉系統(tǒng)，機立窯卸料系統(tǒng),鏈板機,烘干機,烘干風機,破碎機以及滑差調(diào)速系統(tǒng)等。這些設備和系統(tǒng)中，存在著相當大的能量富裕和浪費，為節(jié)能改造形成了空間。 2、水泥生產(chǎn)工藝流程介紹 水泥的生產(chǎn)制造主要經(jīng)過破碎、儲存和預均化、粉磨、生料的均化和儲存、煅燒、水泥的粉磨這幾個重要的過程。粉磨就是磨機帶有巨大內(nèi)部金屬防護的金屬圓筒，在磨筒中裝有許多球形鋼。由于磨機在旋轉(zhuǎn)，這些鋼球碾碎原料成小顆粒，稱其為生料。煅燒就是在均化后，生料通過稱為預熱器的旋風筒系統(tǒng)運送，經(jīng)歷逐漸地熱處理溫度達900℃,進入回轉(zhuǎn)窯，回轉(zhuǎn)窯烘烤物料。窯身是50～150m長，直徑3～50m的長圓筒，筒內(nèi)壁貼有耐火磚，窯的回轉(zhuǎn)作用和其驅(qū)動角使物料朝出口運行，溫度上升至1400℃。由于這個過程在窯內(nèi)，生料轉(zhuǎn)變成粒狀的硬物，稱之為熟料。熟料是水泥的主要成分，熟料決定了最終產(chǎn)品的質(zhì)量，水泥作為完成產(chǎn)品是一種很細粉未，粉未要滿足于生產(chǎn)熟料，石膏，一些天然和人造的材料（例如：火山灰）混合物的要求。水泥磨機類似于生料磨，嚴格控制和不斷監(jiān)測物料的混合，水泥品種和最重要的特性抗壓強度的水平，取決于熟料的化學成分，粉磨的持續(xù)時間及各種外加劑的摻加和不摻加。其工藝流程圖如附圖所示。 3、立窯供風系統(tǒng)變頻改造 （1）風機運行情況 一般低壓立窯風機的調(diào)節(jié)方式為風門調(diào)節(jié)法，蘿茨風機的供風調(diào)節(jié)方式為排風調(diào)節(jié)或回風調(diào)節(jié)；離心風機的供風調(diào)節(jié)方式為進風閥門調(diào)節(jié)。正常工作時，閥門的開啟度約為70%～90%，即有一部份的風量浪費了。把浪費的這部分風量節(jié)省下來，就是節(jié)電了，鼓風系統(tǒng)在設計時是按最大供風需求（最大工況加備用）來考慮的，鼓風機的運行工況也相同（即按單機的最大供風需求量來考慮的）；在實際使用中有很多時間風機都需要根據(jù)實際工況進行調(diào)節(jié)，傳統(tǒng)的做法是用開關風門的方式進行調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式增大了供風系統(tǒng)的節(jié)流損失，在啟動風機時還會有啟動沖擊電流，且對系統(tǒng)本身的調(diào)節(jié)也是階段性的，調(diào)節(jié)速度緩慢，減少損失的能力很有限，也使整個系統(tǒng)工作在波動狀態(tài)。而通過在送風機加上裝變頻調(diào)速器，則可一勞永逸的解決好這些問題，可使系統(tǒng)工作狀態(tài)平緩穩(wěn)定，并可通過變頻節(jié)能回收投資。 （2）從風機使用的一般性經(jīng)驗可以知道：工頻運行狀態(tài)（ac380v/50hz）下，用風門（風閥）調(diào)節(jié)風量的風機在使用過程中的負荷是在15%～100%之間波動；負荷越小風門（風閥）的節(jié)流損失就越大，風機效率也就越低。而改為變頻調(diào)節(jié)方式（即電機改變供電頻率的方式）就幾乎不存在風門的節(jié)流損失，同時變頻裝置采用軟啟動方式也不存在啟動沖擊電流，對于配電容量有限的工廠用電系統(tǒng)，也可提高其安全系數(shù)。 （3）改造后的變頻供風系統(tǒng)是在保留原來供風系統(tǒng)的基礎上增加一套變頻回路與原回路并聯(lián)使用，形成雙回路可轉(zhuǎn)換的控制系統(tǒng)，并將變頻器的調(diào)速裝置安裝在窯的上部位，通過調(diào)節(jié)電機（風機）的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)燒結(jié)時的用風量。其特點： ● 節(jié)電效果好。由于電機消耗的功率跟電機轉(zhuǎn)速的三次方成正比，改造后電機大部分時間運行在35-43hz左右即可滿足用風量，節(jié)電率大于25%； ● 具有軟啟動功能，降低負荷強度，延長設備使用壽命，啟動電流小，提高用電安全系數(shù)及減少電網(wǎng)容量； ● 調(diào)節(jié)風量精度準確、及時方便； ● 關閉回風口或排風口，減少水泥粉塵污染等。 雞西宏展水泥有限公司采用富凌變頻改造后的測試結(jié)果如表1所示： 4、水泥選粉系統(tǒng) 水泥選粉系統(tǒng)的工作原理是根據(jù)所生產(chǎn)的水泥的標號的不同，調(diào)節(jié)選粉機和選粉風機的轉(zhuǎn)速，從而選出不同細度的水泥制品。老式選粉機要調(diào)整風機的扇葉的數(shù)量和角度，經(jīng)過對比試驗達到所要求的選粉細度；新式選粉系統(tǒng)分為選粉機和選粉風機兩部分，選粉機由滑差（電磁調(diào)速）電機調(diào)速，選粉風機靠調(diào)節(jié)擋風板角度來調(diào)節(jié)風量。這兩種系統(tǒng)都存在操作工藝復雜、調(diào)節(jié)精度差、浪費電能的缺點，特別是滑差電機不但費電，而且因水泥制造環(huán)境粉塵嚴重，故障率特別高，維修多而且困難。變頻改造后，不管是老式系統(tǒng)還是新式系統(tǒng)，萬輝公司都做一些技術(shù)改造，可以將電機調(diào)節(jié)到一個特定的轉(zhuǎn)速就能選出所需要細度的顆粒，在節(jié)約電能的同時還做到了一個特定的轉(zhuǎn)速就能選出所需要細度的顆粒。在節(jié)約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，徐州龍山水泥廠改造后的分析如表2所示。 5、機立窯卸料系統(tǒng) 為使水泥燒結(jié)過程中加料、供風卸料三平衡，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，該電機不但防護等級滿足不了水泥生產(chǎn)現(xiàn)場的需要，而且在相同輸出轉(zhuǎn)速的條件下消耗的功率也比異步電機高出了20%左右；在降低轉(zhuǎn)速時滑差電機效率更低，功耗與異步電機相比更多。因此采用變頻調(diào)速系統(tǒng)代替滑差調(diào)速后，克服了以上缺點，調(diào)速性能遠遠高于滑差調(diào)速電機，在節(jié)電的同時維修費用也大大降低，現(xiàn)已在行業(yè)中得到普遍應用，雞西宏展水泥有限公司等的卸料工序變頻改造節(jié)能效果如表3所示。 6、石頭鏈板、熟料鏈板 由于鏈板速度慢，變頻器改造后，工作頻率一般在15hz左右，節(jié)電率將有50%以上。 7、成球系統(tǒng) 生料成球工序是影響水泥熟料燒結(jié)質(zhì)量的關鍵工序之一，其中水、料比例直接影響成球好壞。應用變頻器后能通過跟蹤生料供給量對成球預加水泵的轉(zhuǎn)速進行無級調(diào)速，從而實現(xiàn)全自動化的閉環(huán)控制。料水配合穩(wěn)定，成球效果好，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制造工藝考慮，由于功率小省電還在其次。 8、生料均化給料系統(tǒng) 此系統(tǒng)用變頻器改造后，將所有送料口處的送料電機用變頻器進行無級調(diào)速，等比例送料，提高均化效果，此點也是制造工藝角度考慮。 9、其它設備 烘干機、烘干風機、破碎機及其它滑差調(diào)速電機等，南京萬輝公司的工程技術(shù)人員經(jīng)分析和比較，變頻改造后都可做到節(jié)電率為20%以上。 10、結(jié)束語 變頻技術(shù)在水泥制業(yè)中的應用，不僅可以節(jié)能、減少維修和維護工作量，降低了水泥生產(chǎn)成本，而且還能穩(wěn)定工藝以提高水泥質(zhì)量。變頻技術(shù)在各行業(yè)機電設備和生產(chǎn)線上的應用，是企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的必然需要。越來越多的企業(yè)認識到應用變頻技術(shù)的而給企業(yè)帶來的競爭優(yōu)勢，對其傳統(tǒng)設備進行變頻改造，從而可促進企業(yè)的發(fā)展。