水泥厂变频节能改造方案

水泥厂变频节能改造方案

【前言】在水泥制造行业，某些功率大、且连续运行的设备耗电量高是水泥制造成本高居不下的一个重要因素。据统计在水泥制造成本中电费成本约占总成本的30%左右，因此很有必要通过对相应耗电量大的设备做一些工艺上的节能改造，利用节电的效果来降低水泥的制造成本、提高经营上的利润空间和市场竞争力。

根据水泥制造工艺要求，结合水泥厂所使用的生产设备，我们得到如下结论：大部分水泥厂的一些设备尤其是大功率设备在生产过程中绝大部分时间都不是满负荷,设备运行的自动化程度相当低,几乎完全靠人工调节,如机立窑供风系统、成球预加水系统、生料均化给料系统、水泥选粉系统、机立窑卸料系统等。

我公司是多年从事变频节能技术研究、开发与应用的专业公司，本着节能降耗、降低经营成本这一原则，结合曾经改造的几十条水泥生产线的实践经验，开发出比较成熟的水泥厂五大生产系统变频调速控制的改造方案。此方案的优点明显，1、投资少；2、安装、调试及控制方便；3、及时保护电机和其他设备，保证设备可靠运行；4、节电效果明显，回收成本快；5、提高了生产过程的自动化程度；6、提高了生产过程的加工工艺精度。从总体的效果来看，改造后的实际系统在水泥制造行业深受客户的普遍欢迎。已成功为多家企业进行了节能改造项目，为其取得了显著的经济效益和良好的社会效应。

一、立窑卸料系统变频改造

1、工况分析

为使水泥烧结过程三平衡（即加料、供风、卸料三平衡），立窑卸料机一般采用18.5～55ＫＷ的滑差调速电机作为盘塔式卸料装置的动力，转速通常控制在300～1000rpm，这是因为卸料必须符合煅烧成料需要，所以应对其速度进行实时控制。但是事实上，采用滑差电机是一种耗能的低效调速方法。它在同等条件下运行较普通Y系统列电机多耗电20%，而且调整特性软，带载能力差，在粉尘严重的水泥行业滑差头故障频频，维修困难。

2、滑差电机调速原理

由于滑差电机主电机轴输出功率：P₀∝M₀*N₀（式中P₀—电机主轴输出功率；M₀—负载转矩；N0—主电机转速）

滑差头输出功率：P₁∝M₀·N₁（式中P₁—滑差头的输出功率；N₁—滑差头转速）

所以，滑差头损耗功率：△P＝P₀－P₁∝M₀（N₀－N₁）

可以看出，滑差电机的主轴转速越低，滑差头消耗的能量愈大，浪费也越严重。这是因为，电机的转速是固定的，也就是说，电机的输出转速恒等于额定转速，滑差头的作用是增加阻力矩，增大电机滑差，使末级输出转速降低，从而达到调速目的。

一般地，卸料机的转速维持在400rpm左右，其节能潜力（亦即滑差头损耗功率与主电机轴功率之比）为

设主电机轴额定转速为980rpm，则

实际经验证明，如果采用变频调速的方式，则会有40～60％的节能效果。

3、滑差电机变频改造方法

（1）将滑差调速电机更换为普通三相异步电机

将原来的滑差电机拆除，改用三相交流异步电机，即将电磁调速电机换为普通Y系列三相鼠笼电机，将原调速控制改为变频控制，这种方法在系统组成和连接上只需要更换电机即可，电气接线十分简单，需要时间不多，可以让调速系统发挥最高效率。 

 变频调速后，考虑到电机运行在低速的时间比较长，电机的散热受到一些影响，温度会升高。在改造过程中，将电磁调速电机换为Y系列交流异步电动机时，如果是等容量的代换，由于原来电机的容量就选得比较大，改造后电机的温升不会超过额定值，不必加恒速风扇降温；如果是非等容量代换，代换电机的容量比电磁调速电机小时，那就需在电机尾罩上加恒速风机，以利于电机的散热。

（2）用变频器直接驱动滑差电机

这种方法无需更换滑差调速电机，用变频器直接控制滑差调速电机的主电机转速，只需将滑环短接，使滑差头不工作。这样减少了机械改造工作，也减少了设备投入，但节能效果因滑差头存在损耗，会比方法（1）低１０％左右。

（3）将滑差调速电机的滑差头钻孔装配螺丝，使电机轴与负载轴作硬性连接。盘塔式卸料装置属典型的恒转矩负载，用变频调速代替原来的滑差调速系统效率大大提高，负载转速越低，变频系统节能效果越显著。

4、改造实例效果分析

5、用户受益

（1）统经变频改造之后，节电率可达35%以上，效益显著；

（2）系统使用更方便。变频改造后调速性能远优于滑差调速，调速特性硬，带载能力提高；

（3）大大减少设备维护工作量，维修费用节约50%以上，保证了生产的连续进行。

6、卸料机变频器参数设定：

二、选粉机的节能改造

1、工况分析

根据水泥标号的不同，要求水泥成品选粉细度不同，而老式选粉机要改变选粉细度，其过程相当麻烦，不单要停产，而且要将选粉机拆开，调整同轴上的每组扇叶的数量和角度。这个过程又没有一定的标准，只能按照经验一次一次对比试验，每次都重复这样过程：拆开机组→调整扇页→装上机组→试选→检验细度直到选出的粉粒达到要求的细度为止。

2、改造方案

将选粉机电机采用变频器拖动，根据水泥标号的不同，逐号试验出电机所需转速，将这些转速预置为变频器的多段速。在机旁设置一选号面板，面板上有变频器启停按扭，水泥选号按钮。变频器由端子控制，多段速所需的开关量由选号面板的按钮给出。

3、改造实例效果分析

4．用户受益

（1）提高了使用的方便性。变频改造后只须按下提前预置的不同标号细度按钮，选粉机选出的粉粒就是您所需要的细度；

（2）优化了生产工艺。变频改造后，可平滑调速，这样就可根据水泥标号及实际选粉细度的不同方便地调速电机，使选粉精度更高。做到了连续化、自动化生产，既节约了宝贵的时间又提高效率；

（3）提高生产效率。变频改造后自动化程度、生产的连续性提高，降低了生产人员的劳动强度，综合效益明显。

5、造粉机变频器参数设定：

三、立窑螺茨风机变频改造

1、工况分析

我国的大多数2KT/D以下水泥厂在立窑上配备有160~220KW罗茨风机（产量较大的生产线立窑上配套使用的风机功率更大），传统的风量控制方法是依靠放风阀进行调节。由于罗茨风机的风量较为恒定，而煅烧时根据窑内情况需要随时调节风量，当窑内需要减少风量时，是通过放风阀放走多余的风量，造成严重的能源浪费。这种操作方式的缺点是明显的：1、电能浪费严重；2、调节精度差；3、启动电流对电网冲击大；4、电机及风机的转速高，负荷强度重；5、起动时机械冲击大,设备使用寿命低;6、噪声大，粉尘污染严重等。水泥立窑煅烧熟料所耗的电能中，罗茨鼓风机的电能消耗占60%左右（吨位熟料电耗一般在15度左右），随着电价的调整（整体上呈上升趋势），电费在水泥生产中所占生产成本的比重将越来越高。因此降低鼓风机的能源消耗成为提高企业经济效益的重要环节。

2、.改造方案

（1）将原拖动系改造为变频调速拖动系统，两套变频调速拖动系统选用的变频器分别为菱科LK600P系列风机专型，两套系统原理一样。变频改造后的供风系统是在保留原降压启动控制系统的基础上增加一套变频调速系统与原控制系统并联，形成的双回路控制系统。其特点是双控制回路互为备用可靠性高，设备检修时不用停机，保障了生产的连续进行。关闭放风门，通过改变电机的转速来改变系统供风量，从而达到节能降耗的目的；

（2）为方便窑面操作人员控制风量，将变频器设置为端子控制，控制信号引至窑面，在窑面装一操作面板，通过操作面板便可控制风机的启停、调节供风量，操作人员根据煅烧工况，可随意调节风量大小。操作面板上安装有一转速表，可指示风机电机转速。

3、改造实例效果分析

(1)

(2)

4．用户受益

（1）改善生产工艺。改造后可根据生产的不同阶段平滑地调节供风量，使保证了产品的质量；

（2）改善生产环境。由于变频器可任意调节风机电机转速，因此可按所需风量准确调节风量，无须旁路放风，大大降低因排风引起的噪音，减少水泥粉尘污染；

（3）减少设备维护工作量。由于变频器具有软起动功能，电机启动时，无大电流冲击，延长设备使用寿命，维护工作量大为减少；

（4）节能降耗。改造后节电效显著，根据原设备及生产工艺状况，节电率可达15%-40%，一般6～12个月可收回全部投资，投资回收周期短，综合效益可观。

5．螺茨风机变频器参数设定

四、成球供水系统

生料成球工序是影响水泥熟料烧结质量的关键工序之一，其中水、料比例直接影响成球好坏。应用变频器后能通过跟踪生料供给量对成球预加水泵的转速进行无级调速，从而实现全自动化的闭环控制，料水配合稳定，成球效果良好，大大提高水泥烧结质量。此系统改造主要为提高自动化程度和制造工艺水平考虑，由于功率较小省电效果还在其次。

五、生料均化给料系统

此系统用变频改造后，将所有送料口处的送料电机用变频器进行同步无机调速，等比例送料，操作人员只需观察螺旋给料机的总输料量，调整送料电机转速快慢即可。这样均化效果大大提高，非生产耽搁时间减少50%以上。

六、空压机上的节能应用

空气压缩机恒压供气使用变频器与压力构成闭环控制系统，使压力波动降到1.5%，降低噪音，减少震动，保证设备的长期稳定运行，从而减少设备维护，延长设备使用寿命。用变频器以前压力波动比较大，并且要求空压机不能带压启动。现在变频器打破原来不允许带压启动的规定，变频器可以在任何压力下随意启动，启动电流大大降低。通过变频器方面的实例，多数压缩机的节电在20%左右。但是压缩机的电机功率都较大，从几十个千瓦到几千个千瓦，变频器的应用使控制的品质大幅提高，同时经济效益也十分明显。

供水泵使用变频器后，是通过安装在管网出口处的压力传感器，PID调节器与变频器构成闭环自动控制回路，使整个系统自动控制流量保持压力恒定，，使供水泵在最佳节能状态下运行，这与传统带有储气罐的供水设备相比较，节省建筑面积，节电效果理想，同时还有节水降噪，提高可靠性，无二次污染等优点。

七、意外收获

由于变频器工作和启动时电流的下降，为其他设备的启动提供了必要的保证，无形中增加了工厂的电力容量，这对电网电压不稳和电力容量偏小的场合尤为有利。象天马水泥有限公司这样整体改造后,可省下200KVA的变压器容量,新上设备时变电所可暂不增容,可节省大量投资。

当然，经过变频改造后还应加强生产工艺方面的管理，再生产允许的条件下合理的调节电机的转速，以达到理想的节能结果。这有待于在以后的工作中加以不断的完善。

【结论】该公司水泥成功的经验充分说明了水泥行业变频改造的非凡潜力，该公司之所以能在不到一年的时间内投入这么大的资金进行改造，一方面是因为公司具有很强的经济实力及公司领导层具有非凡的远见卓识，另一方面也充分说明投资这项改造公司可以得到丰厚的利益回报，并且整体提高了公司在生产工艺方面的自动化程度。