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一、引言

在水泥行業，由于電費的成本已成為原材料成本，人工成本之后的第三大開支；在用電緊張的今天，節省電費已成為企業經營者考慮的一件大事；而水泥廠的立窯風機是水泥廠的重要設備之一，也是主要的耗電設備之一。立窯風機的容量是按照機械立窯最大的設計產量來選型的，且留有一定的余量。在使用中，立窯風機長期固定在最大的轉速下運行。由于季節、晝夜和生產工況的變化，機立窯的實際風量需求在絕大部分時間內遠比設計負載低；在轉速固定的情況下，當立窯風機的風量過剩時，只能通過旁通風管排放掉（或控制風門的進風量），這樣就造成立窯風機功耗的嚴重浪費，故對立窯風機進行變頻節能改造具有一定的現實意義。

二、變頻節電原理

對于風機來說，風量Q與轉速n成正比，風壓F與轉速n的二次方成正比，而軸功率P 與轉速n的三次方成正比（見表1），從表中我們可以看出上述幾個量的變化關系：
 

顯然，變風量控制系統的節能效果是十分突出的。如圖一示為風機風壓H-風量Q曲線特性圖:

n1-代表風機在額定轉速運行時的特性；

n2-代表風機降速運行在n2轉速時的特性；

R1-代表風機管路阻力最小時的阻力特性；

R2-代表風機管路阻力增大到某一數組時的阻力特性。

風機在管路特性曲線R1工作時，工況點為A，其流量壓力分別為Q1、H1，此時風機所需的功率正比于H1與Q1的乘積，即正比于AH1OQ1的面積。由于工藝要求需減小風量到Q2，實際上通過增加管網管阻，使風機的工作點移到R2上的B點，風壓增大到H2，這時風機所需的功率正比H2Q2的面積，即正比于BH2OQ2的面積。顯然風機所需的功率增大了。這種調節方式控制雖然簡單、但功率消耗大，不利于節能，是以高運行成本換取簡單控制方式。

若采用變頻調速，風機轉速由n1下降到n2，這時工作點由A點移到C點，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時變頻調速后風機所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。

三、 立窯基本參數和工作原理

1、窯爐的基本參數

1）機械立窯參數

1、規格：（窯徑×高度）2.0×8.5 ,2、 年產量：普通水泥5～7萬噸

3、喂料方法：單嘴布料溜子11KW， 4、溜子回轉速度：6.48轉/分

5、塔篦子形式：整體雙偏心， 6、塔篦子轉速1.2～12.2轉/分,

7、傳動方式：中心傳動，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）風機參數

　風機功率：132KW，額定電壓：380V，額定電流：245A，轉速2980轉/分，
　運行電流：120A～180A；風量：12776m3/h；風壓：21995Pa；起動方式：△/Y

2、立窯燒成工作原理

由料斗提升機將配置好的生料加一定比例的水，送至成球機成球，然后由布料器勻均地施入窯爐中，圓球狀的生料顆粒由底部的離心風機送風在窯爐中部充分燃燒，到窯爐底部冷卻后，由塔篦子旋轉，將燒好的熟料下到漏斗中，經適量噴水，經熟料破碎機后進入下道工序。由此可見，機立窯風機的配置的好壞直接影響到水泥的產量，故此，許多水泥廠廠家在風機上做文章，加大電機功率，加大風量與風壓，往往適得其反。

從整個立窯系統裝機的設備功率來看，羅茨風機電機功率為132KW，是整個機立窯系統裝機功率的一半，對煅燒來說是一個用電較大的設備。它的改造成功將對廠家有較深遠的意義。

四、 用戶對變頻節能改造后功能的要求

　a） 要求變頻器的跟隨性能好，質量穩定可靠，故障率低。

　b） 要求壹臺變頻器可兩地操作（也就是提供兩塊操作面板），一塊用延長線聯結至窯面上，替代原操作系統；該塊操作面板可以任意設定、修改參數，根據生產情況任意調節風量大小，能控制變頻器的啟停。另一塊操作面板必須放在有人值班低壓配電室內，只提供運行參數監視和開啟、關閉變頻器，不能設定參數和修改參數，不能調整風量的大小。

　c） 在窯面和低壓配電室兩處都必須安裝應急緊急停車按鈕。
在用風量較小的情況下，必須保證電機的溫升和電機的噪聲不得超過允許的范圍

五、立窯風機變頻調速節能改造方案設計

　1）根據現場情況和用戶的要求，我們設計安裝一臺品質優良、性能穩定可靠的平方轉矩（風機水泵型）英威騰變頻器，其型號CHF100-132G/160P-4，容量為132KW；并聯在原風機起動柜主回路電路中，并和原主電路做成安全電器互鎖；對立窯風機進行變頻節能控制，具體的控制頻率，由窯爐操作員工根據實際生產工藝和窯爐的煅燒情況，通過控制變頻器面板上的上、下鍵操作，就能控制窯爐風量的大小。從而放棄了立窯風機過去傳統的控制方式，改造成了目前調速效果最好、節電效果最佳的變頻調速。

　2）在變頻器的硬件上只要通過一條485通訊外接鍵盤，就可制作成兩路面板控制；鍵盤和主板之間可用1200米以內的屏蔽線聯結，以滿足用戶的要求。保留原風機窯面和值班室兩處的緊急停車按鈕，在空開和變頻器之間的主電路中，增設交流按觸器。用鋼材把原放風閥封牢。變頻改造后要依次合理調節每一個窯爐風腰的開度。

變頻節能系統特點

1、采用CHF100變頻器，調速范圍寬，變頻器調速范圍能適應各種調速設備的要求，頻率范圍0.00-400.00Hz可調；

2、控制精度高，變頻器的數字設定分辨率為±0.01%,模擬設定分辨率為±0.1%；

3、控制功能強，能滿足各種不同的控制系統，通過端子可與各種頻率設定信號連接，如：0~10V，4~20mA。可通過端子控制正反轉等多種操作；

4、通過合理調整轉矩提升，轉矩限定功能，電流限幅功能參數，可滿足大起動轉矩，運行中負載突化也不會引起跳閘等事故；

5、保護功能齊全，變頻器有23種保護功能，對過壓、欠壓、過流、過載、過熱均能通過cpu高速計算并給予保護，且能對發生故障的原因給予紀錄；

6、16段的簡易PLC，多段速成及PID控制，擺頻功能

7、瞬時停電不停機功能，自動電壓調整功能，當電網電變化時，能自動控制保持 輸出電壓恒定。

8、轉速追蹤再起動功能，實現對旋轉中的電機的無沖擊平滑起動

9、提供RS485物進通訊端子轉接口，采用MODBUS協議，支技RTU和ASCII兩種傳輸格式 ，可方便組網，實現上位機監控

10、獨創多種快捷調試模式，方便用戶調試。

六、變頻參數的設定

變頻器安裝完畢后，必須對變頻器的參數進行合理的設定，有些參數和設定，將直接影響變頻器的運行，導致電機不能啟動，造成工程改造的失敗。所以在設定時要耐心細致，使參數設定和電機匹配。下面的參數是根據煅燒工藝和窯爐操作工現場試運行確認的參數。僅供大家參考。

基本參數

七、立窯風機變頻改造中注意事項

1） 變頻器的停車方式設定為自由停車。由于風機是大慣量負載，若加減速時間設定過短，在加速時過程中容易會出現過流、過載，在減速時容易出過電壓保護，但設定時間過長，會導致風量調節緩慢，跟隨性能會變差，使系統易處在短期不穩定狀態中，有時滿足不了窯爐生產的要求。因此，在滿足變頻器正常運行（不跳故障）的前題下，盡量把加減速時間設定合理。

八、變頻改造后的節電效果

為了了解應用變頻調速技術后產生的節電效果，我們和廠方一起做了在相同工況條件下的節電效果測試，具體原始數據如下：
 

從上面數所可知立窯風機每天平均節約電費436.5度；按廠家提供的數據，水泥廠立窯風機全年運行　10個月（即300天計算）, 電價每KW.h為0.50元，則全年節約電費為：

    300天×436.5度×0.50=65,475（元）

此后該項目每年可為廠家節約電費6.5萬元，經濟效益非常顯。

九 、本系統的特點

   1）采用節能單機控制，根據生產的實際需要通過調節風機的轉速調節送風量，在滿足使用要求的前提下達到最大限度的節能。

   2）實現了風機的高效調速，調速平穩、精度高，調速過程中轉差損耗小，由于降速運行和軟啟動，使電機啟動電流大大減小，起動時定、轉子消耗減少，對延長電機壽命十分有利。

   3）CHF轉速追蹤功能，能實現對旋轉中的電機快速啟動。

   4）系統具有過載、過流、過壓、短路、欠壓保護措施，使系統的運轉率和安全性、可靠性大大提高，有效地防止了噴窯的發生.