1、引言 在水泥制造行業(yè),某些功率大、連續(xù)運(yùn)行的設(shè)備耗電量高，是水泥制造成本高居不下的一個(gè)重要因素。據(jù)統(tǒng)計(jì)在水泥制造成本中，電費(fèi)成本約占總成本的30%左右。因此，應(yīng)用變頻技術(shù)，對耗電大的設(shè)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(shè)備進(jìn)行了的實(shí)際考察和分析。在生產(chǎn)過程中，大部分水泥廠的設(shè)備，尤其是一些大功率設(shè)備，絕大部分時(shí)間都不是滿負(fù)荷運(yùn)行,設(shè)備運(yùn)行的自動化程度相當(dāng)?shù)?。如機(jī)立窯供風(fēng)系統(tǒng),成球預(yù)加工系統(tǒng),生料均化給料系統(tǒng),水泥選粉系統(tǒng)，機(jī)立窯卸料系統(tǒng),鏈板機(jī),烘干機(jī),烘干風(fēng)機(jī),破碎機(jī)以及滑差調(diào)速系統(tǒng)等。這些設(shè)備和系統(tǒng)中，存在著相當(dāng)大的能量富裕和浪費(fèi)，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(yù)均化、粉磨、生料的均化和儲存、煅燒、水泥的粉磨這幾個(gè)重要的過程。粉磨就是磨機(jī)帶有巨大內(nèi)部金屬防護(hù)的金屬圓筒，在磨筒中裝有許多球形鋼。由于磨機(jī)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(yù)熱器的旋風(fēng)筒系統(tǒng)運(yùn)送，經(jīng)歷逐漸地?zé)崽幚頊囟冗_(dá)900℃,進(jìn)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(yùn)行，溫度上升至1400℃。由于這個(gè)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(xì)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(jī)類似于生料磨，嚴(yán)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(qiáng)度的水平，取決于熟料的化學(xué)成分，粉磨的持續(xù)時(shí)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(fēng)系統(tǒng)變頻改造 （1）風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況 一般低壓立窯風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)方式為風(fēng)門調(diào)節(jié)法，蘿茨風(fēng)機(jī)的供風(fēng)調(diào)節(jié)方式為排風(fēng)調(diào)節(jié)或回風(fēng)調(diào)節(jié)；離心風(fēng)機(jī)的供風(fēng)調(diào)節(jié)方式為進(jìn)風(fēng)閥門調(diào)節(jié)。正常工作時(shí)，閥門的開啟度約為70%～90%，即有一部份的風(fēng)量浪費(fèi)了。把浪費(fèi)的這部分風(fēng)量節(jié)省下來，就是節(jié)電了，鼓風(fēng)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)是按最大供風(fēng)需求（最大工況加備用）來考慮的，鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況也相同（即按單機(jī)的最大供風(fēng)需求量來考慮的）；在實(shí)際使用中有很多時(shí)間風(fēng)機(jī)都需要根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行調(diào)節(jié)，傳統(tǒng)的做法是用開關(guān)風(fēng)門的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式增大了供風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)流損失，在啟動風(fēng)機(jī)時(shí)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(gè)系統(tǒng)工作在波動狀態(tài)。而通過在送風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)使用的一般性經(jīng)驗(yàn)可以知道：工頻運(yùn)行狀態(tài)（ac380v/50hz）下，用風(fēng)門（風(fēng)閥）調(diào)節(jié)風(fēng)量的風(fēng)機(jī)在使用過程中的負(fù)荷是在15%～100%之間波動；負(fù)荷越小風(fēng)門（風(fēng)閥）的節(jié)流損失就越大，風(fēng)機(jī)效率也就越低。而改為變頻調(diào)節(jié)方式（即電機(jī)改變供電頻率的方式）就幾乎不存在風(fēng)門的節(jié)流損失，同時(shí)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(fēng)系統(tǒng)是在保留原來供風(fēng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)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(jī)（風(fēng)機(jī)）的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)燒結(jié)時(shí)的用風(fēng)量。其特點(diǎn)： ● 節(jié)電效果好。由于電機(jī)消耗的功率跟電機(jī)轉(zhuǎn)速的三次方成正比，改造后電機(jī)大部分時(shí)間運(yùn)行在35-43hz左右即可滿足用風(fēng)量，節(jié)電率大于25%； ● 具有軟啟動功能，降低負(fù)荷強(qiáng)度，延長設(shè)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(fēng)量精度準(zhǔn)確、及時(shí)方便； ● 關(guān)閉回風(fēng)口或排風(fēng)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(biāo)號的不同，調(diào)節(jié)選粉機(jī)和選粉風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而選出不同細(xì)度的水泥制品。老式選粉機(jī)要調(diào)整風(fēng)機(jī)的扇葉的數(shù)量和角度，經(jīng)過對比試驗(yàn)達(dá)到所要求的選粉細(xì)度；新式選粉系統(tǒng)分為選粉機(jī)和選粉風(fēng)機(jī)兩部分，選粉機(jī)由滑差（電磁調(diào)速）電機(jī)調(diào)速，選粉風(fēng)機(jī)靠調(diào)節(jié)擋風(fēng)板角度來調(diào)節(jié)風(fēng)量。這兩種系統(tǒng)都存在操作工藝復(fù)雜、調(diào)節(jié)精度差、浪費(fèi)電能的缺點(diǎn)，特別是滑差電機(jī)不但費(fèi)電，而且因水泥制造環(huán)境粉塵嚴(yán)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(jī)調(diào)節(jié)到一個(gè)特定的轉(zhuǎn)速就能選出所需要細(xì)度的顆粒，在節(jié)約電能的同時(shí)還做到了一個(gè)特定的轉(zhuǎn)速就能選出所需要細(xì)度的顆粒。在節(jié)約電能的同時(shí)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(qiáng)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(jī)立窯卸料系統(tǒng) 為使水泥燒結(jié)過程中加料、供風(fēng)卸料三平衡，立窯普遍采用滑差電機(jī)（電磁調(diào)速電機(jī)）做為盤塔式卸料裝置的動力，該電機(jī)不但防護(hù)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(jī)高出了20%左右；在降低轉(zhuǎn)速時(shí)滑差電機(jī)效率更低，功耗與異步電機(jī)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(diǎn)，調(diào)速性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于滑差調(diào)速電機(jī)，在節(jié)電的同時(shí)維修費(fèi)用也大大降低，現(xiàn)已在行業(yè)中得到普遍應(yīng)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(guān)鍵工序之一，其中水、料比例直接影響成球好壞。應(yīng)用變頻器后能通過跟蹤生料供給量對成球預(yù)加水泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行無級調(diào)速，從而實(shí)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(jī)用變頻器進(jìn)行無級調(diào)速，等比例送料，提高均化效果，此點(diǎn)也是制造工藝角度考慮。 9、其它設(shè)備 烘干機(jī)、烘干風(fēng)機(jī)、破碎機(jī)及其它滑差調(diào)速電機(jī)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(yīng)用，不僅可以節(jié)能、減少維修和維護(hù)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(jī)電設(shè)備和生產(chǎn)線上的應(yīng)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(rèn)識到應(yīng)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(shè)備進(jìn)行變頻改造，從而可促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展。