1、引言 在水泥制造行業,某些功率大、連續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。據統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，對耗電大的設備做一些工藝上的節能改造,利用節能的效果來降低水泥的制造成本,可提高經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人員，根據水泥制造工藝,及對一些水泥廠生產設備進行了的實際考察和分析。在生產過程中，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低。如機立窯供風系統,成球預加工系統,生料均化給料系統,水泥選粉系統，機立窯卸料系統,鏈板機,烘干機,烘干風機,破碎機以及滑差調速系統等。這些設備和系統中，存在著相當大的能量富裕和浪費，為節能改造形成了空間。 2、水泥生產工藝流程介紹 水泥的生產制造主要經過破碎、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，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運送，經歷逐漸地熱處理溫度達900℃,進入回轉窯，回轉窯烘烤物料。窯身是50～150m長，直徑3～50m的長圓筒，筒內壁貼有耐火磚，窯的回轉作用和其驅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，生料轉變成粒狀的硬物，稱之為熟料。熟料是水泥的主要成分，熟料決定了最終產品的質量，水泥作為完成產品是一種很細粉未，粉未要滿足于生產熟料，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、立窯供風系統變頻改造 （1）風機運行情況 一般低壓立窯風機的調節方式為風門調節法，蘿茨風機的供風調節方式為排風調節或回風調節；離心風機的供風調節方式為進風閥門調節。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省下來，就是節電了，鼓風系統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實際工況進行調節，傳統的做法是用開關風門的方式進行調節，這種調節方式增大了供風系統的節流損失，在啟動風機時還會有啟動沖擊電流，且對系統本身的調節也是階段性的，調節速度緩慢，減少損失的能力很有限，也使整個系統工作在波動狀態。而通過在送風機加上裝變頻調速器，則可一勞永逸的解決好這些問題，可使系統工作狀態平緩穩定，并可通過變頻節能回收投資。 （2）從風機使用的一般性經驗可以知道：工頻運行狀態（ac380v/50hz）下，用風門（風閥）調節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）的節流損失就越大，風機效率也就越低。而改為變頻調節方式（即電機改變供電頻率的方式）就幾乎不存在風門的節流損失，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，也可提高其安全系數。 （3）改造后的變頻供風系統是在保留原來供風系統的基礎上增加一套變頻回路與原回路并聯使用，形成雙回路可轉換的控制系統，并將變頻器的調速裝置安裝在窯的上部位，通過調節電機（風機）的轉速來調節燒結時的用風量。其特點： ● 節電效果好。由于電機消耗的功率跟電機轉速的三次方成正比，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，提高用電安全系數及減少電網容量； ● 調節風量精度準確、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果如表1所示： 4、水泥選粉系統 水泥選粉系統的工作原理是根據所生產的水泥的標號的不同，調節選粉機和選粉風機的轉速，從而選出不同細度的水泥制品。老式選粉機要調整風機的扇葉的數量和角度，經過對比試驗達到所要求的選粉細度；新式選粉系統分為選粉機和選粉風機兩部分，選粉機由滑差（電磁調速）電機調速，選粉風機靠調節擋風板角度來調節風量。這兩種系統都存在操作工藝復雜、調節精度差、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，不管是老式系統還是新式系統，萬輝公司都做一些技術改造，可以將電機調節到一個特定的轉速就能選出所需要細度的顆粒，在節約電能的同時還做到了一個特定的轉速就能選出所需要細度的顆粒。在節約電能的同時還做到了連續化、自動化生產。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 為使水泥燒結過程中加料、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現場的需要，而且在相同輸出轉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。因此采用變頻調速系統代替滑差調速后，克服了以上缺點，調速性能遠遠高于滑差調速電機，在節電的同時維修費用也大大降低，現已在行業中得到普遍應用，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，節電率將有50%以上。 7、成球系統 生料成球工序是影響水泥熟料燒結質量的關鍵工序之一，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速進行無級調速，從而實現全自動化的閉環控制。料水配合穩定，成球效果好，大大提高水泥燒結質量。此系統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 此系統用變頻器改造后，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速電機等，南京萬輝公司的工程技術人員經分析和比較，變頻改造后都可做到節電率為20%以上。 10、結束語 變頻技術在水泥制業中的應用，不僅可以節能、減少維修和維護工作量，降低了水泥生產成本，而且還能穩定工藝以提高水泥質量。變頻技術在各行業機電設備和生產線上的應用，是企業生產發展的必然需要。越來越多的企業認識到應用變頻技術的而給企業帶來的競爭優勢，對其傳統設備進行變頻改造，從而可促進企業的發展。