摘要：針對大功率變頻器在風機調速節能上的廣泛應用，本文介紹了水泥廠的蘿茨風機變頻調速改造的節能預測和在實際中的應用。在采用工頻拖動的運行工況中，由于風壓過大，擋板調節不足對運行工況造成的生產操作復雜與能源的浪費情況，所以產生的對應用變頻器進行調速調節運行的實際需求，并預測調速運行能產生的效益。在變頻器投入運行后，對運行工況的改善，能量節約的狀況進行測量與總匯。 　　關鍵詞：變頻器 節能 蘿茨風機 　　一、 水泥廠建設的歷史原因及現狀 　　由于歷史和經濟的原因，上世紀九十年代及以前建造的水泥廠的供水、供煤、送風等動力系統為交流電動機和滑差電機兩種。為保證其滿足動力需要，均按最大需求設計（其中滑差電機需保持20%動力余量）交流電動機、風機和水泵均工作在最大工作需求狀態下，為滿足需要的變化則用蘿茨風機調整送風擋板、風門的開啟度來調節放風量與供風量的比例；或用回流閥門調節供水量；以及用電動機起停等手段來調節風壓、風量和水壓、水量。電氣控制采用星、三角直接啟動（或變壓器降壓啟動）。頻繁的起停、4——6倍的啟動電流沖擊電網的穩定和電動機發熱，增加了電機維修成本，縮短了電機的使用壽命。同時，風門、調節檔板的頻繁開關調節，也增加了風阻和管道的振動，產生噪音；供水、供風質量變差，致使設備加速老化，大量電能在調節環節中白白浪費。 　　二、 技術改造的積極意義和事實的必要性 　　在企業的生存、發展和不斷壯大的過程中“實現利潤最大化”是企業永恒的主題和追求。通過減少原材料的消耗和降低人工成本來增加企業利潤已經被大家所廣泛認同。但是，通過技術改造減少能源消耗來增加利潤卻往往因為企業缺少專業人員，或是購買、更新和改造相關設備的成本增加等原因而被忽視。事實上，節約能源、降低能源的消耗量、合理利用資源；不僅能增加企業的收入，更是改變經濟增長方向的當務手段。是利在當代，功在千秋，惠及子孫的偉業。中國物產豐富，但人均資源占有量卻達不到世界平均水平，屬于資源相對貧困的國家。改革開放以后，我國的快速經濟增長是以消耗大量能源為代價換來的，根據相關資料的統計結果顯示，國內企業的能源消耗量較國外同類企業的平均水平要高出40%以上，同時我國萬元GDP的能源消耗量更是世界平均水平的三倍。 　　三、 卓有成效的方法和途徑 　　按照中共中央‘關于改造“十一.五”經濟規劃的建議’中“把單位產值的能耗降低20%”的總體要求。今后我國的經濟發展模式急需改變；必須轉變目前這種依靠消耗大量能源來換取經濟快速增長的“粗放型”方式。要實現這種戰略性的變革的根本途徑之一：是利用先進的變頻技術對工業生產中占總用電量60%的電動機耗用的現狀進行綜合分析改造，達到節能降耗的目的。研究表明，在不同的使用領域，給電動機加裝制造設計先進、質量穩定、功能強大的變頻器是最直接有效的途徑之一。在不降低使用功能和效率的前提下，企業的直接收益是大幅度下降的巨額電費和生產成本的降低，間接的社會效益是減少了電廠的興建，有效減少了水、電、煤的燃燒，讓我們的子孫萬代能在一個綠色的星球上幸福的生活。 　　四、 改造實例分析 　　由于工作的原因，筆者近期有幸參與了重慶市云陽縣云安東風水泥廠部分設備改造工程的論證、試驗和改造驗收工作。本著“穩妥可靠、萬無一失”的原則，在比較了國內外多家在國內銷售使用量較多、性價比較高的知名品牌的變頻器產品后，他們最終選擇了上海山宇電子設備有限公司的SY6000系列變頻器作為改造工程中首選的品牌。山宇公司生產的SY6000系列變頻器，其主要電子元器件均出自國際知名的制造廠、性能卓越；該公司的變頻器主要元器件全部出自日本三菱公司的第三代產品，也是眾多國外知名品牌變頻器的首選；性能穩定、質量可靠。該系列變頻器設計理念先進、功能齊全、控制特性優良、保護功能嚴密，外圍配套系統設計簡便；還內置PID、PLC和485通訊接口，遠程控制、PC機總控，上位機控制等來實現遠距自動控制方式，多路模擬數字輸入輸出通道，支持高速輸入輸出，端子控制程序運行，擺頻運行等多種運行方式，接收各種物理量反饋控制，形成閉環回路自動控制等。軟起、軟停，沒有沖擊電流，無級調速避開機械共振頻率，減少噪音，延長機械電氣系統的使用壽命，實現最佳控制。可恒壓、定量供水；按需送風。高（低）壓、缺相、過流、過載保護；全面保證電動機安全運行，故障自動復位，睡眠蘇醒等功能齊全。該公司技術力量雄厚。服務全面、及時周到。40多個辦事處遍布全國各地。 　　重慶市云陽縣云安東風水泥廠兩臺高爐送風系統原來分別采用250KW和180KW的三相交流6級電動機帶動蘿茨風機系統，通過調整蘿茨風機風板開啟度來調節放風量與用風量的比例（即調節風量的利用率），來滿足燒結時不同用風量的傳統機械調節方法，傳統蘿茨風機供風方法的缺點是：電能浪費嚴重 ，風量調節精度差，電動機啟動沖擊電流大，噪音大、粉塵污染嚴重，降低了電機和風機的機械壽命。采用山宇SY6000變頻器進行改造很簡單，就是取消原啟動機柜的星、三角啟動裝置，在星、三角啟動裝置的位置上加裝變頻器，原機柜的其他裝置仍然保留使用，動力電纜等接線不動，在保留原控制系統的基礎上增加一套變頻控制回路與原控制并聯，形成的雙回路控制系統。其特點是原蘿茨風機系統不動，工程改造量少，改造費用低，停產改造時間少（1小時左右），雙回路保障生產的高效運行。由于SY6000型變頻器具有軟起動功能，電機起動時，無大電流沖擊，減少了設備維修次數，延長了設備使用壽命。變頻器可任意調節風機電機轉速，因此可按所需風量準確調節風量，無須旁路放風、減少水泥粉塵污染、節電效果明顯。 　　五、 風機調速運行的節能原理 　　5.1風機運行特性 　　風機屬于平方轉矩類型負載，在額定轉速運行的特性曲線如圖1所示 [align=center] 圖1 風機特性曲線 （β=900）[/align] 　　H-Q曲線：當轉速為恒定時，表示風壓與風量間的關系特性。 　　P-Q曲線：當轉速為恒定時，表示功率與風量間的關系特性。 　　η-Q曲線：當轉速恒定時，表示風機的效率特性。 　　5.2風機流量的確定 　　 風機在運行時，一定轉速的風機產生的離心壓力作用在一個截面上時，介質在單位時間內的通過量，即為流量。風機在運行時，通過風機壓力和管網阻力的共同作用，出現一個穩定的流量輸出，稱之為工況點，其特性曲線如圖2所示 [align=center] 圖2 風機運行工況點[/align] 　　M ——工況點 　　R ——管網的阻力曲線 　　H ——風機壓力曲線 　　5.3風機流量的調節方法 　　（1）改變管網阻力實現對風機輸出的調節 　　 當管網阻力發生變化時，風機轉速保持不變，風壓隨之上升，風機運行的工況點將改變，風機的輸出流量將隨之發生變化，其特性曲線如圖3所示。 [align=center] 圖3 管網阻力變化時的風機流量特性曲線[/align] 　　 在實際運行中，是通過調節擋風板的開度來實現的，當擋風板的開度減小時，管網的阻力隨之增加。 　　擋板的三種開度對應R1、R2、R3三種阻力工況，則在風機轉速不變時，其與風機壓力特性曲線分別出現了M1、M2、M3三種工況點。 　　三種工況點對應的三個流量Q1、Q2、Q3就是在轉速不變時，三種擋板開度所對應的流量。調節擋板的開度，即可以調整風機輸出流量的多少。 　　（2）改變風機的轉速來實現對風機的風量調整節 　　改變風機的轉速時，風機的壓力特性曲線隨之改變，當管網阻力不變時，其特性曲線如圖4所示 [align=center] 圖4 改變風機轉速的特性曲線[/align] 　　 當風機的轉速定為n1、n2、n3時，每個轉速對應其相應的壓力特性曲線，在管壓阻力R不變的情況下，工況點隨之改變為M1、M2，其對應的流量為Q1、Q2。 　　在實際中，采用變頻器方法可達到對風機轉速的調節，從而在管網阻力不變的情況下調節流量。 　　5.4風機定速運行與風機調速運行在輸出同等風量時的比較 　　當風機的額定轉速為n1，擋板全開管壓力為R1，額定流量為Q1時，通過調節管網壓力和風機轉速的2種方法，將輸出流量改變為Q2，起運行工況的差異如圖5所示 [align=center] 圖5 管網阻力與風機速度調節流量時的工況點差異[/align] 　　從圖5中可以看出，在輸出同等流量的情況下，用擋板調節的工況點是M3，運行時壓力為H3，運行時壓力為Hf。用速度調節的工況點是M2，運行時壓力為H2。 　　兩種風量調節方法消耗能量的差異： 　　在上面可以看出，調節擋板與調節轉速的最大差異在于風壓，兩種運行方式風機消耗的軸功率差異為： 　　 Q＊△H 　　 △P=- 　　 102ηTηF 　　根據風機功率消耗的相似性理論,得出結論： 　　用擋板調節風量與用轉速調節風量對比，隨著實際輸出流量與風機額定流量差值的加大，能量的消耗差異也呈平方比例系數加大。 　　180KW改造前和改造后使用情況對照表 　　 　　改造前: 起動電流, 變壓器降壓起動電流1000A , 工作電流, 332A , 工作電壓 ,380V , 風量調節質量 , 振動大、噪聲大、反映慢、供風質量差, 勞動強度, 2人操作, 日耗電量, 5244度 　　 　　改造后: 起動電流, 變頻軟起0-350A 工作電流,150-300A, 工作電壓 ,380V ,風量調節質量, 振動小、噪聲小、反映快、供風質量高 ,勞動強度, 1人操作 ,日耗電量 ,平均耗電 ,3791度 　　 　　由于現場風機日工作時間為24小時，改造后平均日節電為1453度，按每度電費為0.57算，每天節約的費用為830元左右，效益相當可觀。試用運行6個月的試驗驗收結果證明：系統改造方案正確，試選山宇SY6000系列變頻器及送風系統運行穩定，質量可靠，達到了最優控制效果，實現了軟起、軟停，閉環自動控制和人工干預相結合，在6個月的試用時間中，未發現任何故障，顯著減少了系統維修次數和工作量，確保了最佳送風效果，節省維修費用50%，生產效率提高了10%，單機節電達40%左右，半年節省的電費已相當全部改造成本，現工廠正準備全部選用山宇牌變頻器、軟啟動器對全廠的蘿茨風機供風系統，成球預加水系統，生料均化給料系統、水泥選粉系統及主窯卸料系統進行全面改造。 　　六、結束語 　　 通過變頻器在水泥廠送風機中的試用，顯示出其變頻器調速運行和原蘿茨風機通過調節閥門定速運行的用電量差異，反映出原蘿茨風機所造成電能的浪費相當觸目驚心。 　　目前，國產的變頻器技術已經相當成熟，而且在各行業中已得到廣泛的應用，隨著電力電子技術的發展，大功率IGBT模塊的進一步發展，其價格也逐漸趨于合理，預示著變頻器產品將在我國節能領域得到廣泛的應用。