一、前言

變頻調(diào)速技術(shù)現(xiàn)已被應(yīng)用于各行各業(yè)，我公司于2004年起開始將高壓變頻器應(yīng)用于水泥行業(yè)的電機(jī)節(jié)能改造，至今已成功用于水泥廠窯尾排風(fēng)機(jī)、高溫風(fēng)機(jī)、窯頭煤磨風(fēng)機(jī)、窯頭過剩風(fēng)機(jī)，生料磨循環(huán)風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造，取得了許多成功的改造經(jīng)驗(yàn)，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

典型應(yīng)用案例：2007年6-7月，利德華福在山水集團(tuán)中標(biāo)18臺設(shè)備，其中應(yīng)用較多的是淄博山水水泥公司和平陰山水水泥公司的各兩條日產(chǎn)量5000T生產(chǎn)線的高溫風(fēng)機(jī)、窯頭煤磨風(fēng)機(jī)、窯頭過剩風(fēng)機(jī)，生料磨循環(huán)風(fēng)機(jī)等風(fēng)機(jī)，進(jìn)行變頻節(jié)能改造，都取得良好的節(jié)能效果，下面對改造情況作一簡單介紹。

二、原來用液力耦合器缺陷：

1．液力耦合器屬于一種機(jī)械調(diào)速設(shè)備。液力耦合器的原理決定了液力耦合器有5-8%的速度損失。同時功率損失變?yōu)闊崃浚挂簤河蜏剡^高。需要大量冷卻水冷卻液壓油。
2. 在實(shí)際運(yùn)行中油溫高于95℃以上，使冷卻器的水易結(jié)垢堵塞，造成故障。
3. 由于液力耦合器是用液壓油傳遞功率，因此速度控制不穩(wěn)定、功率因數(shù)低、調(diào)速精度差。
4. 液力耦合器整機(jī)效率低，功率因數(shù)低，調(diào)速精度差，調(diào)速本身的損耗大、維護(hù)量大、二次成本過高，所以節(jié)能效果不明顯。

三、高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)簡介：

異步電動機(jī)的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率f來改變同步轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的，在調(diào)速中從高速到低速都可以保持較小的轉(zhuǎn)差率，因而消耗轉(zhuǎn)差功率小，效率高，是異步電動機(jī)最為合理的調(diào)速方法。

由公式n＝60f/p（1-s）可以看出，若均勻地改變供電頻率f，即可平滑地改變電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。異步電動機(jī)變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬、平滑性較高、機(jī)械特性較硬的優(yōu)點(diǎn)，目前，變頻調(diào)速已成為異步電動機(jī)最主要的調(diào)速方式，在很多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。

高壓變頻調(diào)速具有如下顯著的優(yōu)點(diǎn)：

（1）由負(fù)載檔板或閥門調(diào)節(jié)導(dǎo)致的大量節(jié)流損失，在變頻后不再存在；
（2）異步電動機(jī)功率因數(shù)由變頻前的0.85左右提高到變頻后的0.95以上；
（3）可實(shí)現(xiàn)零轉(zhuǎn)速啟動，無啟動沖擊電流，從而降低了啟動負(fù)載，減輕了沖擊扭振。
（4）高壓變頻器本身損耗極小，整機(jī)效率在97％以上。

對離心式風(fēng)機(jī)而言，流體力學(xué)有以下原理：輸出風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速n成正比；輸出壓力H與轉(zhuǎn)速n的平方成正比；輸出軸功率P與轉(zhuǎn)速n的立方成正比；即：

Q1/Q2＝n1/n2，H1/H2＝（n1/n2）2，P1/P2＝（n1/n2）3

當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量需要改變時，如調(diào)節(jié)風(fēng)門的開度，則會使大量電能白白消耗在閥門及管路系統(tǒng)阻力上。如采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量，可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。變頻調(diào)速時，當(dāng)風(fēng)機(jī)低于額定轉(zhuǎn)速時，理論節(jié)電為：

E=〔1-（ n′/n）3〕×P×T （kW?h）

式中： n是額定轉(zhuǎn)速，n′是實(shí)際轉(zhuǎn)速，P是額定轉(zhuǎn)速時電機(jī)功率，T是工作時間。

可見，通過變頻對風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，不但節(jié)能，而且大大提高了設(shè)備運(yùn)行性能。以上公式為變頻節(jié)能提供了充分的理論依據(jù)。

四、變頻器和液力偶合器的比較：

1.HARSVERT-A高壓變頻器調(diào)速范圍為0～100%；液力偶合器的調(diào)速范圍一般為40～95%，即高速段造成約5%的速度損失，影響機(jī)組的出力。液力偶合器最低一般只能到額定速度的40%。

2.HARSVERT-A高壓變頻器在整個調(diào)速范圍內(nèi)都具有較高的效率（大于96%），而液力偶合器在調(diào)速越低時效率越低，本身帶來不小的損耗，調(diào)速的節(jié)能效果大打折扣。

3.HARSVERT-A高壓變頻器對電機(jī)及負(fù)載機(jī)械實(shí)現(xiàn)真正的軟啟動，徹底解決了啟動沖擊問題，如果工藝需要，電機(jī)可以在短時間內(nèi)多次重復(fù)啟動。液力偶合器不能解決電機(jī)啟動問題，電機(jī)仍然為直接啟動，需要啟動裝置，啟動沖擊也大，并且不能頻繁啟動。

4.用HARSVERT-A高壓變頻器對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速改造時，只需脫開原來的開關(guān)和電機(jī)的連接電纜，加入高壓變頻器即可，不動電機(jī)和機(jī)械的連接關(guān)系，不用改動任何基礎(chǔ)，也不存在場地限制問題。用液力偶合器做調(diào)速改造，必須將液力偶合器串入電機(jī)和機(jī)械的連接軸中，需要移動和重新澆注設(shè)備基礎(chǔ)，有些地方空間也未必允許。

5.HARSVERT-A高壓變頻器是高科技設(shè)備，可靠性高，基本免維護(hù)。液力偶合器是機(jī)械設(shè)備，本身包含油路、水路等多套系統(tǒng)，故障率高，維修工作量大，造成有效生產(chǎn)時間的縮短。

五、高溫風(fēng)機(jī)變頻改造方案：

以水泥廠耗電量較高的高溫風(fēng)機(jī)為例，日產(chǎn)5000t的生產(chǎn)線，高溫風(fēng)機(jī)電機(jī)配置為6kV/2500kW，原來用液力耦合器調(diào)速，改造后在高溫風(fēng)機(jī)的電機(jī)與風(fēng)機(jī)之間由高壓變頻器對電機(jī)本身進(jìn)行調(diào)速，最后達(dá)到調(diào)整窯尾預(yù)熱器（高溫風(fēng)機(jī)入口）的壓力為工況要求值。

根據(jù)水泥廠提供的負(fù)載參數(shù)及運(yùn)行工況，利德華福為窯尾高溫風(fēng)機(jī)配置高壓變頻器型號是：HARSVERT-A06/300（額定電壓6kV，額定電流300A）。

六、窯尾高溫風(fēng)機(jī)系統(tǒng)簡介

淄博山水水泥廠和平陰山水水泥生產(chǎn)線為干法懸窯，其窯燒成系統(tǒng)流程簡圖如圖1所示：

圖1：窯燒成系統(tǒng)流程簡圖
日產(chǎn)5000t旋窯是一個有4度斜角、直徑4.8m、長74m的耐熱鋼筒，內(nèi)鑲各種耐火磚。從預(yù)熱器來的生料從窯尾進(jìn)入到窯中，借助窯的轉(zhuǎn)動來促進(jìn)生料在旋窯內(nèi)高溫下混合、煅燒，物料依靠窯筒體的斜度及窯的轉(zhuǎn)動在窯內(nèi)向前運(yùn)動。窯內(nèi)燃燒產(chǎn)生的余熱廢氣，在窯尾高溫風(fēng)機(jī)的作用下，通過預(yù)熱器對進(jìn)入窯尾前的生料進(jìn)行預(yù)熱均化，降溫后的余熱廢氣再通過高溫風(fēng)機(jī)抽出進(jìn)入廢氣處理（除塵及排出）。

七、改造過程簡述

為減小安裝成本，動力電纜保留了原高壓柜至電機(jī)的電纜，將電纜原接線由高壓柜牽至高壓變頻器，再重新由高壓柜到高壓變頻器敷設(shè)一根動力電纜，由于高壓變頻器房緊鄰高壓室，此電纜長度較短。

由于此高壓變頻器功率較大，發(fā)熱量較大，為保證足夠的通風(fēng)冷卻效果，在變壓器柜頂和功率柜頂分別獨(dú)立安裝了一整體風(fēng)罩，與各自的出風(fēng)口連成整體，把高壓變頻器散出的熱風(fēng)排出室外，保證高壓變頻器整體冷卻通風(fēng)要求。

八、變頻改造節(jié)能情況統(tǒng)計(jì)：

變頻改造前后，我們對相應(yīng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)將部分?jǐn)?shù)據(jù)分析整理如下。

1.淄博山水水泥1、2#窯風(fēng)機(jī)改造前后對比表

淄博山水水泥有限公司改造設(shè)備，應(yīng)用了利德華福共計(jì)8臺高壓大功率變頻器，分別應(yīng)用以下場合：