水泥行業(yè)風機變頻節(jié)能的解決方案
一． 概述
在水泥行業(yè)的立窯、回轉窯風機這樣的設備，耗電量極大，起動電流很高，要求變壓器有足夠大的富余量，同時用電動閥門、擋風板等裝置來調節(jié)風量，在風道系統(tǒng)設計時，為滿足生產環(huán)境的最大要求，必須留有余量，因此風機的風量和壓力往往偏大，功率的偏大設計必然造成能量的浪費。
在傳統(tǒng)的情況中，都是采用閥門來調節(jié)風量的，有些也采用旁通閥或者回流閥來解決流量和壓力余量過大的問題，這些方法都存在著很大的能量消耗，很多的風機有30~70%的能量是消耗在調節(jié)閥的壓降上的，不僅造成電能的浪費，工作效率低，而且開動閥門時，還發(fā)出嘯聲和振動，經常發(fā)生事故。
近幾年來變頻技術的出現(xiàn)，徹底改變了這一狀況，實踐證明在風機的系統(tǒng)中接入變頻系統(tǒng)，利用變頻技術改變電機轉速來調節(jié)風量和壓力的變化用來取代閥門控制風量，能取得明顯的節(jié)能效果。
二． 節(jié)能原理
立窯、回轉窯上的風機的運行工況由立窯、回轉窯的負荷情況決定，根據(jù)流體力學理論，電機軸功率P和風量Q、壓力H之間的關系為：
P=K*H*Q/η
其中K為常數(shù)；
η為效率。
它們與轉速N之間的關系為：
Q1/Q2=N1/N2
H1/H2=（N1/N2）2
P1/P2=（N1/N2）3
圖中曲線1為風機在恒速下壓力H和流量Q的特性曲線，曲線2是管網風阻特性（閥門開度為100%）。假設風機在設計時工作在A點的效率最高，輸出風量Q1為100%，此時的軸功率P1=Q1*H1與面積AH10Q1成正比。根據(jù)工藝要求，當風量需從Q1減少到Q2（例如70%）時，如采用調節(jié)閥門的方法相當于增加了管網阻力，使管網阻力特性變到為 2
曲線3，系統(tǒng)由原來的工況A點變到新的工況B點運行，由圖中可以看出，風壓反而增加了，軸功率P2與面積BH20Q2成正比，減少不多。
如果采用變頻調速控制方式，將風機轉速由N1降到N2，根據(jù)風機的比例定律，可以畫出在轉速N2下壓力H和流量Q特性如曲線4所示，可見在滿足同樣風量Q2的情況下，風壓H3將大幅度降低，功率P3（相等于面積CH30Q2）也隨著顯著減少，節(jié)省的功率△P=△HQ2與面積BH2H3C成正比，節(jié)能的效果是十分明顯的。
由流體力學可知，風量Q與轉速的一次方成正比，風壓H與轉速的平方成正比，軸功率P與轉速的立方成正比，當風量減少，風機轉速下降時，起功率下降很多。
例如風量下降到80%，轉速也下降到80%時，則軸功率下降到額定功率的51%；如風量下降到50%，功率P可下降到額定功率的13%，當然由于實際工況的影響，節(jié)能的實際值不會有這么明顯，即使這樣，節(jié)能的效果也是十分明顯的。
因此在有風機、水泵的機械設備中，采用變頻調速的方式來調節(jié)風量和流量，在節(jié)能上是一個最有效的方法。
三． 節(jié)能系統(tǒng)
綜上所述，只要正常生產過程中電動閥門的開度在85%以下，在安裝節(jié)能系統(tǒng)之后，我們預計節(jié)能率應在30%以上。同時節(jié)能系統(tǒng)還具有以下優(yōu)點：
1． 采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，可靠性，精確度，穩(wěn)定性都有很大提高。
2． 實現(xiàn)電機軟起動，消除電機起動電流的沖擊，延長機械設備的使用壽命。
3． 運行平穩(wěn)，減低噪音，改善工作環(huán)境。
在水泥行業(yè)的立窯、回轉窯風機這樣的設備，耗電量極大，起動電流很高，要求變壓器有足夠大的富余量，同時用電動閥門、擋風板等裝置來調節(jié)風量，在風道系統(tǒng)設計時，為滿足生產環(huán)境的最大要求，必須留有余量，因此風機的風量和壓力往往偏大，功率的偏大設計必然造成能量的浪費。
在傳統(tǒng)的情況中，都是采用閥門來調節(jié)風量的，有些也采用旁通閥或者回流閥來解決流量和壓力余量過大的問題，這些方法都存在著很大的能量消耗，很多的風機有30~70%的能量是消耗在調節(jié)閥的壓降上的，不僅造成電能的浪費，工作效率低，而且開動閥門時，還發(fā)出嘯聲和振動，經常發(fā)生事故。
近幾年來變頻技術的出現(xiàn)，徹底改變了這一狀況，實踐證明在風機的系統(tǒng)中接入變頻系統(tǒng)，利用變頻技術改變電機轉速來調節(jié)風量和壓力的變化用來取代閥門控制風量，能取得明顯的節(jié)能效果。
二． 節(jié)能原理
立窯、回轉窯上的風機的運行工況由立窯、回轉窯的負荷情況決定，根據(jù)流體力學理論，電機軸功率P和風量Q、壓力H之間的關系為：
P=K*H*Q/η
其中K為常數(shù)；
η為效率。
它們與轉速N之間的關系為：
Q1/Q2=N1/N2
H1/H2=（N1/N2）2
P1/P2=（N1/N2）3
圖中曲線1為風機在恒速下壓力H和流量Q的特性曲線，曲線2是管網風阻特性（閥門開度為100%）。假設風機在設計時工作在A點的效率最高，輸出風量Q1為100%，此時的軸功率P1=Q1*H1與面積AH10Q1成正比。根據(jù)工藝要求，當風量需從Q1減少到Q2（例如70%）時，如采用調節(jié)閥門的方法相當于增加了管網阻力，使管網阻力特性變到為 2
曲線3，系統(tǒng)由原來的工況A點變到新的工況B點運行，由圖中可以看出，風壓反而增加了，軸功率P2與面積BH20Q2成正比，減少不多。
如果采用變頻調速控制方式，將風機轉速由N1降到N2，根據(jù)風機的比例定律，可以畫出在轉速N2下壓力H和流量Q特性如曲線4所示，可見在滿足同樣風量Q2的情況下，風壓H3將大幅度降低，功率P3（相等于面積CH30Q2）也隨著顯著減少，節(jié)省的功率△P=△HQ2與面積BH2H3C成正比，節(jié)能的效果是十分明顯的。
由流體力學可知，風量Q與轉速的一次方成正比，風壓H與轉速的平方成正比，軸功率P與轉速的立方成正比，當風量減少，風機轉速下降時，起功率下降很多。
例如風量下降到80%，轉速也下降到80%時，則軸功率下降到額定功率的51%；如風量下降到50%，功率P可下降到額定功率的13%，當然由于實際工況的影響，節(jié)能的實際值不會有這么明顯，即使這樣，節(jié)能的效果也是十分明顯的。
因此在有風機、水泵的機械設備中，采用變頻調速的方式來調節(jié)風量和流量，在節(jié)能上是一個最有效的方法。
三． 節(jié)能系統(tǒng)
綜上所述，只要正常生產過程中電動閥門的開度在85%以下，在安裝節(jié)能系統(tǒng)之后，我們預計節(jié)能率應在30%以上。同時節(jié)能系統(tǒng)還具有以下優(yōu)點：
1． 采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，可靠性，精確度，穩(wěn)定性都有很大提高。
2． 實現(xiàn)電機軟起動，消除電機起動電流的沖擊，延長機械設備的使用壽命。
3． 運行平穩(wěn)，減低噪音，改善工作環(huán)境。
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