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| 水泥廠的電機節(jié)能發(fā)展現狀及未來趨勢分析 |
| （時間:2014-5-13 10:56:45） |
前言
隨著規(guī)�；A設施的建設和社會經濟的飛速發(fā)展，大、中型水泥廠的建設日趨完善，隨之而來的節(jié)能減排任務相當繁重。在水泥廠用電中，中小型電機占據主導地位，每年所消耗的電能占整個水泥廠電能損耗的一半以上。為了進一步落實國家節(jié)能減排政策，實現節(jié)能減排的指標，中小型電機的節(jié)能是水泥行業(yè)所面臨的一大課題，也是水泥行業(yè)發(fā)展的新機遇。
1、國產電機及節(jié)能現狀
1.1現狀
目前，我國中小型電機有三大系列三相異步電動機：Y、Y2和Y3。目前水泥廠工藝裝備所配電機大多為此類異步電動機。
1985年Y系列三相異步電動機及其派生系列產品被大力推廣，功率范圍從0.55kW到250kW。后經過引進、并消化美國西屋公司和瑞士BBC公司的技術，自行研發(fā)了Y系列6kV中型高壓三相異步電動機，功率范圍從220kW到2800kW。隨著我國電力技術的進步，電網電壓從6kV上升到10kV，相繼又研發(fā)了10kV系列高壓異步電動機，并采用新穎的箱式結構，此類高壓電機目前占據國內中高壓電機市場的主導地位。
1996年我國又研發(fā)了Y2系列三相異步電動機，功率范圍從0.12kW到315kW，此系列電機不僅大大降低了空載噪聲，而且還有效抑制了負載噪聲。2003年Y3系列三相異步電動機相繼上市，此類電機采用冷軋硅鋼片成型，其能耗已達到GB18163-2002《中小型三相異步電動機能效限定值及節(jié)能評定值》中能耗限定值的有關規(guī)定，其主要性能指標也已達到目前國際先進水平。
1.2水泥廠電機的配置和節(jié)能現狀
水泥廠無論大小裝備都采用的是電機拖動，其中90%是交流異步電機，而且約50%是高壓電機，這其中約70%拖動的是風機等類負載，而且這類負載有很大一部分需要調速。目前在傳統的水泥廠中，應用最廣泛的調節(jié)風量的方式是利用電動執(zhí)行機構來調節(jié)擋風板，通過調節(jié)擋風板的開度來調節(jié)所需風量。在調節(jié)擋風板的過程中，電機的轉速保持不變，其輸出能量也不變，只通過調節(jié)擋風板的開度來達到負載所需的風量要求。根據能量守恒定律，當負載根據系統的需求需要很小的風量時，其擋風板的開度就要減小，此時電機的輸出能量與負載所需能量之差，在此過程中就被白白消耗和損失掉。另外，水泥廠的風門調節(jié)大多采用電動調節(jié)閥來實現的，電動調節(jié)閥的品質決定了風門開關的靈活度。由于水泥廠是多粉塵企業(yè)，即使在每個揚塵點都使用了環(huán)保設備，水泥廠也想盡辦法采取了一系列的收塵措施，也難避免細微粉塵的排放。在使用過程中，有很多擋風板由于受環(huán)境的影響，不能按照上面下達的指令靈活的開關風門，甚至有些閘門在使用過程中被物料死死卡住，導致無法調節(jié)，如生產中常用的庫頂物料分料閥，工人經常要上去巡視和現場清理，不僅費時費力，還給生產帶來很大損失，同時這也是生產環(huán)節(jié)中的一大隱患，更重要的是能量損耗嚴重。再加上采用閘板控制閥門引起的阻力損耗，嚴重影響設備的經濟運行，改善這一調節(jié)方式勢在必行。
2、電機節(jié)能的發(fā)展趨勢
在國家出臺的《節(jié)能環(huán)保產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中，運用高效節(jié)能技術和采用高效節(jié)能裝備是重要一環(huán)。采用變頻調速和使用高效節(jié)能電機是提高電機運行效率的兩個重要的途徑。
2.1通過變頻調速實現節(jié)能
在實際運行中，系統需求的風量會隨工況、產量的變化而變化，由于變頻器能夠根據實際需要對電動機轉速進行實時調節(jié)，能夠使電動機在最節(jié)能的轉速下運行，減少輕載運行時的電能消耗，調速范圍寬，調節(jié)精度高，運行效率高，并可以實現電動機的軟啟動，減少啟動沖擊和設備磨損，降低電動機運行的綜合電耗，這種節(jié)能方式節(jié)能效果明顯，一般節(jié)電率在20%~30%，有時甚至可以達到50%，而且最重要的是：投資回收期較短，很快就可以收回全部投資。
目前低壓變頻技術日漸成熟，產品質量也較穩(wěn)定，在新建大中型規(guī)模水泥廠中，需要進行風量調節(jié)的低壓電機基本上已經采用交流變頻器進行調速，改變所需風量，改善運行效率，對電機轉速進行有效控制，從而實現電機的節(jié)能，如窯頭熟料輸送部分的篦冷機冷卻風機、窯頭一次風機、循環(huán)水泵以及部分收塵風機等。
我國高壓電動機多為10kV。由于受電力電子器件耐壓限制，目前尚難實現該等級變頻器的直接高壓輸出。目前國內高壓變頻器都采用單元串聯式多電平變頻器技術，其輸出電壓可達到10kV甚至更高，且輸入、輸出波形好，對電網的諧波污染小。國外高壓變頻技術成熟，但其價格卻是國內高壓變頻器價格的2~4倍，在國內很多水泥廠資金不是很充裕的情況下，國內變頻器由于價格低，得到了廣泛應用。但也有極少數水泥廠受資金限制，目前較少甚至未使用高壓變頻調速，其節(jié)能效果不明顯。在國家節(jié)能大環(huán)境的推動下，10kV拖動的動態(tài)負荷其高壓電機采用高壓變頻調速勢在必行。
而在承接的國外水泥廠設計過程中，情況會好很多。由于資金充足，新建國外水泥廠，除了需要調速的低壓電機和窯尾高溫風機采用變頻調速外，其他需要調速的高壓電機基本都已經采用高壓變頻調速，且采用的大多是國外著名品牌(如ABB)的高壓變頻成套裝置，如生料循環(huán)風機、窯尾后排風機、窯頭余風風機、水泥磨收塵風機等，節(jié)能效果顯著。
變頻調速控制方式作為一種新型的調速方法，性能優(yōu)越，性價比高，節(jié)能效果明顯，是目前國內大中型水泥廠應廣泛采用的一種節(jié)能控制手段。變頻調速節(jié)能在實際應用中總結出三大優(yōu)點：一是減少電能損耗，降低成本，節(jié)約電能;二是拓寬了系統的調速范圍，提高了系統運行的靈活性;三是改變了電動機的啟動方式，真正實現了電機的軟啟動，大大減少了對電動機、風機、風門等設備的磨損以及對電網的啟動沖擊，延長了它們的使用壽命，大幅度節(jié)省這些設備的維護費用，是目前水泥廠最有效的一種調速節(jié)能控制手段。
2.2使用高效電機實現節(jié)能
從節(jié)約能源、保護環(huán)境角度出發(fā)，高效率電動機不僅是水泥廠更是國內所有工業(yè)發(fā)展的趨勢。在國家六大耗電行業(yè)之中，水泥行業(yè)名列其中，同時它也是中小型電動機的主要應用領域，能耗越大，節(jié)能的潛力越高。一般情況下，水泥廠主要生產車間(生料磨車間、回轉窯和水泥磨車間)的電動機大多都是24h連續(xù)工作制，工作時間長，工作負荷也相對穩(wěn)定，這些特點都有利于高效電動機在水泥廠的推廣和使用。
根據GB18613-2006《中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》，我國將電機能效分為三級，能效一級為超高效電機，能效二級為高效電機，能效三級為普通電機。高效電動機工藝通過優(yōu)化設計并采用優(yōu)質材料整型而成，其能耗平均可以下降20%左右。而超高效電動機能耗比普通電動機能耗節(jié)能超過30%，并且在整個生產周期內，都可為企業(yè)節(jié)約電能。雖然價格比普通電動機高15%~30%之間，但在一般情況下，其高于普通電動機的一次性投資一般可以在1~3年內全部收回。因此，在長期連續(xù)運行、負荷率較高的水泥廠選用優(yōu)質高效節(jié)能電機，既符合我國節(jié)能政策，而且無論從企業(yè)生存和發(fā)展等角度考慮，都是非常有必要的，也是切實可行的。
2.3合理選擇電機功率
由于歷史原因，在實際應用中，存在大量電機所驅動的負載功率遠遠小于電動機本身的功率，造成大量的電動機處于低效運行狀態(tài)。如：用電量較大的風機、水泵、壓縮機類負載，其平均系統運行效率均在50%左右。在設計選型中，設計人員為了保證足夠的動力，層層加余量，級級加保險，很容易造成“大馬拉小車”的狀態(tài)，其效率之低可想而知。甚至有的用戶主要利用變頻器來調速，使得電動機長期處于低頻低效運行狀態(tài)，這也是一種“大馬拉小車”的現象。
眾所周知，電動機的最佳運行效率一般發(fā)生在負荷率0.7~0.85之間，過高和過低的負荷率，不僅會降低電機的使用效率，而且對電機本身也會造成很大的傷害，從而增加維修成本和維護費用。曾經在某個水泥廠某個車間的負荷計算中，依據工藝所提電機功率，理論計算選配變壓器的負荷率在0.75左右，可在實際運行中其負荷率僅在0.6以下，這種嚴重的“大馬拉小車”的現象不僅浪費了設備資源，同時也浪費了寶貴的電力。尤其在目前有些水泥廠資金不足甚至短缺的情況下，給企業(yè)造成了很大的資金和生存壓力，同時企業(yè)也丟失了再發(fā)展的寶貴機遇。在設計過程中，合理選配電動機的功率，不僅符合國家節(jié)能政策，也減少了企業(yè)的資金壓力，更重要的是為企業(yè)今后的生存和發(fā)展創(chuàng)造了良好的經濟基礎和發(fā)展環(huán)境，合理選配負載所需電動機的功率任重道遠。
3、結語
推廣變頻調速等先進電機調速技術，改善電機系統調節(jié)方式，逐步淘汰閘板、閥門等機械節(jié)流調節(jié)方式。重點對傳統水泥廠電動機進行系統改造，選擇合適的調速方式;合理選配電動機，使電機運行在最佳效率狀態(tài);新建或改擴建水泥廠設計時要認真核算，力爭做到電機功率與負載的最佳匹配，逐步消除或減少“大馬拉小車”現象;設計選型時優(yōu)先采用高效節(jié)能電動機拖動負載，從根本上真正實現電機的節(jié)能。
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