1、概述
在水泥制造行业一些功率大、连续运行的设备耗电量高，是水泥制造成本高居不下的一个重要因素。据统计在水泥制造成本中，电费成本约占总成本的30%左右。因此，应用变频技术，对耗电大的设备做一些工艺上的节能改造,利用节能的效果来降低水泥的制造成本,可提高经营上的利润空间和市场竞争力。
根据水泥制造工艺及对一些水泥厂生产设备进行的实际考察和分析可以知道。在生产过程中，大部分水泥厂的设备，尤其是一些中高压大功率设备，绝大部分时间都不是满负荷运行,设备运行的自动化程度相当低。如回转窑的生料磨风机、高温风机、窑头风机、窑尾废气风机、水泥磨收尘风机、煤磨排风机等，在这些设备和系统中，存在着相当大的容量富裕和能量浪费，为进行变频调速改造，节能形成了空间。
2、水泥生产工艺流程介绍
水泥的生产制造主要经过破碎、储存和预均化、粉磨、生料的均化和储存、煅烧、水泥的粉磨这几个重要的过程。粉磨就是磨机带有巨大内部金属防护的金属圆筒，在磨筒中装有许多球形钢。由于磨机在旋转，这些钢球碾碎原料成小颗粒，称其为生料。煅烧就是在均化后，生料通过称为预热器的旋风筒系统运送，经历逐渐地热处理温度达900℃,进入回转窑，回转窑烘烤物料。窑身是50～150m长，直径3～5m的长圆筒，筒内壁贴有耐火砖，窑的回转作用和其驱动角使物料朝出口运行，温度上升至1400℃。由于这个过程在窑内，生料转变成粒状的硬物，称之为熟料。熟料是水泥的主要成分，熟料决定了最终产品的质量，水泥作为完成产品是一种很细粉未，粉未要满足于生产熟料，石膏，一些天然和人造的材料（例如：火山灰）混合物的要求。水泥磨机类似于生料磨，严格控制和不断监测物料的混合，水泥品种和最重要的特性抗压强度的水平，取决于熟料的化学成分，粉磨的持续时间及各种外加剂的掺加和不掺加。
3、转窑高温风机
一般水泥行业转窑高温风机为离心风机，高温风机的调节方式一般为采用液力偶和器调速。正常工作时，阀门的开启度为100%。
液力耦合器是利用液体的动能来传递功率的一种动力式液压传动装置，它相当于离心泵和涡轮泵的组合。将其安装在异步电机和负载(风机、水泵等)之间来传递转矩，可以在电机恒速运转情况下，无级调节负载的转速。液力耦合器是一种转差损耗的低效调速设备。在高压变频技术尚未成熟之前，液力耦合器在风机、水泵等调速节能方面曾有过较多的应用，发挥过其应有的作用。
表1—高压变频器和液力耦合器主要技术经济指标的比较
3．1高压变频器与液力偶和器的技术经济性能比较
3.1.1调速范围
高压变频器调速范围宽，达到10:1以上，甚至达到100:1以上;而调速型液力耦合器的调速范围最大为4:1
3.1.2调速精度
高压变频器调速精度达到0.1Hz，而且稳定性高，这是一个重要的技术指标。调速精度高、稳定性高，意味着所传动的风机(水泵)的压力和风量(流量)稳定，这对于稳定生产工艺过程是很重要的，液力耦合器调速精度差，转速波动大， 难以保证稳定生产。
3.1.3效率
高压变频器效率高，无转差损耗，其效率达0.95以上，并且不随调速的范围而变化。液力耦合器效率低，其效率与调速比成正比，负载的转速越低，其效率越低，图1所示为液力耦合器的效率曲线。
图1—液力耦合器的效率曲线
液力耦合器属转差损耗型调速，是低效调速设备，在调速的过程中,转差功率以热能的形式损耗在油中。这不仅消耗了能量，而且使液力耦合器油温升高，为此必须采取妥善的冷却方式，特别是在环境温度较高的场合应用，对冷却的要求更高。例如某发电厂的给水泵的液力耦合器在夏季不得不采取不间断的冲水冷却等措施，即使如此，有时仍会因温度过高，威胁到液力耦合器安全时，不得不停机，以使温度降下来。
3.1.4额定转差率
高压变频器没有转差率问题，负载与电动机同轴，电机能达到额定转速，即电机转速与负载转速相同, 能达到额定压力和额定风量(流量)。在电机结构允许的情况下，还可以超过额定转速运行。液力耦合器由于是柔性连接，存在着固定的转差率，即液力耦合器的转差率≥3%，所以，负载的转速不可能达到电机的转速，最高只能达到电机转速的97%，因此负载(风机、水泵等)就不能达到额定输出，其压力最高只能达到额定压力的94%，而风量(流量)最高只能到额定值的91%左右。
3.1.5起动性能
高压变频器具有真正意义上的软起动功能，它可以使起动电流值保持在额定电流以内，不会对电网造成冲击，也不会对所传动的风机、泵类的机械设备带来冲击，是最理想的软启动设备。液力耦合器属于直接起动类型，电动机的起动电流约为额定电流的4~7倍，对电网造成冲击，特别是在电网容量受限而电机容量较大时，这种直接起动对电网所造成的冲击有时是不允许的。
3.1.6可靠性
调速设备的可靠性是客户最关心的、最基本的、也是最主要的指标之一，它是能否保证生产的正常运行的关键指标。高压变频器的可靠性高，故障率低，这在许多高压变频器应用中得到证实。而液力耦合器则可靠性差，特别是漏油和打坏齿轮等。
3.1.7维修工作量
高压变频器由于可靠性高，故障率低而使其维修量少，据某电厂反映，给水泵采用的进口液力耦合器维修工作量仅打坏齿轮一项就需维修费30余万元。当然，这也可能仅是个别的例子。但总的来看液力耦合器的维修工作量大于高压变频器的维修工作量。
3.1.8故障情况下对生产的影响
在调速设备一旦发生故障时对生产会有什么影响，也是用户关心的一个问题。高压变频器一旦发生故障，则可立即切出，并切换到工频电源上，使负载(风机、水泵等)能保持连续运行。液力耦合器由于连接在电机和风机之间，一旦液力耦合器出了故障，负载便不能运行，不能保证生产的连续性。
3.1.9设备的利用率
即是否能够充分的利用调速设备。高压变频器可以一机多用，即一台高压变频器可以通过开关切换设备控制几台高压电机的运行。液力耦合器只能一机一用，一台液力耦合器只能供一台负载使用。
3.1.10功率因数
高压变频器由于采用二极管整流，可以保证电网侧的功率因数在0.95以上。液力耦合器调速则使电网侧功率因数降低，因为风机的电机的裕量都较大，输入电流中无功分量就越大，导致其在低功率因数下运行。
3.1.11价格
价格的高低是客户关心的重要指标之一。高压变频器的价格贵，液力耦合器价格便宜，这是液力耦合器与高压变频器相比的主要优势之一。
3.1.12占地面积
高压变频器设备占地面积较大，它包括变频器本身和与之配套的设备，但它可分散安装在控制室(如变频器)或室外(如变压器); 液力耦合器占地面积小，但它必须安装在电机和负载之间并与之同轴，需作基础固定。
3.2变频改造后的特点
改造后的变频供风系统是在保留原来供风系统的基础上增加一套变频回路与原回路并联使用，形成双回路可转换的控制系统，通过调节电机（风机）的转速来调节烧结时的用风量。其特点：
●节电效果好。由于电机消耗的功率跟电机转速的三次方成正比，改造后电机大部分时间运行在35-43Hz左右即可满足用风量，节电率大于25%；
●具有软启动功能，降低负荷强度，延长设备使用寿命，启动电流小，提高用电安全系数及减少电网容量；
●调节风量精度准确、及时方便；
4、节能分析计算
风机的流量和转速成正比，压力和转速平方成正比，其内功率则和转速立方成正比，这时风机的工况点符合相似定律。一般情况下，很多人都用相似定律的比例率来计算风机、水泵变频调速的节电率。但是,实际中却没有这样的节能效果。由于相似定律是研究、设计风机本身的规律，它是就风机而论风机的定律。对于工作在管道系统中的风机必须视具体工况进行分析计算，由于风机的入口和出口风压是否为大气压，直接关系到风机的轴功率变化。因此，风机的节能计算不能照搬照抄相似定律，风机的节能计算必须根据具体实际工况进行分析计算。也应当考虑变频调速之后风机的效率、电动机的效率、变频器的效率等因素的影响。
4.1、风机的运行特性
4.1.1、工频运行特性
4.1.1.1工频运行特性曲线
图2---风机工频运行特性曲线
4.1.1.2风机工频运行具有的特点
(1) 图中，F1为工频运行时的（Q-p）性能曲线，也是变频风机在50Hz下满负荷运行时的性能曲线。E点为工频运行时的额定工作点，即挡风板在某一固定位置时的工作点。A点为流量小于额定流量时的工作点，即通过关小挡风板沿着（Q-p）特性曲线向左上方滑动的一系列的工作点；B点为流量大于额定流量的工作点，即挡风板开大直至全开，并且沿着（Q-p）特性曲线向左下方滑动的一系列工作点。请注意挡风板全开之后，应当防止电动机过载。
(2) pa为流量小于额定流量时的风机出口全压；pe为额定流量时的风机出口全风压；pb为流量大于额定流量时风机的出口全风压。Re为额定流量时，即挡风板在某一固定位置时的管网阻力曲线；Ra为小于额定流量时，即关小挡风板之后的管网阻力曲线；Rb为大于额定流量时，即挡风板开大直至全开之后的管网阻力曲线。挡风板在不同的位置时，Re，Ra，Rb实际是一系列曲线族。η1为效率曲线。
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