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內容簡(jiǎn)介：目前，我國中小型電機有三大系列三相異步電動(dòng)機：Y、Y2和Y3。目前水泥廠(chǎng)工藝裝備所配電機大多為此類(lèi)異步電動(dòng)機。水泥廠(chǎng)無(wú)論大小裝備都采用的是電機拖動(dòng)，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(dòng)的是風(fēng)機等類(lèi)負載，而且這類(lèi)負載有很大一部分需要調速。

隨著(zhù)規模化基礎設施的建設和社會(huì )經(jīng)濟的飛速發(fā)展，大、中型水泥廠(chǎng)的建設日趨完善，隨之而來(lái)的節能減排任務(wù)相當繁重。在水泥廠(chǎng)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(gè)水泥廠(chǎng)電能損耗的一半以上。為了進(jìn)一步落實(shí)國家節能減排政策，實(shí)現節能減排的指標，中小型電機的節能是水泥行業(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(chǎn)電機及節能現狀

1.1現狀

目前，我國中小型電機有三大系列三相異步電動(dòng)機：Y、Y2和Y3。目前水泥廠(chǎng)工藝裝備所配電機大多為此類(lèi)異步電動(dòng)機。

1985年Y系列三相異步電動(dòng)機及其派生系列產(chǎn)品被大力推廣，功率范圍從0.55kW到250kW。后經(jīng)過(guò)引進(jìn)、并消化美國西屋公司和瑞士BBC公司的技術(shù)，自行研發(fā)了Y系列6kV中型高壓三相異步電動(dòng)機，功率范圍從220kW到2800kW。隨著(zhù)我國電力技術(shù)的進(jìn)步，電網(wǎng)電壓從6kV上升到10kV，相繼又研發(fā)了10kV系列高壓異步電動(dòng)機，并采用新穎的箱式結構，此類(lèi)高壓電機目前占據國內中高壓電機市場(chǎng)的主導地位。

1996年我國又研發(fā)了Y2系列三相異步電動(dòng)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(dòng)機相繼上市，此類(lèi)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(dòng)機能效限定值及節能評定值》中能耗限定值的有關(guān)規定，其主要性能指標也已達到目前國際先進(jìn)水平。

1.2水泥廠(chǎng)電機的配置和節能現狀

某水泥廠(chǎng)電機節能改造之前現場(chǎng)

西安西瑪電機對某水泥廠(chǎng)電機節能改造現場(chǎng)。

水泥廠(chǎng)無(wú)論大小裝備都采用的是電機拖動(dòng)，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(dòng)的是風(fēng)機等類(lèi)負載，而且這類(lèi)負載有很大一部分需要調速。目前在傳統的水泥廠(chǎng)中，應用最廣泛的調節風(fēng)量的方式是利用電動(dòng)執行機構來(lái)調節擋風(fēng)板，通過(guò)調節擋風(fēng)板的開(kāi)度來(lái)調節所需風(fēng)量。

在調節擋風(fēng)板的過(guò)程中，電機的轉速保持不變，其輸出能量也不變，只通過(guò)調節擋風(fēng)板的開(kāi)度來(lái)達到負載所需的風(fēng)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(fēng)量時(shí)，其擋風(fēng)板的開(kāi)度就要減小，此時(shí)電機的輸出能量與負載所需能量之差，在此過(guò)程中就被白白消耗和損失掉。

另外，水泥廠(chǎng)的風(fēng)門(mén)調節大多采用電動(dòng)調節閥來(lái)實(shí)現的，電動(dòng)調節閥的品質(zhì)決定了風(fēng)門(mén)開(kāi)關(guān)的靈活度。由于水泥廠(chǎng)是多粉塵企業(yè)，即使在每個(gè)揚塵點(diǎn)都使用了環(huán)保設備，水泥廠(chǎng)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(guò)程中，有很多擋風(fēng)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(kāi)關(guān)風(fēng)門(mén)，甚至有些閘門(mén)在使用過(guò)程中被物料死死卡住，導致無(wú)法調節，如生產(chǎn)中常用的庫頂物料分料閥，工人經(jīng)常要上去巡視和現場(chǎng)清理，不僅費時(shí)費力，還給生產(chǎn)帶來(lái)很大損失，同時(shí)這也是生產(chǎn)環(huán)節中的一大隱患，更重要的是能量損耗嚴重。再加上采用閘板控制閥門(mén)引起的阻力損耗，嚴重影響設備的經(jīng)濟運行，改善這一調節方式勢在必行。

2、電機節能的發(fā)展趨勢

在國家出臺的《節能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃》中，運用高效節能技術(shù)和采用高效節能裝備是重要一環(huán)。采用變頻調速和使用高效節能電機是提高電機運行效率的兩個(gè)重要的途徑。

2.1通過(guò)使用變頻調速電機實(shí)現節能

在實(shí)際運行中，系統需求的風(fēng)量會(huì )隨工況、產(chǎn)量的變化而變化，由于變頻器能夠根據實(shí)際需要對電動(dòng)機轉速進(jìn)行實(shí)時(shí)調節，能夠使電動(dòng)機在最節能的轉速下運行，減少輕載運行時(shí)的電能消耗，調速范圍寬，調節精度高，運行效率高，并可以實(shí)現電動(dòng)機的軟啟動(dòng)，減少啟動(dòng)沖擊和設備磨損，降低電動(dòng)機運行的綜合電耗，這種節能方式節能效果明顯，一般節電率在20%~30%，有時(shí)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(shù)日漸成熟，產(chǎn)品質(zhì)量也較穩定，在新建大中型規模水泥廠(chǎng)中，需要進(jìn)行風(fēng)量調節的低壓電機基本上已經(jīng)采用交流變頻器進(jìn)行調速，改變所需風(fēng)量，改善運行效率，對電機轉速進(jìn)行有效控制，從而實(shí)現電機的節能，如窯頭熟料輸送部分的篦冷機冷卻風(fēng)機、窯頭一次風(fēng)機、循環(huán)水泵以及部分收塵風(fēng)機等。

我國高壓電動(dòng)機多為10kV。

由于受電力電子器件耐壓限制，目前尚難實(shí)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(lián)式多電平變頻器技術(shù)，其輸出電壓可達到10kV甚至更高，且輸入、輸出波形好，對電網(wǎng)的諧波污染小。

國外高壓變頻技術(shù)成熟，但其價(jià)格卻是國內高壓變頻器價(jià)格的2~4倍，在國內很多水泥廠(chǎng)資金不是很充裕的情況下，國內變頻器由于價(jià)格低，得到了廣泛應用。

但也有極少數水泥廠(chǎng)受資金限制，目前較少甚至未使用高壓變頻調速，其節能效果不明顯。

在國家節能大環(huán)境的推動(dòng)下，10kV拖動(dòng)的動(dòng)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(chǎng)設計過(guò)程中，情況會(huì )好很多。

由于資金充足，新建國外水泥廠(chǎng)，除了需要調速的低壓電機和窯尾高溫風(fēng)機采用變頻調速外，其他需要調速的高壓電機基本都已經(jīng)采用高壓變頻調速，且采用的大多是國外著(zhù)名品牌(如ABB)的高壓變頻成套裝置，如生料循環(huán)風(fēng)機、窯尾后排風(fēng)機、窯頭余風(fēng)風(fēng)機、水泥磨收塵風(fēng)機等，節能效果顯著(zhù)。

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?xún)r(jià)比高，節能效果明顯，是目前國內大中型水泥廠(chǎng)應廣泛采用的一種節能控制手段。

變頻調速節能在實(shí)際應用中總結出三大優(yōu)點(diǎn)：

一是減少電能損耗，降低成本，節約電能。

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(dòng)機的啟動(dòng)方式，真正實(shí)現了電機的軟啟動(dòng)，大大減少了對電動(dòng)機、風(fēng)機、風(fēng)門(mén)等設備的磨損以及對電網(wǎng)的啟動(dòng)沖擊，延長(cháng)了它們的使用壽命，大幅度節省這些設備的維護費用，是目前水泥廠(chǎng)最有效的一種調速節能控制手段。

2.2使用高效電機實(shí)現節能

從節約能源、保護環(huán)境角度出發(fā)，高效率電動(dòng)機不僅是水泥廠(chǎng)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(shí)它也是中小型電動(dòng)機的主要應用領(lǐng)域，能耗越大，節能的潛力越高。

一般情況下，水泥廠(chǎng)主要生產(chǎn)車(chē)間(生料磨車(chē)間、回轉窯和水泥磨車(chē)間)的電動(dòng)機大多都是24h連續工作制，工作時(shí)間長(cháng)，工作負荷也相對穩定，這些特點(diǎn)都有利于高效電動(dòng)機在水泥廠(chǎng)的推廣和使用。

根據GB18613-2006《中小型三相異步電動(dòng)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(dòng)機工藝通過(guò)優(yōu)化設計并采用優(yōu)質(zhì)材料整型而成，其能耗平均可以下降20%左右。

而超高效電動(dòng)機能耗比普通電動(dòng)機能耗節能超過(guò)30%，并且在整個(gè)生產(chǎn)周期內，都可為企業(yè)節約電能。

雖然價(jià)格比普通電動(dòng)機高15%~30%之間，但在一般情況下，其高于普通電動(dòng)機的一次性投資一般可以在1~3年內全部收回。

因此，在長(cháng)期連續運行、負荷率較高的水泥廠(chǎng)選用優(yōu)質(zhì)高效節能電機，既符合我國節能政策，而且無(wú)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(shí)可行的。

2.3合理選擇電機功率

由于歷史原因，在實(shí)際應用中，存在大量電機所驅動(dòng)的負載功率遠遠小于電動(dòng)機本身的功率，造成大量的電動(dòng)機處于低效運行狀態(tài)。

如：用電量較大的風(fēng)機、水泵、壓縮機類(lèi)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(dòng)力，層層加余量，級級加保險，很容易造成“大馬拉小車(chē)”的狀態(tài)，其效率之低可想而知。

甚至有的用戶(hù)主要利用變頻器來(lái)調速，使得電動(dòng)機長(cháng)期處于低頻低效運行狀態(tài)，這也是一種“大馬拉小車(chē)”的現象。

眾所周知，電動(dòng)機的最佳運行效率一般發(fā)生在負荷率0.7~0.85之間，過(guò)高和過(guò)低的負荷率，不僅會(huì )降低電機的使用效率，而且對電機本身也會(huì )造成很大的傷害，從而增加維修成本和維護費用。

曾經(jīng)在某個(gè)水泥廠(chǎng)某個(gè)車(chē)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(shí)際運行中其負荷率僅在0.6以下，這種嚴重的“大馬拉小車(chē)”的現象不僅浪費了設備資源，同時(shí)也浪費了寶貴的電力。

尤其在目前有些水泥廠(chǎng)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(shí)企業(yè)也丟失了再發(fā)展的寶貴機遇。

在設計過(guò)程中，合理選配電動(dòng)機的功率，不僅符合國家節能政策，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(jīng)濟基礎和發(fā)展環(huán)境，合理選配負載所需電動(dòng)機的功率任重道遠。

3、結語(yǔ)

推廣變頻調速等先進(jìn)電機調速技術(shù)，改善電機系統調節方式，逐步淘汰閘板、閥門(mén)等機械節流調節方式，重點(diǎn)對傳統水泥廠(chǎng)電動(dòng)機進(jìn)行系統改造，選擇合適的調速方式;合理選配電動(dòng)機，使電機運行在最佳效率狀態(tài);新建或改擴建水泥廠(chǎng)設計時(shí)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(chē)”現象;設計選型時(shí)優(yōu)先采用高效節能電動(dòng)機拖動(dòng)負載，從根本上真正實(shí)現電機的節能。

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