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| 水泥厂的电机节能发展现状及未来趋势分析 |
| （时间:2014-5-13 10:56:45） |
前言
随着规模化基础设施的建设和社会经济的飞速发展，大、中型水泥厂的建设日趋完善，随之而来的节能减排任务相当繁重。在水泥厂用电中，中小型电机占据主导地位，每年所消耗的电能占整个水泥厂电能损耗的一半以上。为了进一步落实国家节能减排政策，实现节能减排的指标，中小型电机的节能是水泥行业所面临的一大课题，也是水泥行业发展的新机遇。
1、国产电机及节能现状
1.1现状
目前，我国中小型电机有三大系列三相异步电动机：Y、Y2和Y3。目前水泥厂工艺装备所配电机大多为此类异步电动机。
1985年Y系列三相异步电动机及其派生系列产品被大力推广，功率范围从0.55kW到250kW。后经过引进、并消化美国西屋公司和瑞士BBC公司的技术，自行研发了Y系列6kV中型高压三相异步电动机，功率范围从220kW到2800kW。随着我国电力技术的进步，电网电压从6kV上升到10kV，相继又研发了10kV系列高压异步电动机，并采用新颖的箱式结构，此类高压电机目前占据国内中高压电机市场的主导地位。
1996年我国又研发了Y2系列三相异步电动机，功率范围从0.12kW到315kW，此系列电机不仅大大降低了空载噪声，而且还有效抑制了负载噪声。2003年Y3系列三相异步电动机相继上市，此类电机采用冷轧硅钢片成型，其能耗已达到GB18163-2002《中小型三相异步电动机能效限定值及节能评定值》中能耗限定值的有关规定，其主要性能指标也已达到目前国际先进水平。
1.2水泥厂电机的配置和节能现状
水泥厂无论大小装备都采用的是电机拖动，其中90%是交流异步电机，而且约50%是高压电机，这其中约70%拖动的是风机等类负载，而且这类负载有很大一部分需要调速。目前在传统的水泥厂中，应用最广泛的调节风量的方式是利用电动执行机构来调节挡风板，通过调节挡风板的开度来调节所需风量。在调节挡风板的过程中，电机的转速保持不变，其输出能量也不变，只通过调节挡风板的开度来达到负载所需的风量要求。根据能量守恒定律，当负载根据系统的需求需要很小的风量时，其挡风板的开度就要减小，此时电机的输出能量与负载所需能量之差，在此过程中就被白白消耗和损失掉。另外，水泥厂的风门调节大多采用电动调节阀来实现的，电动调节阀的品质决定了风门开关的灵活度。由于水泥厂是多粉尘企业，即使在每个扬尘点都使用了环保设备，水泥厂也想尽办法采取了一系列的收尘措施，也难避免细微粉尘的排放。在使用过程中，有很多挡风板由于受环境的影响，不能按照上面下达的指令灵活的开关风门，甚至有些闸门在使用过程中被物料死死卡住，导致无法调节，如生产中常用的库顶物料分料阀，工人经常要上去巡视和现场清理，不仅费时费力，还给生产带来很大损失，同时这也是生产环节中的一大隐患，更重要的是能量损耗严重。再加上采用闸板控制阀门引起的阻力损耗，严重影响设备的经济运行，改善这一调节方式势在必行。
2、电机节能的发展趋势
在国家出台的《节能环保产业发展规划》中，运用高效节能技术和采用高效节能装备是重要一环。采用变频调速和使用高效节能电机是提高电机运行效率的两个重要的途径。
2.1通过变频调速实现节能
在实际运行中，系统需求的风量会随工况、产量的变化而变化，由于变频器能够根据实际需要对电动机转速进行实时调节，能够使电动机在最节能的转速下运行，减少轻载运行时的电能消耗，调速范围宽，调节精度高，运行效率高，并可以实现电动机的软启动，减少启动冲击和设备磨损，降低电动机运行的综合电耗，这种节能方式节能效果明显，一般节电率在20%~30%，有时甚至可以达到50%，而且最重要的是：投资回收期较短，很快就可以收回全部投资。
目前低压变频技术日渐成熟，产品质量也较稳定，在新建大中型规模水泥厂中，需要进行风量调节的低压电机基本上已经采用交流变频器进行调速，改变所需风量，改善运行效率，对电机转速进行有效控制，从而实现电机的节能，如窑头熟料输送部分的篦冷机冷却风机、窑头一次风机、循环水泵以及部分收尘风机等。
我国高压电动机多为10kV。由于受电力电子器件耐压限制，目前尚难实现该等级变频器的直接高压输出。目前国内高压变频器都采用单元串联式多电平变频器技术，其输出电压可达到10kV甚至更高，且输入、输出波形好，对电网的谐波污染小。国外高压变频技术成熟，但其价格却是国内高压变频器价格的2~4倍，在国内很多水泥厂资金不是很充裕的情况下，国内变频器由于价格低，得到了广泛应用。但也有极少数水泥厂受资金限制，目前较少甚至未使用高压变频调速，其节能效果不明显。在国家节能大环境的推动下，10kV拖动的动态负荷其高压电机采用高压变频调速势在必行。
而在承接的国外水泥厂设计过程中，情况会好很多。由于资金充足，新建国外水泥厂，除了需要调速的低压电机和窑尾高温风机采用变频调速外，其他需要调速的高压电机基本都已经采用高压变频调速，且采用的大多是国外著名品牌(如ABB)的高压变频成套装置，如生料循环风机、窑尾后排风机、窑头余风风机、水泥磨收尘风机等，节能效果显著。
变频调速控制方式作为一种新型的调速方法，性能优越，性价比高，节能效果明显，是目前国内大中型水泥厂应广泛采用的一种节能控制手段。变频调速节能在实际应用中总结出三大优点：一是减少电能损耗，降低成本，节约电能;二是拓宽了系统的调速范围，提高了系统运行的灵活性;三是改变了电动机的启动方式，真正实现了电机的软启动，大大减少了对电动机、风机、风门等设备的磨损以及对电网的启动冲击，延长了它们的使用寿命，大幅度节省这些设备的维护费用，是目前水泥厂最有效的一种调速节能控制手段。
2.2使用高效电机实现节能
从节约能源、保护环境角度出发，高效率电动机不仅是水泥厂更是国内所有工业发展的趋势。在国家六大耗电行业之中，水泥行业名列其中，同时它也是中小型电动机的主要应用领域，能耗越大，节能的潜力越高。一般情况下，水泥厂主要生产车间(生料磨车间、回转窑和水泥磨车间)的电动机大多都是24h连续工作制，工作时间长，工作负荷也相对稳定，这些特点都有利于高效电动机在水泥厂的推广和使用。
根据GB18613-2006《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》，我国将电机能效分为三级，能效一级为超高效电机，能效二级为高效电机，能效三级为普通电机。高效电动机工艺通过优化设计并采用优质材料整型而成，其能耗平均可以下降20%左右。而超高效电动机能耗比普通电动机能耗节能超过30%，并且在整个生产周期内，都可为企业节约电能。虽然价格比普通电动机高15%~30%之间，但在一般情况下，其高于普通电动机的一次性投资一般可以在1~3年内全部收回。因此，在长期连续运行、负荷率较高的水泥厂选用优质高效节能电机，既符合我国节能政策，而且无论从企业生存和发展等角度考虑，都是非常有必要的，也是切实可行的。
2.3合理选择电机功率
由于历史原因，在实际应用中，存在大量电机所驱动的负载功率远远小于电动机本身的功率，造成大量的电动机处于低效运行状态。如：用电量较大的风机、水泵、压缩机类负载，其平均系统运行效率均在50%左右。在设计选型中，设计人员为了保证足够的动力，层层加余量，级级加保险，很容易造成“大马拉小车”的状态，其效率之低可想而知。甚至有的用户主要利用变频器来调速，使得电动机长期处于低频低效运行状态，这也是一种“大马拉小车”的现象。
众所周知，电动机的最佳运行效率一般发生在负荷率0.7~0.85之间，过高和过低的负荷率，不仅会降低电机的使用效率，而且对电机本身也会造成很大的伤害，从而增加维修成本和维护费用。曾经在某个水泥厂某个车间的负荷计算中，依据工艺所提电机功率，理论计算选配变压器的负荷率在0.75左右，可在实际运行中其负荷率仅在0.6以下，这种严重的“大马拉小车”的现象不仅浪费了设备资源，同时也浪费了宝贵的电力。尤其在目前有些水泥厂资金不足甚至短缺的情况下，给企业造成了很大的资金和生存压力，同时企业也丢失了再发展的宝贵机遇。在设计过程中，合理选配电动机的功率，不仅符合国家节能政策，也减少了企业的资金压力，更重要的是为企业今后的生存和发展创造了良好的经济基础和发展环境，合理选配负载所需电动机的功率任重道远。
3、结语
推广变频调速等先进电机调速技术，改善电机系统调节方式，逐步淘汰闸板、阀门等机械节流调节方式。重点对传统水泥厂电动机进行系统改造，选择合适的调速方式;合理选配电动机，使电机运行在最佳效率状态;新建或改扩建水泥厂设计时要认真核算，力争做到电机功率与负载的最佳匹配，逐步消除或减少“大马拉小车”现象;设计选型时优先采用高效节能电动机拖动负载，从根本上真正实现电机的节能。
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