1、國產(chǎn)電機及節(jié)能現(xiàn)狀
1.1現(xiàn)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(chǎn)品被大力推廣,功率范圍從0.55kW到250kW。后經(jīng)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(wǎng)電壓從6kV上升到10kV,相繼又研發(fā)了10kV系列高壓異步電動機,并采用新穎的箱式結構,此類高壓電機目前占據(jù)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(xiàn)狀
▲皖南電機對某水泥廠電機節(jié)能改造現(xiàn)場。
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(tǒng)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(jù)能量守恒定律,當負載根據(jù)系統(tǒng)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(xiàn)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(chǎn)中常用的庫頂物料分料閥,工人經(jīng)常要上去巡視和現(xiàn)場清理,不僅費時費力,還給生產(chǎn)帶來很大損失,同時這也是生產(chǎn)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(jīng)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(chǎn)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通過使用變頻調速電機實現(xiàn)節(jié)能
在實際運行中,系統(tǒng)需求的風量會隨工況、產(chǎn)量的變化而變化,由于變頻器能夠根據(jù)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(xiàn)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(chǎn)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(jīng)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(xiàn)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(xiàn)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,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(shù)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(jīng)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(tǒng)的調速范圍,提高了系統(tǒng)運行的靈活性。
三是改變了電動機的啟動方式,真正實現(xiàn)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(wǎng)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(xiàn)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(chǎn)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(jù)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(chǎn)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(tǒng)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(xiàn)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(jīng)在某個水泥廠某個車間的負荷計算中,依據(jù)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(xiàn)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(jīng)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(tǒng)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(tǒng)水泥廠電動機進行系統(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)電機的節(jié)能。