在水泥熟料生产过程中，电能消耗非常大，电费支出约占熟料生产成本的25％。在水泥厂的工艺配置中，生料和熟料段风机功率约占设备功率的30—40％左右。所以风机的电耗直接影响到水泥企业的生产成本。能控制好风机的电耗，对降低水泥生产成本，提高企业的经济效益是十分可观的。由于工况、产量的变化，系统所需求的风量也随之变化，传统做法是采用调节进、出风口阀门的开度来实现的，由于该方法是以增加风阻或牺牲风机效率来达到要求的，同时过剩的风量向空气中排放，因此，选择风量的调节方式对节能效果影响非常大，所以本文对风机的调速方式的选择进行探讨。

    一、几种风量调节方式比较：

    1、通过改变风机的管网特性曲线来实现对风机风量的调节

    这种办法是通过调节挡风板的开关程度来实现的，如图1所示。风机在管网特性曲线R1工作时，工况点为M1，其风量、风压分别为Q1、H1。如果要减少流量，可将风机的挡风板关小，管网特性曲线变为R2，工况点移至M2，风量、压力变为Q2、H2。其实质是人为地增加或减少风机的管网阻力，而风机的性能曲线（H—Q曲线）不变，工况点沿着风机的性能曲线（H—Q曲线）由M1移到M2，继续关小挡风板，特性曲线变为R3，工况点移至M3，从而达到调节流量的目的。这种方法结构简单，操作容易，目前集团在运行的干法熟料线篦冷机风机风量调节都采用这种方法，但是此种方法由于人为地增加了风机的管网阻力，多消耗了一部分功率，故很不经济，尤其是风量变化较大时，损耗的功率更大。




图1  改变风机的管网的特性曲线

    2、通过改变风机叶片的角度来实现对风机风量的调节

    当风机管网性能曲线不变时，通过改变风机叶片的角度，使风机的特性曲线（H—Q曲线）改变，工况点将沿着管网特性曲线移动，达到调节风量的目的。如图2所示，图中M1点是原来工况点，其风量、风压分别为Q1、H1，叶片角度为 ；当改变叶片角度为 时，风机性能曲线（H—Q曲线）由 线变为 线，与管网特性曲线相交于M2，风量、风压变为Q2、H2，从而达到调节风机风量的目的。这种办法结构简单、操作方便，相对于节流调节风量能减少节流损耗，达到节能目的，但由于必须停机来改变风机叶片角度，因此不适合要求连续不断运行的场合。




图2 改变风机叶片的角度来调节风机风量的特性曲线

    3、通过改变风机的转速来实现对风机的风量调节

    当风机的转速改变时，其性能曲线的变化如图3所示，当风机转速为n1时，风机的风压-风量曲线与管网特性曲线R1相交于M1点，其风量、风压分别为Q1、H1，电机的轴功率P1与Q1、H1的乘积成正比，在图中可以用面积H1M1Q1O来表示。若工艺变更，需要的风量为Q2时，可将风机转速降到n2，风机的性能曲线（H—Q曲线）相应下降并与R1相交于M2点，此时风量为Q2，风压为H2，可见风量、风压同时下降，达到风量调节的作用。相对于节流调节而言，当风量为Q2时，是靠关闭挡风板来实现的，此时管网特性曲线由R1变化到R2，与n1时的风机特性曲线相交于M3，此时风量为Q2，风压为Hf，由图3可见，Hf＞H2，即用关闭挡风板来调节风量，虽然风量下降了，但风压相对于调节电机转速来说，反而上升了，因而变速调节比节流调节时的风压要减小ΔH=Hf-H2。在满足同样风量Q2的情况下，风压H2大幅度降低，在假设效率不变时相应的轴功率P2随着显著减少，用面积H2M2Q2O表示。节省的功率△P＝（Hf-H2）×Q2，用面积HfM3M2H2表示，显然，节能的效果非常明显。即变速调节比节流调节时，风机从电网吸收功率要减少，因此采用变速调节，能把消耗在节流中的损耗省下来，达到节能的目的。由于 值较大，一般约占Hf的30%～40%，因而变速调节是风机经济运行的有效途径。

 


图3  改变风机的转速来改变风机的特性曲线

    由流体力学可知，风量与转速的一次方成正比，风压H与转速的平方成正比，轴功率N与转速的三次方成正比。采用调速系统，当风量下降到80％，转速下降到80％，轴功率下降到额定功率的51.2％，如果风量下降到60％，轴功率N下降到额定功率的21.6％，当然同时还要考虑由于转速降低会引起效率的降低及附件控制装置的效率影响等。即便这样，节能的效果也是可观的。目前集团运行的生产线中窑头一次风机早已采用此种变频调速方式。

    二、常用几种调速方式的比较

    要风机调速节能，则拖动它的电动机必须能够调速。目前成熟的水泥厂风机常用的调速主要有液力偶合器调速及变频调速，现比较如下：

    1、液力偶合器调速

    液力偶合器调速亦属耗能型低效无极调速方式，它由恒速电动机、液力偶合器组成，液力偶合器安装在恒速电动机和风机中间，通过改变液力偶合器工作腔内液体的充满度（即油压），就可以改变液力偶合器所传递的转矩和输出轴的转速，使液力偶合器电机端和风机端的转速不一致，从而实现在电机速度不改变的条件下对风机的调速，从而实现调节风量的目的。若液力偶合器出现故障，必须停机处理，更重要的是调速时也消耗能量，当转速调到额定转速2/3时该损耗最大，为电机额定功率的14.8%，因此其节能效果不太理想。主要表现如下：

    ① 安装要求高，运行维护工作量大，需要定期加油，对油质要求高。并定期检查逆止器及易熔塞；
    ② 效率低，损耗大；
    ③  调速精度低，速度响应慢，转速不稳定；
    ④ 可靠性差，偶合器出现故障，无法启动设备，必须停机处理。

    2、中、低压变频调速

    变频调速是高效调速方式，其原理是通过电力半导体器件改变电动机定子的电源频率（即中压变频）和转子电源频率（即低压变频）以实现调速。变频调速的优点如下：

    ① 调速范围宽，调速效率高，可以使普通异步电动机实现无极调速；
    ② 采用变频器控制电机的转速，可以取消挡板调节，具有显著的节电效果；
    ③ 采用变频器控制电机，实现了电机的软启动，避免了对电网的冲击；
    ④ 变频器具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等保护、保护功能强；
    ⑤ 功率因数高，无需设电容补偿装置，故障率低，运转率高；
    ⑥ 电机将在低于额定转速的状态下运行，减少了噪声对环境的影响。

    由此可见，提高设备电能的利用效率是节约电能的有效途径，更是企业降低成本、增加竞争力、增加利润的有效手段。