永磁同步電機(jī)在水泥行業(yè)的應(yīng)用探討
1、引言
在環(huán)境條件逐步惡化,資源逐步瀕臨匱乏的今天,節(jié)能環(huán)保理念越來越深入人心,世界各國都開始致力研發(fā)節(jié)能環(huán)保技術(shù),加大推廣方面的投資。同樣節(jié)約能源也成為我國的基本國策,是經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的一項長遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針。作為耗能大戶的水泥行業(yè)一直是國家宏觀調(diào)控的重點,也是節(jié)能的重點行業(yè)。水泥行業(yè)節(jié)能的關(guān)鍵是企業(yè)電機(jī)節(jié)能。
2、國內(nèi)水泥行業(yè)電機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀
據(jù)中投顧問發(fā)布的《2011-2015》年中國高效節(jié)能電機(jī)行業(yè)投資分析及前景預(yù)測報告顯示,目前我國電動機(jī)裝機(jī)總?cè)萘恳堰_(dá)4億多KW,年耗電量達(dá)1.2萬億KWh,占全國總用電量的60%,占工業(yè)用電量的80%,其中風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)的裝機(jī)總?cè)萘恳殉^2億KW,年耗電量達(dá)8000億KWh,占全國總用電量的40%左右。這些電動機(jī)大多在較低的電能利用率下運行,只要將這些電動機(jī)電能利用率提高10~15%,全年至少可節(jié)電100億KW以上。足以看出電機(jī)節(jié)能的市場巨大潛力和重要性。電機(jī)耗能現(xiàn)象嚴(yán)重,不僅增加了企業(yè)生產(chǎn)成本,造成了電力能源的極大浪費,更與我國推行的節(jié)能減排戰(zhàn)略不相符。
隨著規(guī)模化基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,大、中型水泥廠的建設(shè)日趨完善,隨之而來的節(jié)能減排任務(wù)相當(dāng)繁重。在水泥廠用電中,中小型電機(jī)占據(jù)主導(dǎo)地位,每年所消耗的電能占整個水泥廠電能損耗的一半以上。為了進(jìn)一步落實國家節(jié)能減排政策,實現(xiàn)節(jié)能減排的指標(biāo),中小型電機(jī)的節(jié)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(jī)遇。
目前,目前水泥廠無論大小裝備都采用的是電機(jī)拖動,其中90%是交流異步電機(jī),這其中約70%拖動的是風(fēng)機(jī)等類負(fù)載,這類負(fù)載有很大一部分需要調(diào)速。目前在傳統(tǒng)的應(yīng)用最廣泛的調(diào)節(jié)風(fēng)量的方式是利用電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)擋風(fēng)板,通過調(diào)節(jié)擋風(fēng)板的開度來調(diào)節(jié)所需風(fēng)量。在調(diào)節(jié)擋風(fēng)板的過程中,電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持不變,其輸出能量也不變,只通過調(diào)節(jié)擋風(fēng)板的開度來達(dá)到負(fù)載所需的風(fēng)量要求。根據(jù)能量守恒定律,當(dāng)負(fù)載根據(jù)系統(tǒng)的需求需要很小的風(fēng)量時,其擋風(fēng)板的開度就要減小,此時電機(jī)的輸出能量與負(fù)載所需能量之差,在此過程中就被白白消耗和損失掉。由于水泥廠是多粉塵企業(yè),即使在每個揚塵點都使用了防塵設(shè)備和收塵措施,也難避免細(xì)微粉塵的排放。在使用過程中,很多擋風(fēng)板由于受環(huán)境的影響,不能按照指令靈活的開關(guān)風(fēng)門,甚至在使用過程中被物料卡住,導(dǎo)致無法調(diào)節(jié),經(jīng)常要人上去巡視和現(xiàn)場清理,不僅費時費力,還給生產(chǎn)帶來很大損失,更重要的是能量損耗嚴(yán)重。再加上采用閘板控制閥門引起的阻力損耗,嚴(yán)重影響設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運行,改善這一調(diào)節(jié)方式勢在必行。
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(shù)和采用高效節(jié)能裝備是重要一環(huán)。使用高效節(jié)能電機(jī)是提高電機(jī)運行效率的一個重要的途徑。
水泥行業(yè)名列國家六大耗電行業(yè)之中,它是中小型電動機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域,能耗大,節(jié)能的潛力高。一般情況下,水泥廠主要生產(chǎn)車間如生料磨車間、回轉(zhuǎn)窯和水泥磨車間的電動機(jī)大多都是24小時連續(xù)工作制,工作時間長,工作負(fù)荷也相對穩(wěn)定,這些特點都有利于高效電動機(jī)在水泥廠的推廣和使用。
3、采用高能效電機(jī)的必要性
根據(jù)GB18613-2006《中小型三相異步電動機(jī)能效限定值及能效等級》,我國將電機(jī)能效分為三級,能效一級為超高效電機(jī),能效二級為高效電機(jī),能效三級為普通電機(jī)。高效電動機(jī)工藝通過優(yōu)化設(shè)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。而超高效電動機(jī)能耗比普通電動機(jī)能耗節(jié)能超過30%,并且在整個生產(chǎn)周期內(nèi),都可為企業(yè)節(jié)約電能。雖然價格比普通電動機(jī)高15%~30%之間,但在一般情況下,其高于普通電動機(jī)的一次性投資一般可以在1~3年內(nèi)全部收回。因此,在長期連續(xù)運行、負(fù)荷率較高的水泥廠選用優(yōu)質(zhì)高效節(jié)能電機(jī),不僅符合我國節(jié)能政策,而且從企業(yè)生存和發(fā)展等角度考慮,也是非常有必要和切實可行的。
據(jù)統(tǒng)計,一條5000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線,其主要用電設(shè)備,包括石灰石礦山,原料粉磨,熟料燒成,一直到水泥散裝/包裝發(fā)運等主要生產(chǎn)流程,及空壓機(jī)、水泵站、水處理、機(jī)電維修等輔助流程,有電動機(jī)約1100臺組。總裝機(jī)功率約5.7萬kW。其中低壓電動機(jī)裝機(jī)功率約為2.2萬kW,如果全部采用“高效電動機(jī)”,把效率提高1%,年運行時間按照 7200h計算,全年可節(jié)約用電約120萬度。相當(dāng)于 節(jié)約440t標(biāo)準(zhǔn)煤,減少排放1140t二氧化碳。
高效電機(jī)是通過有效地減少自身功耗達(dá)到提高電動機(jī)效率的目的,通過采用新型電機(jī)設(shè)計、新工藝及新材料,降低電磁能、熱能和機(jī)械能的損耗等,提高輸出效率。與標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)相比,使用高效電機(jī)的節(jié)能效果非常明顯,通常情況下效率可平均提高4%。 與普通電動機(jī)相比,高效電動機(jī)通過采用優(yōu)質(zhì)材料并且優(yōu)化設(shè)計,能耗平均下降20%左右,而超高效電動機(jī)則比普通電動機(jī)少損耗30%以上的電能,高效電動機(jī)價格較普通Y系電動機(jī)要貴15%- 30%左右。但一般而言,高效電機(jī)高于普通電機(jī)的投資額在2年內(nèi)即可收回,在整個生命周期內(nèi),都可 為企業(yè)節(jié)約電耗。所以,采用高能效電機(jī)是很有必要的。
4、GHODA永磁同步電機(jī)
4.1 GHODA永磁同步電機(jī)簡介
GHODA永磁同步電機(jī)是江蘇吉泓達(dá)電機(jī)科技有限公司生產(chǎn)的超高能效電動機(jī)。進(jìn)入2015年國家《節(jié)能機(jī)電設(shè)備(產(chǎn)品)推薦目錄(第六批)》、《“能效之星”產(chǎn)品目錄(2015)》產(chǎn)品。
該公司生產(chǎn)的稀土永磁電動機(jī)超過國家一級能效,經(jīng)上海電器設(shè)備檢測所的檢測完全超過GB30253-2013標(biāo)準(zhǔn)中1級能效和歐盟EFF1、IEC60034效率標(biāo)準(zhǔn)中的IE4級(即超超高效)的要求。與普通三相異步電動機(jī)相比,超高效節(jié)能電動機(jī)徹底去掉了勵磁線圈,轉(zhuǎn)子由永磁體勵磁,無需無功勵磁電流,使轉(zhuǎn)子無基波鐵、銅損耗,功率因素高約為1,因而定子電流大幅度下降,定子銅耗大為減小,效率明顯提高。經(jīng)過十年不間斷的研發(fā),該公司生產(chǎn)的永磁同步電動機(jī)的電流只有普通異步電機(jī)的65%左右,同比異步電動機(jī)噪音降低20-40dB(A),噪聲指標(biāo)達(dá)到最高等級E級,電機(jī)運轉(zhuǎn)溫升也比普通異步機(jī)低10℃-25℃,振動更是達(dá)到了最高標(biāo)準(zhǔn)的S級。電機(jī)的運行溫度低,更好的起到節(jié)能作用,也延長了與之配套的電線、開關(guān)、變頻器、軸承等零件的使用壽命,整個電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入良性循環(huán),實現(xiàn)了為企業(yè)的節(jié)能增效的作用。
特別TYYB系列自起動三相永磁同步電動機(jī)無論采用異步起動,還是變頻起動均為同步運轉(zhuǎn),無轉(zhuǎn)差S,轉(zhuǎn)子無基波鐵銅損耗。該電機(jī)除高效節(jié)能外,無需變頻裝置,電流波形是理想的正弦波,使用時對電網(wǎng)無諧波干擾,電磁兼容性好,適應(yīng)性強(qiáng),不僅適用于長期連續(xù)運行在負(fù)載變化大的場合,同時適用于頻繁起動的負(fù)載要求,是企業(yè)節(jié)能降耗行動中更新?lián)Q代電機(jī)的絕佳選擇。
4.2 GHODA的TYYB系列自起動三相永磁同步電動機(jī)的特點:
1)、高效節(jié)能
可直接替代三相異步電動機(jī),實現(xiàn)自行起動;內(nèi)置永磁體產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩;在25%-125%負(fù)載范圍內(nèi)具有高效率、高功率因素、高可靠性等特點,效率比一般三相異步電動機(jī)高8-20%,可實現(xiàn)10-40%的節(jié)能;功率因素高0.08-0.18;與同功率異步電動機(jī)相比,在相同使用環(huán)境下工作溫度低10℃-25℃。
2)、高可靠性
永磁同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)裝三相稀土永磁材料,通過對永磁體工作點的合理選取達(dá)到磁能積高,性能優(yōu)越,工作溫度和最大去磁點的精確計算,同時對永磁體材料的質(zhì)量控制和工藝保護(hù),避免了永磁體使用時失磁問題,從而保證了三相永磁同步電動機(jī)可在惡劣的工作環(huán)境下可靠運行。
3)、穩(wěn)定性好
三相永磁同步電動機(jī)正常運行時轉(zhuǎn)子上的永磁體產(chǎn)生勵磁磁場與三相繞阻產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場保持一定的功率角,并同步旋轉(zhuǎn),在突加突卸大負(fù)載時該系列電動機(jī)不會出現(xiàn)功率角振蕩,也不會出現(xiàn)失步而無法運行,更不會損壞電機(jī)。TYYB系列電動機(jī)承載能力強(qiáng),動態(tài)恢復(fù)時間快,具有較高的穩(wěn)定運行性能。
4)、起動能力強(qiáng)
四級以上永磁電動機(jī)均可滿負(fù)荷直接起動,具有很強(qiáng)的牽入同步能力。
5)、通用性強(qiáng)
該系列電動機(jī)通用性強(qiáng),安裝結(jié)構(gòu)形式、安裝尺寸、防護(hù)等級與Y2、YX3系列電動機(jī)相同。
6)、低振動與噪聲
TYYB系列自起動三相永磁同步電動機(jī),體積小、損耗小,高效節(jié)能,因此所需通風(fēng)量減小,與通過率異步電動機(jī)比較,冷卻風(fēng)扇自然減小,因而噪聲大大降低;同時由于電機(jī)氣隙的合理設(shè)計,電流波形好,脈動轉(zhuǎn)矩及電磁噪聲明顯降低,與一般同規(guī)格異步電動機(jī)比較低20-40 dB(A)。
7)、適應(yīng)性廣
該系列電動機(jī)規(guī)格齊全、適應(yīng)性廣,即可自起動直接替代三相異步電動機(jī),也可配變頻器進(jìn)行無級調(diào)速。產(chǎn)品在整個負(fù)載范圍內(nèi)具有很高的效率和優(yōu)越的運行性能,是節(jié)能效果最佳的產(chǎn)品,適用于水泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、石化、化纖、紡織機(jī)械、運輸機(jī)械、攪拌機(jī)農(nóng)業(yè)機(jī)械、包裝、食品機(jī)械、造紙、印染、冶金等行業(yè)的傳動設(shè)備上。
結(jié)語
總之,在節(jié)能環(huán)保理念深入人心,全世界都在致力于研發(fā)節(jié)能環(huán)保技術(shù)的今天,在國家大力提倡節(jié)能減排的大環(huán)境下,耗能大戶水泥行業(yè)的節(jié)能減排改造工作任重道遠(yuǎn)。電機(jī)作為水泥行業(yè)最大的耗能設(shè)備,其節(jié)能技術(shù)的大力應(yīng)用勢在必行,永磁同步電機(jī)大范圍的取代其他電機(jī)是大勢所趨。
編輯:陳宗勤
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