一、引言
在水泥行业，由于电费的成本已成为原材料成本，人工成本之后的第三大开支；在用电紧张的今天，节省电费已成为企业经营者考虑的一件大事；而水泥厂的立窑风机是水泥厂的重要设备之一，也是主要的耗电设备之一。立窑风机的容量是按照机械立窑最大的设计产量来选型的，且留有一定的余量。在使用中，立窑风机长期固定在最大的转速下运行。由于季节、昼夜和生产工况的变化，机立窑的实际风量需求在绝大部分时间内远比设计负载低；在转速固定的情况下，当立窑风机的风量过剩时，只能通过旁通风管排放掉(或控制风门的进风量)，这样就造成立窑风机功耗的严重浪费，故对立窑风机进行变频节能改造具有一定的现实意义。
二、变频节电原理
对于风机来说，风量Q与转速n成正比，风压F与转速n的二次方成正比，而轴功率P 与转速n的三次方成正比（见表1），从表中我们可以看出上述几个量的变化关系：
表1
转速n% 风量Q% 频率 风压F% 轴功率P%
100 100 50 100 100
90 90 45 81 72.9
80 80 40 64 51.2
70 70 35 49 34.3
60 60 30 36 21.6
50 50 25 25 12.5
显然，变风量控制系统的节能效果是十分突出的，请见图2的比较曲
图2 节能效果图
从上面的图表中可以明了，当风机效率一定，调节风量微小的变化时，转速可成比例下降，则风机的轴功率成立方关系下降。在满足工艺要求的前提下，若风机转速有富余10%，将可节省电耗27.1%,若风机的转速富余20%，将可节省电耗48.8%。由此可见，风机、水泵类负载，其节电效果将是非常明显。
三、 立窑基本参数和工作原理
1、窑炉的基本参数
1）机械立窑参数
1、规格：（窑径×高度）2.0×8.5 , 2、 年产量：普通水泥5～7万吨
3、喂料方法：单嘴布料溜子11KW， 4、溜子回转速度：6.48转/分
5、塔篦子形式：整体双偏心， 6、塔篦子转速1.2～12.2转/分,
7、传动方式：中心传动，功率15KW ， 8、料封形式：垂直管料封，
9、出料粒度：不大于100毫米
2）风机参数
风机功率：132KW，额定电压：380V，额定电流：245A，转速2980转/分，
运行电流：120A～180A；风量：12776m3/h；风压：21995Pa；起动方式：△/Y
2、机立窑烧成工作原理
由料斗提升机将配置好的生料加一定比例的水，送至成球机成球，然后由布料器匀均地施入窑炉中，园球状的生料颗粒由底部的离心风机送风在窑炉中部充分燃烧，到窑炉底部冷却后，由塔篦子旋转，将烧好的熟料下到漏斗中，经适量喷水，经熟料破碎机后进入下道工序。由此可见，机立窑风机的配置的好坏直接影响到水泥的产量，故此，许多水泥厂厂家在风机上做文章，加大电机功率，加大风量与风压，往往适得其反。
从整个立窑系统装机的设备功率来看，罗茨风机电机功率为132KW，是整个机立窑系统装机功率的一半，对煅烧来说是一个用电较大的设备。它的改造成功将对厂家有较深远的意义。
四、 用户对变频节能改造后功能的要求
a) 要求变频器的跟随性能好，质量稳定可靠，故障率低。
b) 要求壹台变频器可两地操作（也就是提供两块操作面板），一块用延长线联结至窑面上，替代原操作系统；该块操作面板可以任意设定、修改参数，根据生产情况任意调节风量大小，能控制变频器的启停。另一块操作面板必须放在有人值班低压配电室内，只提供运行参数监视和开启、关闭变频器，不能设定参数和修改参数，不能调整风量的大小。
c) 在窑面和低压配电室两处都必须安装应急紧急停车按钮。
在用风量较小的情况下，必须保证电机的温升和电机的噪声不得超过允许的范围
五、立窑风机变频调速节能改造方案设计
1）根据现场情况和用户的要求，我们设计安装一台品质优良、性能稳定可靠的平方转矩（风机水泵型）威科变频器，其型号为VEC—V6—132F3，容量为132KW；并联在原风机起动柜主回路电路中，并和原主电路做成安全电器互锁；对立窑风机进行变频节能控制，具体的控制频率，由窑炉操作员工根据实际生产工艺和窑炉的煅烧情况，通过控制变频器面板上的上、下键操作，就能控制窑炉风量的大小。从而放弃了立窑风机过去传统的控制方式，改造成了目前调速效果最好、节电效果最佳的变频调速。
2）在变频器的硬件上加装一路（显示面板）牛脚插痤，制作成两路面板控制；键盘和牛脚插座之间用一条50米长的屏蔽线联结，以满足用户的要求。保留原风机窑面和值班室两处的紧急停车按钮，在空开和变频器之间的主电路中，增设交流按触器。用钢材把原放风阀封牢。变频改造后要依次合理调节每一个窑炉风腰的开度。
图3立窑风机控制原理图
六、变频参数的设定
变频器安装完毕后，必须对变频器的参数进行合理的设定，有些参数和设定，将直接影响变频器的运行，导致电机不能启动，造成工程改造的失败。所以在设定时要耐心细致，使参数设定和电机匹配。下面的参数是根据煅烧工艺和窑炉操作工现场试运行确认的参数。仅供大家参考。
基本参数
序号 功能描述 设定值 备注
1 控制方式 键盘调速+键盘运行
2 上限频率 50HZ
4 加速时间 112
5 减速时间 80
6 转矩提升 17
7 载波频率 5
9 上升/下降控制 有效
10 自由停车功能 有效
11 电流限幅功能 有效
七、立窑风机变频改造中注意事项
1） 面板控制方式应置为用键盘的 （上）或 （下）键调节风机的风量较为合理，因为窑面的工作环境较恶劣，假如用电位器调节，天长日久地来回旋转，会使电位器接触不良，造成电机电流波动很大；笔者经过许多家水泥厂的实践证明，键盘（上）、（下）键控制优于电位器控制。
2） 变频器的停车方式设定为自由停车。由于风机是大惯量负载，若加减速时间设定过短，在加速时过程中容易会出现过流、过载，在减速时容易出过电压保护，但设定时间过长，会导致风量调节缓慢，跟随性能会变差，使系统易处在短期不稳定状态中，有时满足不了窑炉生产的要求。因此，在满足变频器正常运行（不跳故障）的前题下，尽量把加减速时间设定合理。
3） 在变频器的输入和输出加装零序电抗器，以减少谐波的份量，以提高变频器的功率因数。
八、变频改造后的节电效果
为了了解应用变频调速技术后产生的节电效果，我们和厂方一起做了在相同工况条件下的节电效果测试，具体原始数据如下：
8月31日（24H） 9月1日（24H） 9月2日（24H） 9月3日（24H） 9月4日（24H） 9月5日（24H） 9月6日（24H）
工频运行 2640。 2720。 2680。 2688。 2656。 2704。 2712。
变频运行 2240。 2280。 2264。 2248。 2224。 2256。 2232。
节省用电 400度 440度 416度 440度 432度 448度 480度
从上面数所可知立窑风机每天平均节约电费436.5度；按厂家提供的数据，水泥厂立窑风机全年运行 10个月（即300天计算）, 电价每KW.h为0.50元，则全年节约电费为：
300天×436.5度×0.50=65,475（元）
此后该项目每年可为厂家节约电费6.5万元，经济效益非常显。
九 、本系统的特点
1） 采用节能单机控制，根据生产的实际需要通过调节风机的转速调节送风量，在满足使用要求的前提下达到最大限度的节能。
2） 实现了风机的高效调速，调速平稳、精度高，调速过程中转差损耗小，由于降速运行和软启动，使电机启动电流大大减小，起动时定、转子消耗减少，对延长电机寿命十分有利。
3） 先进的设置监控及调节功能改善了系统运行特性，使系统操作更简便。
4） 系统具有过载、过流、过压、短路、欠压保护措施，使系统的运转率和安全性、可靠性大大提高，有效地防止了喷窑的发生。
5） 运用威科变频器最大特点就是电机在低频运行时，不发生振荡现象。
结束语
在风机水泵上采用变频调速技术不仅调速性能优越，而且节能效果十分显著；随着变频器制技术的不断成熟和发展，变频器价格不断下降，我们相信所有的水泥厂立窑风机都会改造成用变频调速来控制。