稀土永磁同步電動機在水泥磨收塵風機的應用

馬勁松，劉新宇，王晨光，劉素芝

（唐山冀東水泥股份有限公司，河北唐山 064000）

0 引言

水泥工廠是能耗大戶，其中中小型電機每年消耗的電能占整個水泥廠電能消耗的一半以上。隨著工廠向高效清潔低碳方向發(fā)展以及水泥單位產品能源消耗限額逐漸嚴格，中小型電機的節(jié)能是水泥行業(yè)所面臨的一大課題。

根據(jù)《中小型三相異步電動機那些限定值及能效等級》（GB 18613—2012）要求2016 年9 月1 日期電動機效率應不低于2級能效。

稀土永磁同步電動機（以下簡稱永磁電機）和普通異步電動機定子相同，最大不同是轉子通過永磁體替代勵磁繞組和磁極，徹底消除勵磁電流，以及轉子鐵損耗和渦流損耗。高功率因數(shù)使定子電流減少，定子繞組電阻損耗減小，從而達到提高效率，節(jié)能降耗的目的。永磁電機效率保證值已經達到1 級標準（見圖1、表1）。

1 背景及現(xiàn)狀

唐山分公司二廠水泥磨磨尾收塵風機，在早期建設時配套用的電動機都是Y2 系列普通異步電動機，屬于強制淘汰設備。且風機在啟動過程中啟動電流大（1200A），對變壓器電網(wǎng)供電及電機的使用壽命影響極大。另風機通過電動執(zhí)行器調節(jié)擋板進而調節(jié)所需風量，正常運行時擋板開度僅僅60%，風量約占額度風量80%，經計算理論節(jié)電15%（節(jié)流損失）。電機負荷利率72%。

圖1 永磁同步電動機與鼠籠式異步電動機

2 改造方案

針對現(xiàn)狀，將水泥磨收塵風機Y 系列電動機更換為同功率的永磁同步電動機，加裝200KW 變頻器一臺，通過變頻起動代替原來軟起動器起動，并將風門控制風量改為變頻調速。改造以后風門可以拆除，或者常開狀態(tài)。為了和YE3 高效異步電動機比較效率，同時借用一臺YE3-185KW 電機一起運行比較（見表2）。

3 投 資（見表3）

YE3-315L-4 185kW3.8 萬元。變頻器價格相同。

4 改造過程

2019 年10 月29 日水泥磨臺時穩(wěn)定200t/h，在原Y 系列電機帶軟啟動器情況下調整擋板運行，用電能表在MCC 出線柜計量運行14h。

表1 永磁同步電動機與異步電機參數(shù)對比

表2 改造后電機參數(shù)

表3 投資明細

表4 三種電機運行數(shù)據(jù)對比

在水泥磨相同臺產量情況下，更換YE3 高效電機增加ABB變頻器，風門全開，滿足生產要求調節(jié)電機頻率，運行14h。更換永磁電機增加ABB 變頻器，風門全開，調節(jié)變頻器頻率滿足市朝陽區(qū)，運行14h。

安裝時注意永磁電機應避免劇烈磕碰震動，產生不可逆失磁。

5 效益分析

2019 年12 月，水泥系統(tǒng)主收塵風機采用永磁電動機投入運行，與原Y 系列電機、YE3 高效電機運行數(shù)據(jù)對比如下（見表4）：

（1）原電機為軟啟動器啟動方式，靠擋板調節(jié)風量，磨出口風壓 3300～4000Pa，單小時電耗約 141kW·h。

更換為YE3 高效電機+變頻調速后，擋板開度100%，磨出口風壓3300～4000Pa，頻率40Hz 可滿足生產需要，電耗約101kW·h。

更換為永磁電機+變頻調速后，擋板開度100%，磨出口風壓力3300～4000Pa，頻率37Hz 可滿足生產需要，電耗約93.2kW·h。

（2）永磁電機系統(tǒng)改造綜合節(jié)電率：

（140-93）÷140≈33%

（3）永磁電機和YE3 高效電機節(jié)電率比較：

（101-93）÷101≈8%

按照現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)，生產運行中，主收塵風機原Y2 系異步電機有功功率約140.53kW，更換永磁同步電動機系統(tǒng)后，綜合節(jié)電率大于等于30%。

按節(jié)能比例30%，每年運轉率50%，4380h 計算，節(jié)能效益分析如下：140kW（有功功率）×30%（節(jié)能比例）×4380h（每年）×0.5（平均電費單價）≈9.2 萬元/年。

本項目投資約16 萬元，1.7 年收回投資。

6 注意事項

（1）由于受溫度及振動的影響永磁體有退磁現(xiàn)象，選型時技術條款要求耐溫等級150℃的釹鐵硼磁鋼SH 系列。

（2）注意運行時密切監(jiān)視其電流和溫升、環(huán)境溫度是否過高、散熱風扇是否異常。嚴禁頻繁過載電流過大導致溫升超過磁鋼極限溫度，一般永磁電機繞組溫度應運行在120℃以下，并且溫度保護裝置有效。

7 結束語

永磁電機由于是一級能效，比高效Y 系列異步電機節(jié)電8%，年節(jié)約1.8 萬元，多投資4.5 萬元，多投資部分2.5 年收回。

回收期受電機負荷率大小影響，電機負荷率較低時永磁同步電動機效率仍能保持高效。負荷率在50%以下時，永磁同步電機能保持93%～94%效率而異步電機則在90%以下。

在國家節(jié)能減排的大形式下，對長期運行的風機采用永磁電機驅動，經濟效益比較可觀，應用前景好，必將得到廣泛的應用。