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，中小型電機的節能是水泥行業所面臨的一大課題。

根據《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），對變壓器電網供電及電機的使用壽命影響極大。另風機通過電動執行器調節擋板進而調節所需風量，正常運行時擋板開度僅僅60%，風量約占額度風量80%，經計算理論節電15%（節流損失）。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。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對比

表2 改造后電機參數

表3 投資明細

表4 三種電機運行數據對比

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，調節變頻器頻率滿足市朝陽區，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 高效電機運行數據對比如下（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）永磁電機系統改造綜合節電率：

（140-93）÷140≈33%

（3）永磁電機和YE3 高效電機節電率比較：

（101-93）÷101≈8%

按照現場運行數據，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后，綜合節電率大于等于30%。

按節能比例30%，每年運轉率50%，4380h 計算，節能效益分析如下：140kW（有功功率）×30%（節能比例）×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）注意運行時密切監視其電流和溫升、環境溫度是否過高、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 系列異步電機節電8%，年節約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。