Трудно представить себе строительный материал, который был бы столь же распространен или полезен, как цемент. Это буквально клей, который скрепляет все вместе. Эта мощная смесь минералов, полученных из горных пород (в основном кальция, кремния, алюминия и железа), является основным материалом для строительства: смешанный с песком, он образует строительный раствор; добавьте гравий, и получится бетон. Без цемента строительная индустрия ничего не смогла бы построить.
В той или иной форме это было всегда. Древние римляне использовали связующие свойства вулканического пепла для возведения своих величественных памятников; а в Средние века устричные раковины широко использовались в качестве источника извести. Стандартным цементом нашего времени является портландцемент (названный так потому, что он имеет вид портландцемента): его сочетание универсальности и прочности предпочтительнее любого другого варианта, а его сырье (в основном известняк и глина) дешево и легко доступно.
С другой стороны, его изготовление — это тяжелая работа.
Вращающаяся печь (запатентованная в Великобритании в 1885 году) была большой технологический прорыв в промышленном производстве цемента – и эти гигантские вращающиеся печи цилиндрической формы теперь являются сердцем каждого цементного завода. Они не только чрезвычайно горячие (около 1400 ° C), так что они превращают сырье, которое проходит через них, в новое вещество (называемое клинкером), но и вращаются под наклоном, так что клинкер образуется равномерно и непрерывно течет – в стиле настоящей производственной линии.
В другом месте производственной линии находятся дробилки и измельчители, которые в начале процесса измельчают добытую породу до формы, пригодной для обжига, и мельницы, которые позже измельчают клинкерный материал в порошок и смешивают его с конечным продуктом. Конвейерные ленты связывают процесс с процессом на всем протяжении.
Двигатели приводят все это оборудование в движение; и здесь, как и во всех промышленных операциях, приводы с регулируемой частотой вращения делают работу двигателя более надежной, их легче точно контролировать, за ними легче ухаживать и они более эффективны в эксплуатации.
Механизм вращения печей, например, значительно выигрывает от постепенное ускорение и плавно регулируемая скорость. Огромные размеры самих печей в сочетании с типично эксцентричным распределением нагрузки означают, что при запуске они должны преодолевать значительную инерцию. Они могут достичь этого без механических нагрузок, вызванных внезапным скачком тока, благодаря приводам с регулируемой скоростью, обеспечивающим моторизованным роликам достаточно высокий пусковой момент (250% от крутящего момента при полной нагрузке является нормальным), который затем плавно снижается по мере увеличения скорости. После этого скорость вращения прямо пропорциональна скорости перемещения материала через печь.
Поток воздуха также необходимо контролировать. За это отвечают вентиляторы с принудительной тягой, которые прогоняют воздух, необходимый для горения, через печь и отводят большие объемы выхлопных газов. Процесс заключается в имеет решающее значение для регулирования температуры, который должен поддерживаться достаточно высоким для обеспечения тщательного сжигания, но не настолько высоким, чтобы можно было повредить корпус печи. Более того, ради термическая и химическая стабильность системыработа, которую выполняют вентиляторы, должна быть пропорциональна рабочей нагрузке.
Использование приводов с регулируемой скоростью для регулировки расхода воздуха – в зависимости от таких факторов, как температура воздуха на входе и точный характер обрабатываемого сырья – обеспечивает это. И это позволяет системам отказаться от различных жалюзи, лопастей и демпферов, ранее использовавшихся для изменения отдачи вентиляторов, работающих с постоянной скоростью.
Отдельные охлаждающие вентиляторы быстро снижают температуру свежего клинкера примерно до 100°C. Снова, контроль температуры имеет жизненно важное значение: без быстрого охлаждения клинкер может потерять минеральное содержание, необходимое для качества конечного цемента. Таким образом, приводы с регулируемой скоростью, поддерживающие поток холодного воздуха в тесной пропорции с работой печи, также хорошо работают и здесь.
То повышение эффективности, которое приводы с регулируемой скоростью обеспечивают вентиляторным системам хорошо известны инженерам: благодаря уникальной взаимосвязи между скоростью и мощностью, созданной законами сродства в физике, уменьшение скорости вращения вентилятора приравнивается к большему, чем равное снижение потребляемой мощности – Например, на 10% меньше скорость, что означает экономию энергии примерно на 30%.
Значение этого уравнения для промышленного производства цемента велико: вентиляторы занимают видное место на всей установке, они так же важны для операций измельчения, которые как предшествуют производству клинкера, так и следуют за ним, как и для самих печей, и выполняют жизненно важные функции вытяжки и удаления пыли повсюду.
Цементные заводы имеют много общего с шахтами, и их оборудование, как правило, выигрывает от управления приводным двигателем по тем же причинам. Например, ничто не может быть более напряженным для конвейерных систем, чем кучи камней произвольного размера. И на цементных заводах, и в шахтах, как правило, очень длинные и очень трудоемкие конвейерные ленты. С износом этих ремней, вызванным проблемами эластичности и натяжения, можно бороться с помощью нескольких двигателей, которые были поведенческая синхронизация с приводами с функцией распределения нагрузки. (Та же функция привода, опять же для повышения плавности движения, может быть применена к вращающимся печам с двумя двигателями.)
Как на шахтах, так и на цементных заводах конвейеры, загруженные породой, обычно преодолевают большие расстояния под уклон. Ременные двигатели здесь не только выигрывают от точный контроль крутящего момента и скорости необходимый для эффективное непрерывное торможение, но энергия торможения может быть подана обратно на приводы с регулируемой скоростью и, таким образом, возвращена в энергетическую сеть станции.
Нет такого аспекта производства цемента, который не был бы энергоемким, и в целом это одна из самых энергоемких отраслей промышленности из всех. Это также, неизбежно, один из самых загрязняющих факторов. Каждый год он ставит миллиарды тонн CO2 в атмосферу – почти 10% от общего объема мирового производства.
Большая часть этого происходит за счет сжигания газов в печах для обжига клинкера. И в настоящее время полным ходом идут исследования возможностей производства цемента без клинкера. Однако до тех пор, пока существует существующая промышленная модель, производители находятся под давлением, стремясь сделать ее настолько устойчивой, насколько это возможно. Энергоэффективные технологии в целом и приводы с регулируемой скоростью, в частности, играют центральную роль в их реакции.
