凈化排煙通風(fēng)機(jī)的節(jié)能研究與設(shè)計(jì)(上)

1、凈化排煙通風(fēng)機(jī)的節(jié)能研究與設(shè)計(jì)凈化排煙通風(fēng)機(jī)的節(jié)能研究與設(shè)計(jì)郭俊鵬（中國鋁業(yè)青海分公司，青海 西寧 810108） 摘 要本文針對(duì)中國鋁業(yè)青海分公司第三電解廠凈化車間900kW和630kW排煙通風(fēng)機(jī)目前靠調(diào)節(jié)風(fēng)門開度來節(jié)能的現(xiàn)狀，從風(fēng)機(jī)和管道的固有特性方面對(duì)節(jié)流調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)做了詳細(xì)的分析和比較，得出風(fēng)機(jī)變速調(diào)節(jié)能夠產(chǎn)生明顯節(jié)能效益的結(jié)論。文章依據(jù)當(dāng)前實(shí)際運(yùn)行的風(fēng)門開度對(duì)凈化車間西部的2臺(tái)900kW排煙通風(fēng)機(jī)和中、東部6臺(tái)630kW排煙通風(fēng)機(jī)采用變速調(diào)節(jié)后的能源節(jié)約量進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算和比較，認(rèn)為中、東部630kW排煙通風(fēng)機(jī)不適合做變速節(jié)能改造。文章還對(duì)西部凈化900kW排煙通風(fēng)機(jī)采用變速調(diào)節(jié)后的

2、實(shí)際節(jié)能效益進(jìn)行了定量的計(jì)算，選擇了變頻調(diào)速作為此風(fēng)機(jī)變速調(diào)節(jié)的主要方法，近而對(duì)高壓變頻器的技術(shù)要求和參數(shù)進(jìn)行了比較和選擇，選出了較為實(shí)用的高壓變頻器，最后計(jì)算出了900kW高壓變頻調(diào)速改造的投資回報(bào)期，解決了當(dāng)前亟待解決的實(shí)際問題。關(guān)鍵詞通風(fēng)機(jī)；節(jié)能；節(jié)流調(diào)節(jié)；變速調(diào)節(jié)；變頻調(diào)速1引言中國鋁業(yè)青海分公司第三電解廠分兩期工程建設(shè),現(xiàn)200kA預(yù)焙陽極電解槽268臺(tái),年產(chǎn)重熔用鋁錠15萬噸。電解生產(chǎn)過程中排出的煙氣含有有害物質(zhì)，其中主要為氟化物和氧化鋁粉塵，為了防止這些有害物質(zhì)造成的污染，需將這些有害氣體和粉塵集中進(jìn)行凈化處理，使煙氣中的有害物質(zhì)排放量達(dá)到國家要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。我分廠電解生產(chǎn)中電解

3、煙氣的處理采用國內(nèi)外大型鋁廠普遍采用的干法煙氣凈化系統(tǒng)，分別為東部、中部、西部電解煙氣凈化系統(tǒng)，共三套，每套系統(tǒng)分別處理80、80、108 臺(tái)電解槽的煙氣，分別設(shè)置于電解車間過道的兩側(cè)。離心式排煙通風(fēng)機(jī)是煙氣凈化系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，我分廠共有10臺(tái)，其中配用900kW異步電動(dòng)機(jī)的2臺(tái)（西部凈化系統(tǒng)），630 kW異步電動(dòng)機(jī)的8臺(tái)（中、東部各4臺(tái)，運(yùn)行方式為兩用兩備），均為6.3kV高壓異步電動(dòng)機(jī)，運(yùn)行時(shí)能耗較高，啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)沖擊較大。節(jié)能減排是目前國家的大政方針，是企業(yè)降低成本、提高競爭力的根本途徑。而電在鋁冶煉行業(yè)的生產(chǎn)成本中占到了30以上，10臺(tái)排煙通風(fēng)電機(jī)每年損耗動(dòng)力電約3732.48

4、萬度，每度電按0.35元計(jì)算，僅這10臺(tái)排煙通風(fēng)機(jī)，企業(yè)每年將支出1306.4萬元電費(fèi)，實(shí)在是一項(xiàng)巨大的開資，應(yīng)該說節(jié)電的潛力是很大的。排煙通風(fēng)機(jī)一般在設(shè)計(jì)選型時(shí)會(huì)根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況留出一定的風(fēng)量裕量。根據(jù)計(jì)算，我分廠風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕量大致在17左右，所以我們可以采用節(jié)流的方法來調(diào)節(jié)風(fēng)量，從而達(dá)到節(jié)能的目的。實(shí)際生產(chǎn)中我們將900kW排煙通風(fēng)機(jī)的入口風(fēng)門開啟到60左右，電機(jī)電流72A，將630kW排煙通風(fēng)機(jī)的風(fēng)門開啟到90左右，電機(jī)電流67A，接近額定電流。此時(shí)電解車間的煙氣量和凈化效率剛好能滿足生產(chǎn)和環(huán)保要求，是節(jié)能與凈化的一個(gè)臨界點(diǎn)位。眾所周知，節(jié)流和變速是風(fēng)機(jī)的兩種不同的節(jié)能方法，我們目前所

5、采用的節(jié)流節(jié)能雖然方法簡單，基本是零投資，但其節(jié)能效果比較差。我們考慮采用風(fēng)機(jī)變速的方法來達(dá)到節(jié)約電能的目的，但變速節(jié)能的方法比節(jié)流節(jié)能的效率能高出多少？我分廠西部凈化2臺(tái)900kW排煙通風(fēng)機(jī)和中、東部凈化6臺(tái)630kW排煙通風(fēng)機(jī)到底適不適合變速調(diào)節(jié)改造？還有，采用什么樣的變速方法來節(jié)能？項(xiàng)目實(shí)施后投入和回報(bào)的比例怎樣，是否經(jīng)濟(jì)？這些都是長久困擾我們的問題，也是本文要計(jì)算和研究的主要方向。2風(fēng)機(jī)的基本特性和變速節(jié)能原理2.1 風(fēng)機(jī)的基本特性2.1.1 風(fēng)機(jī)的基本參數(shù)風(fēng)量Q： 表示單位時(shí)間內(nèi)流過風(fēng)機(jī)的空氣體積，其單位為m³/s 、m³/min 或 m³/h。風(fēng)壓H：

6、表示當(dāng)空氣流過風(fēng)機(jī)時(shí)風(fēng)機(jī)給予空氣的總壓力，它是由靜風(fēng)壓 Hs 和動(dòng)風(fēng)壓Hd 組成，其單位為Pa 或 Mpa，總壓力的公式為H=Hs+Hd。軸功率Ps：為風(fēng)機(jī)工作時(shí)有效的總功率，其單位為kW ，計(jì)算公式Ps = QH/1000，如果風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓是以有效靜風(fēng)壓Hs 表示時(shí)則軸功率為Ps = QHs/1000。風(fēng)機(jī)本身的效率d：風(fēng)機(jī)軸上的功率因有部分損失而不能全部傳遞給空氣，它是評(píng)價(jià)風(fēng)機(jī)工作優(yōu)劣的主要指標(biāo)之一。電動(dòng)機(jī)功率Pm：Pm = QH/(1000·c·d),其中c 為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率，直接傳動(dòng)時(shí)c = 1.0，皮帶傳動(dòng)時(shí)為0.90.95，齒輪傳動(dòng)時(shí)為0.90.97。總效率 =c

7、·d2.1.2 風(fēng)機(jī)的工作特性風(fēng)機(jī)的工作特性可以由H-Q 曲線來表述，H-Q 曲線是表示轉(zhuǎn)速恒定時(shí)風(fēng)壓H 與風(fēng)量Q 之間的特性關(guān)系如圖1所示：AH=(Q)HA0QA流量Q (m3/S)圖1 風(fēng)機(jī)的特性曲線H=(Q)壓力H（Pa）圖1中，當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行在A點(diǎn)時(shí)所需的軸功率P=QH/1000 (kW)，即圖中陰影AHA0QA的面積，原動(dòng)機(jī)（電機(jī)）的功率：Pm = QH/(1000·c·d)。在實(shí)際計(jì)算中，如果對(duì)H和Q分別相對(duì)于額定量取標(biāo)幺值，在相似定律成立的條件下，當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行在額定點(diǎn)時(shí)H=1，Q=1，則H-Q曲線近似滿足H=A-(A-1)Q2的關(guān)系。A表示Q為0時(shí)對(duì)應(yīng)的風(fēng)

8、量，一般取A=1.4p.u，如圖2所示。AH=A-(A-1)Q2101流量Q (p.u)圖2 風(fēng)機(jī)的標(biāo)幺值特性曲線H=(Q)A壓力H（p.u）2.1.3 管網(wǎng)的風(fēng)阻特性5管網(wǎng)的風(fēng)阻特性表示當(dāng)管網(wǎng)的阻力R保持不變時(shí)管網(wǎng)的通風(fēng)阻力h與風(fēng)量Q 之間的關(guān)系特性，可如圖3所示，其特性由h = RQ²來決定。0流量Q (m3/S)圖3 管網(wǎng)的風(fēng)阻特性曲線H=(Q)壓力H（Pa）h = RQ²2.1.4 風(fēng)機(jī)的比例定律風(fēng)機(jī)的比例定律是：風(fēng)機(jī)的流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。其關(guān)系式如下： 或 Q 或 H 或 N(N為軸輸出功率)因此有,也就是說風(fēng)機(jī)功率與

9、H-Q（圖1）上原點(diǎn)和H=(Q)曲線上工作點(diǎn)所確定的矩形面積成正比。2.2 風(fēng)機(jī)的節(jié)能方法和節(jié)能原理2.2.1風(fēng)機(jī)在工作過程中的功耗風(fēng)機(jī)在工作過程中的功耗有：ü 電動(dòng)機(jī)的軸功率ü 線路的損耗ü 控制裝置的損耗ü 機(jī)械損耗2.2.2 風(fēng)機(jī)的基本節(jié)能方法ü 減少運(yùn)行時(shí)間ü 合理地選型配套ü 采用高效率的風(fēng)機(jī)和設(shè)備ü 滿足同樣風(fēng)量的情況下減少通風(fēng)管網(wǎng)的空氣阻力ü 采用變速控制方式，減少節(jié)流損失2.2.3 風(fēng)機(jī)變速節(jié)能的原理1節(jié)流節(jié)能主要指的是調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的節(jié)流閥（擋板），他是靠改變管路阻力特性曲線來調(diào)節(jié)的，節(jié)流閥可

10、增大管路阻力，減少流量。這種調(diào)節(jié)方法是很不經(jīng)濟(jì)的，人為地增加管路阻力，就增大了管路損耗，因此流量降低之后功率下降不明顯（這一點(diǎn)在本文后面的分析計(jì)算中會(huì)具體說明）。風(fēng)機(jī)的原動(dòng)機(jī)變速不僅能夠代替閥門的控制作用，而且能夠減少管路、閥門的壓力損失，在某種情況下還能改善機(jī)組性能，大大提高整個(gè)機(jī)組的效率。因此，在需要調(diào)節(jié)流量的場合，變速調(diào)節(jié)是節(jié)能的一項(xiàng)有效途徑。H（p.u）0Q (p.u)圖4 風(fēng)機(jī)節(jié)流調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)比較圖ABCH1，n12，n23，R14，R2QAQBHAHC1HB1.4如圖4所示，風(fēng)機(jī)原來運(yùn)行在特性曲線1上的額定值A(chǔ)點(diǎn)，此時(shí)管路的阻力為R1。當(dāng)調(diào)小風(fēng)門時(shí)速度沒有改變，系統(tǒng)阻力曲線由3轉(zhuǎn)到4，管路阻力由R1增加到R2，系統(tǒng)工況由A點(diǎn)轉(zhuǎn)到B點(diǎn)來運(yùn)行，顯然由B-HB-0- QB所包圍的矩形面積并沒有比由A-HA-0- QA所包圍的矩形面積增加多少，亦即節(jié)流調(diào)節(jié)后能源的節(jié)約量并不顯著。如果采用變速的方法，將風(fēng)機(jī)原動(dòng)機(jī)的速度由n1降低到n2，特性曲線由1轉(zhuǎn)到2，系統(tǒng)工況由A點(diǎn)轉(zhuǎn)到C點(diǎn)來運(yùn)行，顯然由C-HC-0- QB所包圍的矩形面積比由B-HB-0- QB所包圍的矩形面積減少很多，H=HB-HC，節(jié)能效果十分明顯，經(jīng)濟(jì)效益可觀。根據(jù)風(fēng)機(jī)的比例定律