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第二節(jié) 風(fēng)機對水泥生產(chǎn)能耗的影響 目前，在水泥生產(chǎn)中主要有三種類型的風(fēng)機：離心風(fēng)機、軸流風(fēng)機、空氣壓縮機?？諝鈮嚎s機，主要用于除塵清灰、空氣炮助流、某些執(zhí)行器或開關(guān)閥；軸流風(fēng)機，主要用于冷卻設(shè)備表面（如回轉(zhuǎn)窯），以及某些場合的通風(fēng)；直接用于工藝運行、而且是能耗大戶的主要是離心風(fēng)機，這里重點關(guān)注離心風(fēng)機。 離心風(fēng)機主要從其驅(qū)動電機獲得能量，而后通過旋轉(zhuǎn)的葉輪將動能傳遞給氣體，以維持氣體按預(yù)定的程序在工藝過程中流動和做功，其表象是將空氣吹送進系統(tǒng)或?qū)怏w甚至固體顆粒一起帶出系統(tǒng)。 1、風(fēng)機的特性曲線 每臺風(fēng)機都有自己的特性曲線，即風(fēng)機壓頭與體積流量的關(guān)系曲線，如圖19-05所示。當(dāng)風(fēng)機壓頭等于系統(tǒng)的壓頭損失（壓降）時，系統(tǒng)達到一個平衡狀態(tài)。風(fēng)機特性曲線與系統(tǒng)壓降曲線的交點即是風(fēng)機在該系統(tǒng)的工作點，系統(tǒng)的壓頭損失就是系統(tǒng)壓降，系統(tǒng)壓降是超不過風(fēng)機特性曲線的臨界點的。
在實際應(yīng)用中，風(fēng)機的特性曲線不是一成不變的，會隨著風(fēng)機轉(zhuǎn)速、風(fēng)機進口閥門開度、氣體溫度及密度而變化，理論上系統(tǒng)的壓頭損失等于風(fēng)機提供的功率，參見圖19-06。 由圖19-06可見，若風(fēng)機轉(zhuǎn)速變化（圖19-06a），或風(fēng)機進口百葉閥開度變化（圖19-06b），風(fēng)機運行點將沿著系統(tǒng)壓降曲線移動；若氣體溫度或密度發(fā)生變化（圖19-06c），風(fēng)機特性曲線以及系統(tǒng)壓降曲線將被改變。 對于固定轉(zhuǎn)速的風(fēng)機，當(dāng)進口百葉閥開度從100%關(guān)至60%，按照風(fēng)機的特性曲線，風(fēng)機的壓頭將增大、體積流量隨之減少；但作用于系統(tǒng)的壓頭不變，仍然等于系統(tǒng)阻力，系統(tǒng)的體積流量與風(fēng)機流量等量減少。 這是因為風(fēng)機在克服系統(tǒng)阻力之外，關(guān)風(fēng)門產(chǎn)生的壓降（ΔPd）也需要風(fēng)機克服，系統(tǒng)阻力與閥門阻力兩者之和等于風(fēng)機壓頭。這就是用調(diào)速裝置來調(diào)節(jié)風(fēng)機流量而不用閥門調(diào)節(jié)的原因，以此避免關(guān)閥門造成的能量損失。
2、如何消除實際運行與設(shè)計的偏離 本章開篇講到，風(fēng)機在選型時就考慮了特殊工況的最大需求，而且還留有一定的保守富裕；在生產(chǎn)過程中，由于受多種復(fù)雜因素的影響，其實際運行負(fù)荷與風(fēng)機的固有特性偏離較多，一般都有約15％～30％的節(jié)能空間。 那么，如何消除或減小這個偏離、減少能耗浪費，讓其更符合實際需要呢？對一臺已經(jīng)在用的風(fēng)機，在其使用能力（全壓和風(fēng)量）能夠滿足系統(tǒng)需要的情況下，需要調(diào)整的主要是風(fēng)量，而且一般是減小風(fēng)量。 風(fēng)量和風(fēng)壓是沿著風(fēng)機固有的特性曲線運行的，需要指出的是，風(fēng)機在其特性曲線上的不同點運行，其效率是不一樣的。特性曲線在其最大效率點附近有一個可以接受的“經(jīng)濟使用范圍”，出了這個范圍就會導(dǎo)致風(fēng)機運行效率的過度下降，增大不必要的浪費。舉例說明，某風(fēng)機的特性曲線如圖19-07所示。
滿足生產(chǎn)需要、減小風(fēng)量的辦法主要有三種：① 在風(fēng)機的進風(fēng)口設(shè)置調(diào)節(jié)閥，② 給風(fēng)機配置調(diào)速系統(tǒng)，③ 改造或更換風(fēng)機。那么，這三種方法哪一種更合理呢？在具體的決策過程中，不僅要考慮節(jié)能效果的對比，還要考慮不可回避的投資問題。 （1）在風(fēng)機的進風(fēng)口設(shè)置調(diào)節(jié)閥，通過增加風(fēng)機的工作壓力，使其沿著特性曲線降低風(fēng)量，這是最簡單、也是早期最常用的方法，如圖19-06b所示。這種方法是人為的給風(fēng)機增加系統(tǒng)以外的負(fù)荷，增加的這部分負(fù)荷對于系統(tǒng)是沒有意義的，沒有意義的負(fù)荷就是一種浪費，所以就有了調(diào)速和改造兩種措施。 ?。?）就調(diào)速與改造對比，調(diào)速雖然不會降低風(fēng)機效率，但也不會增大風(fēng)機效率，只能提高風(fēng)機的系統(tǒng)效率，而且投資較大、自身還要耗電、使系統(tǒng)復(fù)雜化、增加了維護維修費用；改造或更換更接近實際工況的風(fēng)機，不僅投資較小、系統(tǒng)簡單、不增加維護維修費用，而且在提高系統(tǒng)效率的同時，還可以順便采用更新的風(fēng)機技術(shù)、提高風(fēng)機本身的效率。 3、風(fēng)機的效率診斷 工藝風(fēng)機是水泥廠的第二大功率消耗設(shè)備群，如果要節(jié)電，就不但不可回避其存在的問題，而且應(yīng)在專家的幫助下積極的去發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。只有進行定期的檢測和評審，盡最大努力掌控風(fēng)機效率及其系統(tǒng)效率，并與基準(zhǔn)風(fēng)機效率進行比較，才能及時的發(fā)現(xiàn)問題和采取措施，避免不必要的能源浪費。水泥廠的風(fēng)機效率基準(zhǔn)值見表19-02。 3.1 影響風(fēng)機效率的主要因素： ●設(shè)計/制造階段：風(fēng)機殼體的設(shè)計，風(fēng)機進風(fēng)口、風(fēng)機葉片的設(shè)計與機加精度，電驅(qū)動方式（電機和調(diào)速裝置）； ●生產(chǎn)運行階段：風(fēng)機轉(zhuǎn)速，葉輪上的灰塵沉積，風(fēng)機殼體的損壞或變形程度，風(fēng)機（即葉輪）使用時間，葉片尺寸的修改（有時改短或有時加長），性能曲線的運行工作點。 3.2 離心風(fēng)機的運行規(guī)律（風(fēng)機定律）： ●體積流量的變化與風(fēng)機轉(zhuǎn)速成正比； ●風(fēng)機壓頭的變化與轉(zhuǎn)速的平方成正比； ●風(fēng)機功率消耗的變化與轉(zhuǎn)速的立方成正比。 對于一定的技術(shù)水平和制造能力，在一定范圍內(nèi)制作的同類風(fēng)機，其固有特性存在如下關(guān)系，詳見表19-03所示。需要指出的是，由于功率是風(fēng)量與風(fēng)壓的乘積，三者都與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，所以風(fēng)機轉(zhuǎn)速的改變，不會導(dǎo)致風(fēng)機效率的改變、或改變得很小，這是風(fēng)機調(diào)速節(jié)能的前提和基礎(chǔ)。 表19-03 風(fēng)機的Q、H、N及η與ρ、n及D的關(guān)系
H--風(fēng)機產(chǎn)生的風(fēng)壓，這里指全壓，Pa N--風(fēng)機的有效功率，稱軸功率，kW D--風(fēng)機葉輪外徑，m n--風(fēng)機轉(zhuǎn)速，r/s η--風(fēng)機全壓效率，% ρ--空氣密度，kg/m3 3.3 風(fēng)機的系統(tǒng)效率與診斷 風(fēng)機系統(tǒng)的總效率不僅與風(fēng)機有關(guān)，它還包括風(fēng)機的驅(qū)動系統(tǒng)和風(fēng)機所在的工藝系統(tǒng)，對這一點兒必須有一個清醒的認(rèn)識。否則，想把有關(guān)風(fēng)機的總電耗降到最低也是不可能的。 風(fēng)機系統(tǒng)的總效率＝風(fēng)機自身效率×風(fēng)機驅(qū)動效率×工藝系統(tǒng)效率 風(fēng)機自身效率和風(fēng)機驅(qū)動效率，與選配購置的設(shè)備特性和安裝質(zhì)量有關(guān)，在安裝調(diào)試完成后只能降低、不可能提高，在運行維護良好的情況下能基本保持不降低或少降低；而工藝系統(tǒng)效率則不同（如預(yù)熱器系統(tǒng)），除部分取決于初始設(shè)計和安裝施工外（旋風(fēng)筒、內(nèi)筒、連接風(fēng)管等的），還與系統(tǒng)的使用和維護有關(guān)（如系統(tǒng)的溫度、固氣比、漏風(fēng)、結(jié)皮等），不可忽視了這一塊兒。 因此，要想把風(fēng)機用好，就要定期的對風(fēng)機系統(tǒng)進行全面的診斷，對風(fēng)機系統(tǒng)效率的診斷流程如圖19-08所示。 圖19-08 風(fēng)機系統(tǒng)效率診斷流程 |
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