風機在除塵系統(tǒng)設計中的優(yōu)化

【摘要】對電爐除塵系統(tǒng)的不同布置形式和主風機的調節(jié)方式進行了比較,提出了系統(tǒng)節(jié)能在設計中的優(yōu)化方法。

關鍵詞:通風機　設計　優(yōu)化

一、引言

煉鋼電弧爐技術的發(fā)展,核心問題是節(jié)能增效?，F代煉鋼電弧爐在工藝上的發(fā)展大大提高了電弧爐的設備能力,使其能夠以盡可能大的功率進行熔化、升溫操作,生產節(jié)奏加快,生產率提高。

隨著我國經濟實力的增強和環(huán)境保護力度的提高,在冶金企業(yè)中除塵系統(tǒng)越來越受到重視。電弧爐設備能力的提高,也促使其除塵系統(tǒng)的設計水平和裝備水平的提高,系統(tǒng)的規(guī)模也愈加龐大。大型除塵系統(tǒng)的風量可達數十萬m3/h以上,電機功率也高達數百kW,使其成為冶金企業(yè)中的耗能大戶。因此,合理地進行系統(tǒng)設計,有效降低能耗已成為除塵系統(tǒng)設計的一個重要方面。電爐除塵系統(tǒng)的主要用電設備為主排煙風機,其電耗占全部除塵設備電耗的80%以上,其余用電設備包括電動閥門、輸灰設備等。

所以,除塵系統(tǒng)要降低能耗,主要_是要設法降低除塵風機的運行功率,在設計上可采取合理布置系統(tǒng)管路,盡量降低系統(tǒng)阻力和風量的措施,使主風機處于節(jié)能優(yōu)化狀態(tài)。

二、除塵系統(tǒng)的不同布置形式對能耗的影響

　　1.布置形式

電爐煉鋼車間的主要污染源是電爐、精煉爐冶煉時產生的煙氣。除塵系統(tǒng)可以根據具體情況對不同污染源設置單獨的系統(tǒng)（獨立系統(tǒng)）,也可以把幾處污染源合并設置一套集中處理（集中系統(tǒng)）。

某廠不銹鋼電爐煉鋼車間設有一臺交流電弧爐、一臺氬氧脫碳精煉爐和一臺鋼包精煉爐。交流電弧爐的除塵采用爐內排煙及屋頂大密閉罩對煙氣進行捕集,脫碳精煉爐除塵采用爐口煙罩捕集,鋼包精煉爐除塵采用爐頂煙罩捕集。系統(tǒng)的流程可以分別按獨立系統(tǒng)和集中系統(tǒng)進行布置。

2.系統(tǒng)設計

根據電爐冶煉的生產工藝,各座爐子的工藝生產節(jié)奏如圖3所示,冶煉期和加料期循環(huán)進行。

考慮到各種工況下的煙氣發(fā)生量設計選用的各抽風點風量。

　（1）獨立系統(tǒng)的設計

從工藝生產節(jié)奏及設計風量情況來看,電弧爐使用頻繁,而脫碳精煉爐和鋼包精煉爐則是間歇使用。所以由此可以分別設置一套除塵系統(tǒng)供電弧爐除塵用,另一套除塵系統(tǒng)供脫碳精煉爐和鋼包精煉爐合用。每套系統(tǒng)均設一臺除塵器和一臺風機。

根據各條管路的性質選擇的各系統(tǒng)參數見

系統(tǒng)的_風量出現在電弧爐密閉罩使用時,而在電弧爐爐內排煙時由于內排煙管路長、風速高,另外還要經過冷卻設備等,所以阻力_。

在脫碳精煉爐、鋼包精煉爐除塵系統(tǒng)中增設一個屋頂罩的目的是為了摻混一部分空氣,以降低系統(tǒng)的煙氣溫度,_除塵器入口溫度小于130℃的要求。

（2）集中系統(tǒng)的設計

把車間內的不同污染源通過管道合并后進入一套除塵系統(tǒng),共同使用一臺除塵器和一臺風機

　由于管路系統(tǒng)合并后的煙氣溫度能滿足進入布袋除塵器的溫度要求,因此可以不設屋頂煙罩,這樣_可以使系統(tǒng)總風量有所降低。

3.能耗比較

從以上兩種不同布置形式的能耗來看,獨立系統(tǒng)的主風機輸入功率為810~912kW,總風量為37.6~56.9萬m3/h。集中系統(tǒng)的主風機輸入功率范圍為563~797kW,總風量為21.7~45.4m3/h。因此,集中系統(tǒng)因各管路系統(tǒng)的風量根據不同的工作節(jié)奏進行組合,可以起到削峰填谷的作用,與獨立系統(tǒng)相比較總風量較小,風機功率更小。從節(jié)能的角度考慮,采用集中系統(tǒng)更為經濟。同時,從系統(tǒng)的占地面積、維護保養(yǎng)等方面綜合考慮,集中系統(tǒng)也更為合理。只有在一些特殊情況下,如煙氣粉塵性質不同,需要分別進行回收利用等,才考慮采用獨立系統(tǒng)設計。

三、節(jié)能設計優(yōu)化

1.除塵系統(tǒng)風機節(jié)能運行的依據和方法

風機的軸功率為

N =QH1000η　kW（1）

式中　Q———風機的風量,m3/s

H———風機的全壓,Pa

η———風機的全效率

電爐除塵系統(tǒng)的風量和風壓在工藝生產過程的各個不同階段均不相同,相應的風機軸功率也不同。因此,在工藝生產的不同階段采取措施對風機運行時的功率進行調節(jié),使風機不必在_功率處長期運行,從而可以有效地降低能耗。根據工藝節(jié)奏和前述分析,除塵系統(tǒng)在電爐冶煉的不同時期有不同的風量和風壓,計算得到的風機軸功率也有較大的差異,并具有調節(jié)的可能性。

對風機進行調節(jié)的目的是為了改變風機和管網中的風量,使其滿足實際工作的需要,降低能耗?？梢圆扇煞N方法對風機進行調節(jié),一是改變管網特性曲線,二是改變風機的特性曲線。

改變管網特性曲線的調節(jié)方法,是在風機性能不變的情況下,通過調節(jié)安裝在管道中的閥門來調節(jié)管網壓力損失,以調節(jié)風量。這種方法在_條件下雖然能將風機的功率降低,但其相應的效率也會下降。特別是當調節(jié)范圍過大時將使相當大一部分能量消耗在閥門上,反而造成了能源的浪費。

改變風機特性曲線的調節(jié)方法主要是改變風機轉速。改變風機轉速后,其效率保持不變,功率則隨風量和風壓的減小而降低。風機轉速改變時功率的變化為N1

N2=n13n23（2）

式中　N1和N2———工況1和2時的功率,kW

n1和n2———工況1和2時的轉速,r/min

風機的功率和轉速成3次方關系,從空氣動力學理論上看,是比較合理的調節(jié)方法。而在實際運行中,風機調速運行采用液力耦合器通過改變輸出軸轉速的方式來實現。

2.除塵系統(tǒng)風機調速運行的條件在除塵系統(tǒng)設計中,對風機進行調速運行_同時考慮其可操作性和經濟性。

（1）在不同的功率下需要有_的時間,以便于操作和調節(jié)。如在集中系統(tǒng)中的_種工況下的風量為284286m3/h,沒有_的持續(xù)時間,在風量—時間曲線上只是一個拐點,所以在這種工況下不存在調節(jié)的可能性。而其它3種工況下風量曲線均呈現出階梯狀,有穩(wěn)定的持續(xù)時間,可以作為調節(jié)的基礎（見圖4）。

（2）不同工況的出現有穩(wěn)定的規(guī)律,重現性好,便于進行自動控制。從集中系統(tǒng)的風量曲線上可以看出風量隨冶煉時間有周期性的變化。所以風量的調節(jié)可以通過與工藝過程的連鎖實現自動控制。

（3）從前面分析來看,獨立系統(tǒng)只有兩種工況,且功率相差不大,只有11%。進行調速運行需要增加液力耦合器等設備,維護管理工作量相應增加,調速運行的節(jié)能意義不大?？赏ㄟ^采用調節(jié)風機進口閥門開度的方法進行節(jié)能運行。集中系統(tǒng)有4種工況,風量的_值和風壓的_值不是同時出現,功率相差30%,系統(tǒng)大部分時間不在_功率處運行,節(jié)能效果較好。所以應該采取風機調速的措施進行節(jié)能運行。

　3.除塵風機調速運行的設計方法和節(jié)能效果

（1）設計方法

根據除塵系統(tǒng)的風量、風壓、功率———時間關系曲線,可對風機的性能提出要求,使其能符合在幾個工作點正常運行的要求。對集中系統(tǒng)來說,_是第1、3、4等3個工況點。再根據傳遞功率的不同,確定液力耦合器的調速范圍,并與有關工藝操作進行連鎖控制。

在實際設計中確定的風機功率與運行時間見表5。

（2）節(jié)能效果

如風機不進行調速運行,則應同時滿足在_風量和_系統(tǒng)阻力條件下的運行要求。

即風機風量為455000m3/h,風壓為6350Pa。這種工況下的風機功率為1180kW。

工作制度按24h/d,年運行300d計算,則每年運行電耗為

1180×24×300=849.6萬kW·h

風機調速運行時每一周期為90min,其電耗為563×30/60+797×25/60+705×35/60=1024.6kW

折算成小時電耗為1024.6×60/90=683.1kW

每年運行電耗為683.1×24×300=491.8萬kW·h

對系統(tǒng)風機調速運行前后的功耗比較可以得到:采取風機調速運行年耗電量可降低357.8萬kW·h,節(jié)電可達42%,節(jié)能效果顯著。

四、結論

（1）電爐除塵系統(tǒng)因其整個系統(tǒng)復雜、電耗大,而且系統(tǒng)的風量、風壓隨冶煉的不同階段有很大的差異,設計中應根據工藝運行的節(jié)奏,采取適當的方式進行節(jié)能運行。

（2）除塵系統(tǒng)節(jié)能設計應首先考慮系統(tǒng)的合理布置,集中系統(tǒng)的管路布置合理、系統(tǒng)緊湊,可以取得較好的節(jié)能效果。同時,根據風量、風壓的周期性變化規(guī)律,找出主風機功率的變化規(guī)律,進行節(jié)能運行。

（3）除塵系統(tǒng)的節(jié)能運行對大范圍調節(jié)應采用電機調速運行。小范圍內調節(jié)可采用調節(jié)風機進口閥門開度大小的方法進行。但閥門與風機進口之間應保持_距離,使風機葉輪進口處保持正常流場?？傊?/span>,_運行效果良好,操作管理方便可靠。