風(fēng)機(jī)在除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)方式進(jìn)行了比較,提出了系統(tǒng)節(jié)能在設(shè)計(jì)中的優(yōu)化方法。

關(guān)鍵詞:通風(fēng)機(jī)　設(shè)計(jì)　優(yōu)化

一、引言

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

隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)和環(huán)境保護(hù)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(shè)備能力的提高,也促使其除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(fēng)量可達(dá)數(shù)十萬m3/h以上,電機(jī)功率也高達(dá)數(shù)百kW,使其成為冶金企業(yè)中的耗能大戶。因此,合理地進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì),有效降低能耗已成為除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。電爐除塵系統(tǒng)的主要用電設(shè)備為主排煙風(fēng)機(jī),其電耗占全部除塵設(shè)備電耗的80%以上,其余用電設(shè)備包括電動(dòng)閥門、輸灰設(shè)備等。

所以,除塵系統(tǒng)要降低能耗,主要_是要設(shè)法降低除塵風(fēng)機(jī)的運(yùn)行功率,在設(shè)計(jì)上可采取合理布置系統(tǒng)管路,盡量降低系統(tǒng)阻力和風(fēng)量的措施,使主風(fēng)機(jī)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(shí)產(chǎn)生的煙氣。除塵系統(tǒng)可以根據(jù)具體情況對不同污染源設(shè)置單獨(dú)的系統(tǒng)（獨(dú)立系統(tǒng)）,也可以把幾處污染源合并設(shè)置一套集中處理（集中系統(tǒng)）。

某廠不銹鋼電爐煉鋼車間設(shè)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(nèi)排煙及屋頂大密閉罩對煙氣進(jìn)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(dú)立系統(tǒng)和集中系統(tǒng)進(jìn)行布置。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)電爐冶煉的生產(chǎn)工藝,各座爐子的工藝生產(chǎn)節(jié)奏如圖3所示,冶煉期和加料期循環(huán)進(jìn)行。

考慮到各種工況下的煙氣發(fā)生量設(shè)計(jì)選用的各抽風(fēng)點(diǎn)風(fēng)量。

　（1）獨(dú)立系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

從工藝生產(chǎn)節(jié)奏及設(shè)計(jì)風(fēng)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(shè)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(shè)一臺除塵器和一臺風(fēng)機(jī)。

根據(jù)各條管路的性質(zhì)選擇的各系統(tǒng)參數(shù)見

系統(tǒng)的_風(fēng)量出現(xiàn)在電弧爐密閉罩使用時(shí),而在電弧爐爐內(nèi)排煙時(shí)由于內(nèi)排煙管路長、風(fēng)速高,另外還要經(jīng)過冷卻設(shè)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(shè)一個(gè)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(shè)計(jì)

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

　由于管路系統(tǒng)合并后的煙氣溫度能滿足進(jìn)入布袋除塵器的溫度要求,因此可以不設(shè)屋頂煙罩,這樣_可以使系統(tǒng)總風(fēng)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(dú)立系統(tǒng)的主風(fēng)機(jī)輸入功率為810~912kW,總風(fēng)量為37.6~56.9萬m3/h。集中系統(tǒng)的主風(fēng)機(jī)輸入功率范圍為563~797kW,總風(fēng)量為21.7~45.4m3/h。因此,集中系統(tǒng)因各管路系統(tǒng)的風(fēng)量根據(jù)不同的工作節(jié)奏進(jìn)行組合,可以起到削峰填谷的作用,與獨(dú)立系統(tǒng)相比較總風(fēng)量較小,風(fēng)機(jī)功率更小。從節(jié)能的角度考慮,采用集中系統(tǒng)更為經(jīng)濟(jì)。同時(shí),從系統(tǒng)的占地面積、維護(hù)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(zhì)不同,需要分別進(jìn)行回收利用等,才考慮采用獨(dú)立系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

三、節(jié)能設(shè)計(jì)優(yōu)化

1.除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)節(jié)能運(yùn)行的依據(jù)和方法

風(fēng)機(jī)的軸功率為

N =QH1000η　kW（1）

式中　Q———風(fēng)機(jī)的風(fēng)量,m3/s

H———風(fēng)機(jī)的全壓,Pa

η———風(fēng)機(jī)的全效率

電爐除塵系統(tǒng)的風(fēng)量和風(fēng)壓在工藝生產(chǎn)過程的各個(gè)不同階段均不相同,相應(yīng)的風(fēng)機(jī)軸功率也不同。因此,在工藝生產(chǎn)的不同階段采取措施對風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率進(jìn)行調(diào)節(jié),使風(fēng)機(jī)不必在_功率處長期運(yùn)行,從而可以有效地降低能耗。根據(jù)工藝節(jié)奏和前述分析,除塵系統(tǒng)在電爐冶煉的不同時(shí)期有不同的風(fēng)量和風(fēng)壓,計(jì)算得到的風(fēng)機(jī)軸功率也有較大的差異,并具有調(diào)節(jié)的可能性。

對風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的是為了改變風(fēng)機(jī)和管網(wǎng)中的風(fēng)量,使其滿足實(shí)際工作的需要,降低能耗。可以采取兩種方法對風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié),一是改變管網(wǎng)特性曲線,二是改變風(fēng)機(jī)的特性曲線。

改變管網(wǎng)特性曲線的調(diào)節(jié)方法,是在風(fēng)機(jī)性能不變的情況下,通過調(diào)節(jié)安裝在管道中的閥門來調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力損失,以調(diào)節(jié)風(fēng)量。這種方法在_條件下雖然能將風(fēng)機(jī)的功率降低,但其相應(yīng)的效率也會下降。特別是當(dāng)調(diào)節(jié)范圍過大時(shí)將使相當(dāng)大一部分能量消耗在閥門上,反而造成了能源的浪費(fèi)。

改變風(fēng)機(jī)特性曲線的調(diào)節(jié)方法主要是改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速后,其效率保持不變,功率則隨風(fēng)量和風(fēng)壓的減小而降低。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變時(shí)功率的變化為N1

N2=n13n23（2）

式中　N1和N2———工況1和2時(shí)的功率,kW

n1和n2———工況1和2時(shí)的轉(zhuǎn)速,r/min

風(fēng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速成3次方關(guān)系,從空氣動(dòng)力學(xué)理論上看,是比較合理的調(diào)節(jié)方法。而在實(shí)際運(yùn)行中,風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行采用液力耦合器通過改變輸出軸轉(zhuǎn)速的方式來實(shí)現(xiàn)。

2.除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行的條件在除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,對風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速運(yùn)行_同時(shí)考慮其可操作性和經(jīng)濟(jì)性。

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

（2）不同工況的出現(xiàn)有穩(wěn)定的規(guī)律,重現(xiàn)性好,便于進(jìn)行自動(dòng)控制。從集中系統(tǒng)的風(fēng)量曲線上可以看出風(fēng)量隨冶煉時(shí)間有周期性的變化。所以風(fēng)量的調(diào)節(jié)可以通過與工藝過程的連鎖實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

（3）從前面分析來看,獨(dú)立系統(tǒng)只有兩種工況,且功率相差不大,只有11%。進(jìn)行調(diào)速運(yùn)行需要增加液力耦合器等設(shè)備,維護(hù)管理工作量相應(yīng)增加,調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能意義不大。可通過采用調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)進(jìn)口閥門開度的方法進(jìn)行節(jié)能運(yùn)行。集中系統(tǒng)有4種工況,風(fēng)量的_值和風(fēng)壓的_值不是同時(shí)出現(xiàn),功率相差30%,系統(tǒng)大部分時(shí)間不在_功率處運(yùn)行,節(jié)能效果較好。所以應(yīng)該采取風(fēng)機(jī)調(diào)速的措施進(jìn)行節(jié)能運(yùn)行。

　3.除塵風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行的設(shè)計(jì)方法和節(jié)能效果

（1）設(shè)計(jì)方法

根據(jù)除塵系統(tǒng)的風(fēng)量、風(fēng)壓、功率———時(shí)間關(guān)系曲線,可對風(fēng)機(jī)的性能提出要求,使其能符合在幾個(gè)工作點(diǎn)正常運(yùn)行的要求。對集中系統(tǒng)來說,_是第1、3、4等3個(gè)工況點(diǎn)。再根據(jù)傳遞功率的不同,確定液力耦合器的調(diào)速范圍,并與有關(guān)工藝操作進(jìn)行連鎖控制。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中確定的風(fēng)機(jī)功率與運(yùn)行時(shí)間見表5。

（2）節(jié)能效果

如風(fēng)機(jī)不進(jìn)行調(diào)速運(yùn)行,則應(yīng)同時(shí)滿足在_風(fēng)量和_系統(tǒng)阻力條件下的運(yùn)行要求。

即風(fēng)機(jī)風(fēng)量為455000m3/h,風(fēng)壓為6350Pa。這種工況下的風(fēng)機(jī)功率為1180kW。

工作制度按24h/d,年運(yùn)行300d計(jì)算,則每年運(yùn)行電耗為

1180×24×300=849.6萬kW·h

風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行時(shí)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(shí)電耗為1024.6×60/90=683.1kW

每年運(yùn)行電耗為683.1×24×300=491.8萬kW·h

對系統(tǒng)風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行前后的功耗比較可以得到:采取風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行年耗電量可降低357.8萬kW·h,節(jié)電可達(dá)42%,節(jié)能效果顯著。

四、結(jié)論

（1）電爐除塵系統(tǒng)因其整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜、電耗大,而且系統(tǒng)的風(fēng)量、風(fēng)壓隨冶煉的不同階段有很大的差異,設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)工藝運(yùn)行的節(jié)奏,采取適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行節(jié)能運(yùn)行。

（2）除塵系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)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(shí),根據(jù)風(fēng)量、風(fēng)壓的周期性變化規(guī)律,找出主風(fēng)機(jī)功率的變化規(guī)律,進(jìn)行節(jié)能運(yùn)行。

（3）除塵系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行對大范圍調(diào)節(jié)應(yīng)采用電機(jī)調(diào)速運(yùn)行。小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)可采用調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)進(jìn)口閥門開度大小的方法進(jìn)行。但閥門與風(fēng)機(jī)進(jìn)口之間應(yīng)保持_距離,使風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)口處保持正常流場。總之,_運(yùn)行效果良好,操作管理方便可靠。