風機在除塵系統設計中的優化

【摘要】對電爐除塵系統的不同布置形式和主風機的調節方式進行了比較,提出了系統節能在設計中的優化方法。

關鍵詞:通風機　設計　優化

一、引言

煉鋼電弧爐技術的發展,核心問題是節能增效。現代煉鋼電弧爐在工藝上的發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,生產節奏加快,生產率提高。

隨著我國經濟實力的增強和環境保護力度的提高,在冶金企業中除塵系統越來越受到重視。電弧爐設備能力的提高,也促使其除塵系統的設計水平和裝備水平的提高,系統的規模也愈加龐大。大型除塵系統的風量可達數十萬m3/h以上,電機功率也高達數百kW,使其成為冶金企業中的耗能大戶。因此,合理地進行系統設計,有效降低能耗已成為除塵系統設計的一個重要方面。電爐除塵系統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管路,盡量降低系統阻力和風量的措施,使主風機處于節能優化狀態。

二、除塵系統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。除塵系統可以根據具體情況對不同污染源設置單獨的系統（獨立系統）,也可以把幾處污染源合并設置一套集中處理（集中系統）。

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。系統的流程可以分別按獨立系統和集中系統進行布置。

2.系統設計

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

考慮到各種工況下的煙氣發生量設計選用的各抽風點風量。

　（1）獨立系統的設計

從工藝生產節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供電弧爐除塵用,另一套除塵系統供脫碳精煉爐和鋼包精煉爐合用。每套系統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參數見

系統的_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,以降低系統的煙氣溫度,_除塵器入口溫度小于130℃的要求。

（2）集中系統的設計

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,共同使用一臺除塵器和一臺風機

　由于管路系統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,集中系統因各管路系統的風量根據不同的工作節奏進行組合,可以起到削峰填谷的作用,與獨立系統相比較總風量較小,風機功率更小。從節能的角度考慮,采用集中系統更為經濟。同時,從系統的占地面積、維護保養等方面綜合考慮,集中系統也更為合理。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設計。

三、節能設計優化

1.除塵系統風機節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,使風機不必在_功率處長期運行,從而可以有效地降低能耗。根據工藝節奏和前述分析,除塵系統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,并具有調節的可能性。

對風機進行調節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。可以采取兩種方法對風機進行調節,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方法,是在風機性能不變的情況下,通過調節安裝在管道中的閥門來調節管網壓力損失,以調節風量。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.除塵系統風機調速運行的條件在除塵系統設計中,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。如在集中系統中的_種工況下的風量為284286m3/h,沒有_的持續時間,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,有穩定的持續時間,可以作為調節的基礎（見圖4）。

（2）不同工況的出現有穩定的規律,重現性好,便于進行自動控制。從集中系統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,調速運行的節能意義不大。可通過采用調節風機進口閥門開度的方法進行節能運行。集中系統有4種工況,風量的_值和風壓的_值不是同時出現,功率相差30%,系統大部分時間不在_功率處運行,節能效果較好。所以應該采取風機調速的措施進行節能運行。

　3.除塵風機調速運行的設計方法和節能效果

（1）設計方法

根據除塵系統的風量、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,節電可達42%,節能效果顯著。

四、結論

（1）電爐除塵系統因其整個系統復雜、電耗大,而且系統的風量、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奏,采取適當的方式進行節能運行。

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

（3）除塵系統的節能運行對大范圍調節應采用電機調速運行。小范圍內調節可采用調節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。總之,_運行效果良好,操作管理方便可靠。