风机在除尘系统设计中的优化

【摘要】对电炉除尘系统的不同布置形式和主风机的调节方式进行了比较,提出了系统节能在设计中的优化方法。

关键词:通风机　设计　优化

一、引言

炼钢电弧炉技术的发展,核心问题是节能增效。现代炼钢电弧炉在工艺上的发展大大提高了电弧炉的设备能力,使其能够以尽可能大的功率进行熔化、升温操作,生产节奏加快,生产率提高。

随着我国经济实力的增强和环境保护力度的提高,在冶金企业中除尘系统越来越受到重视。电弧炉设备能力的提高,也促使其除尘系统的设计水平和装备水平的提高,系统的规模也愈加庞大。大型除尘系统的风量可达数十万m3/h以上,电机功率也高达数百kW,使其成为冶金企业中的耗能大户。因此,合理地进行系统设计,有效降低能耗已成为除尘系统设计的一个重要方面。电炉除尘系统的主要用电设备为主排烟风机,其电耗占全部除尘设备电耗的80%以上,其余用电设备包括电动阀门、输灰设备等。

所以,除尘系统要降低能耗,主要_是要设法降低除尘风机的运行功率,在设计上可采取合理布置系统管路,尽量降低系统阻力和风量的措施,使主风机处于节能优化状态。

二、除尘系统的不同布置形式对能耗的影响

　　1.布置形式

电炉炼钢车间的主要污染源是电炉、精炼炉冶炼时产生的烟气。除尘系统可以根据具体情况对不同污染源设置单独的系统（独立系统）,也可以把几处污染源合并设置一套集中处理（集中系统）。

某厂不锈钢电炉炼钢车间设有一台交流电弧炉、一台氩氧脱碳精炼炉和一台钢包精炼炉。交流电弧炉的除尘采用炉内排烟及屋顶大密闭罩对烟气进行捕集,脱碳精炼炉除尘采用炉口烟罩捕集,钢包精炼炉除尘采用炉顶烟罩捕集。系统的流程可以分别按独立系统和集中系统进行布置。

2.系统设计

根据电炉冶炼的生产工艺,各座炉子的工艺生产节奏如图3所示,冶炼期和加料期循环进行。

考虑到各种工况下的烟气发生量设计选用的各抽风点风量。

　（1）独立系统的设计

从工艺生产节奏及设计风量情况来看,电弧炉使用频繁,而脱碳精炼炉和钢包精炼炉则是间歇使用。所以由此可以分别设置一套除尘系统供电弧炉除尘用,另一套除尘系统供脱碳精炼炉和钢包精炼炉合用。每套系统均设一台除尘器和一台风机。

根据各条管路的性质选择的各系统参数见

系统的_风量出现在电弧炉密闭罩使用时,而在电弧炉炉内排烟时由于内排烟管路长、风速高,另外还要经过冷却设备等,所以阻力_。

在脱碳精炼炉、钢包精炼炉除尘系统中增设一个屋顶罩的目的是为了掺混一部分空气,以降低系统的烟气温度,_除尘器入口温度小于130℃的要求。

（2）集中系统的设计

把车间内的不同污染源通过管道合并后进入一套除尘系统,共同使用一台除尘器和一台风机

　由于管路系统合并后的烟气温度能满足进入布袋除尘器的温度要求,因此可以不设屋顶烟罩,这样_可以使系统总风量有所降低。

3.能耗比较

从以上两种不同布置形式的能耗来看,独立系统的主风机输入功率为810~912kW,总风量为37.6~56.9万m3/h。集中系统的主风机输入功率范围为563~797kW,总风量为21.7~45.4m3/h。因此,集中系统因各管路系统的风量根据不同的工作节奏进行组合,可以起到削峰填谷的作用,与独立系统相比较总风量较小,风机功率更小。从节能的角度考虑,采用集中系统更为经济。同时,从系统的占地面积、维护保养等方面综合考虑,集中系统也更为合理。只有在一些特殊情况下,如烟气粉尘性质不同,需要分别进行回收利用等,才考虑采用独立系统设计。

三、节能设计优化

1.除尘系统风机节能运行的依据和方法

风机的轴功率为

N =QH1000η　kW（1）

式中　Q———风机的风量,m3/s

H———风机的全压,Pa

η———风机的全效率

电炉除尘系统的风量和风压在工艺生产过程的各个不同阶段均不相同,相应的风机轴功率也不同。因此,在工艺生产的不同阶段采取措施对风机运行时的功率进行调节,使风机不必在_功率处长期运行,从而可以有效地降低能耗。根据工艺节奏和前述分析,除尘系统在电炉冶炼的不同时期有不同的风量和风压,计算得到的风机轴功率也有较大的差异,并具有调节的可能性。

对风机进行调节的目的是为了改变风机和管网中的风量,使其满足实际工作的需要,降低能耗。可以采取两种方法对风机进行调节,一是改变管网特性曲线,二是改变风机的特性曲线。

改变管网特性曲线的调节方法,是在风机性能不变的情况下,通过调节安装在管道中的阀门来调节管网压力损失,以调节风量。这种方法在_条件下虽然能将风机的功率降低,但其相应的效率也会下降。特别是当调节范围过大时将使相当大一部分能量消耗在阀门上,反而造成了能源的浪费。

改变风机特性曲线的调节方法主要是改变风机转速。改变风机转速后,其效率保持不变,功率则随风量和风压的减小而降低。风机转速改变时功率的变化为N1

N2=n13n23（2）

式中　N1和N2———工况1和2时的功率,kW

n1和n2———工况1和2时的转速,r/min

风机的功率和转速成3次方关系,从空气动力学理论上看,是比较合理的调节方法。而在实际运行中,风机调速运行采用液力耦合器通过改变输出轴转速的方式来实现。

2.除尘系统风机调速运行的条件在除尘系统设计中,对风机进行调速运行_同时考虑其可操作性和经济性。

（1）在不同的功率下需要有_的时间,以便于操作和调节。如在集中系统中的_种工况下的风量为284286m3/h,没有_的持续时间,在风量—时间曲线上只是一个拐点,所以在这种工况下不存在调节的可能性。而其它3种工况下风量曲线均呈现出阶梯状,有稳定的持续时间,可以作为调节的基础（见图4）。

（2）不同工况的出现有稳定的规律,重现性好,便于进行自动控制。从集中系统的风量曲线上可以看出风量随冶炼时间有周期性的变化。所以风量的调节可以通过与工艺过程的连锁实现自动控制。

（3）从前面分析来看,独立系统只有两种工况,且功率相差不大,只有11%。进行调速运行需要增加液力耦合器等设备,维护管理工作量相应增加,调速运行的节能意义不大。可通过采用调节风机进口阀门开度的方法进行节能运行。集中系统有4种工况,风量的_值和风压的_值不是同时出现,功率相差30%,系统大部分时间不在_功率处运行,节能效果较好。所以应该采取风机调速的措施进行节能运行。

　3.除尘风机调速运行的设计方法和节能效果

（1）设计方法

根据除尘系统的风量、风压、功率———时间关系曲线,可对风机的性能提出要求,使其能符合在几个工作点正常运行的要求。对集中系统来说,_是第1、3、4等3个工况点。再根据传递功率的不同,确定液力耦合器的调速范围,并与有关工艺操作进行连锁控制。

在实际设计中确定的风机功率与运行时间见表5。

（2）节能效果

如风机不进行调速运行,则应同时满足在_风量和_系统阻力条件下的运行要求。

即风机风量为455000m3/h,风压为6350Pa。这种工况下的风机功率为1180kW。

工作制度按24h/d,年运行300d计算,则每年运行电耗为

1180×24×300=849.6万kW·h

风机调速运行时每一周期为90min,其电耗为563×30/60+797×25/60+705×35/60=1024.6kW

折算成小时电耗为1024.6×60/90=683.1kW

每年运行电耗为683.1×24×300=491.8万kW·h

对系统风机调速运行前后的功耗比较可以得到:采取风机调速运行年耗电量可降低357.8万kW·h,节电可达42%,节能效果显著。

四、结论

（1）电炉除尘系统因其整个系统复杂、电耗大,而且系统的风量、风压随冶炼的不同阶段有很大的差异,设计中应根据工艺运行的节奏,采取适当的方式进行节能运行。

（2）除尘系统节能设计应首先考虑系统的合理布置,集中系统的管路布置合理、系统紧凑,可以取得较好的节能效果。同时,根据风量、风压的周期性变化规律,找出主风机功率的变化规律,进行节能运行。

（3）除尘系统的节能运行对大范围调节应采用电机调速运行。小范围内调节可采用调节风机进口阀门开度大小的方法进行。但阀门与风机进口之间应保持_距离,使风机叶轮进口处保持正常流场。总之,_运行效果良好,操作管理方便可靠。