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风机节能的途径和解决方案


风机产品的品种分为离心式压缩机、轴流式压缩机、离心式鼓风机、罗茨鼓风机、叶式鼓风机式通风机和轴流式通风机共七大类。


离心式压缩机离心式鼓风机轴流式通风机

一、风机使用中存在的问题

风机在使用过程中有如下四个方面的问题:

( 1 )风机选型不当。一是对所需要的风量与压力层层加码。出现这种现象有技术问题,有人为问题,也有现行设计规范和其它方面的问题。如一些非专业人员选择风机时缺少计算,缺乏调查分析,只靠手头已有的样本。有的设计主管人员保守求稳,计算风量、风压偏大,忽略经济性分析。更多的是管路系统设计安装质量差,维护管理水平低,难以考虑的因素多,这也给设计人员带来困难;二是风压选择过大或过小。风压选择过大将导致实际风量增大,会引起功率加大,耗能增加,初投资上升,尺寸及质量增加等一系列后果;风压选择过小会导致风量不足,不能满足生产需要。另外,电动机长期处于低负荷运转,效率低。

( 2 )风机不检测、无调节或调节不完善。很大一部分风机处于非满负荷工作,如果不进行适时必要的调节,就会造成风机、电动机低效运行,浪费能源。由于现场对风压、风量的需要不够明确,再加上缺少必要的调节,即使选择了高效风机也无济于事,即所谓高效风机低效运行。

( 3 )风机管网布置不合理。

( 4 )科学管理水平低。有相当数量的风机在现场处于无人管理或有名无实的管理状态中。有的风机长期处于不合理运行,某些现场人员只求可靠运行却不问节能与否。实际工艺生产不需要风机时,风机仍在恒速运行等等。


二、造成风机电耗过大的原因

1、风机内效率低。国内风机行业生产的各类风机,大部分内效率较低。 

2、风机系列型谱不全。由于风机,特别是通风机的系列型谱不全,用户选用风机时在产品目录上找不到适宜的品种和机号,因而被迫选用代用型号的风机,结果导致了多耗电能。 

3、风机装置效率低。一是风机的变速机构比较落后,如 V 带、蜗轮副等还广泛应用于风机的上,使风机的传动效率低;二是调节方法比较落后,大部分还是采用阀门调节。由于上述原因,虽然大部分的风机内效率较高,但其装置效率并不甚高。 

4、风机的实际工作点偏离最高效率工况点。由于设计者对管网阻力计算不准确,而又担心计算压力和流量不能满足工况需要,故选用过大的安全裕量,或者无适宜性能的规格可选而选用风机的高档性能或高压区。结果,由于层层加码,造成所选用风机的额定风量远远超过实际所需风量。这时风机操作者只好采用插板或调节阀门节流来人为增加阻力,以求减少风量,使之符合工况点。由于人为的阻力增加,致使风机使用效率低,导致浪费电能。 

5、风机的配套电动机容量选取偏大。由于国产电动机的规格难以完全满足风机的配套,采购时选取高档额定功率的电动机,造成大马拉小车,降低了电动机的负荷率,浪费了电能。 

6、管路系统设计不合理,增加了管网阻力,降低了风机使用效率。 

管网配置和节能息息相关,管网布置得好坏,会直接影响到风机性能的发挥。现场中,管网配置是否合理现象主要表现在以下几个方面。

(1)多余的管件和流场的急变。管网是一个与风机用管件直接相接的管路系统,其中往往多余的管接头、弯头、三通及阀门等管件;在气流流动中也存在不少不合理的通流截面,如突然扩然缩小、突然分流、变向或急转弯等。

(2)漏风。在现场,漏风不仅是毫无意义的浪费,同时也是一个噪声污染源。漏风的原因多样,有的是工艺本身缺陷所造成的。在通常管网中,泄漏多发生在节流阀门(挡板)处、管路连接处及风机站本身。

(3)风机进出口管路布局不合理。由于布局不合理,人为地造成流场畸变,影响风机能力。  

A、进口管路不合理主要表现在以下几个方面。

①进口缺少必要地直管段,或通过渐扩变径管与进口相连。

②风机进口与急弯管路直接相连。

③风机进口与突然收缩管相连,或进气箱结构不合理。

B、风机出口管路布置不合理表现在:

①风机出口直接接 ,90 °弯管或逆向弯管;

②风机出口直接接分支管路;

③风机出口直接接突然扩大管。

 

7、风机使用中采用了不适宜的或效率低的调节方法,降低了风机的调节效率。

8、管理不善。无严格、科学地开停机规定及措施,过早开机或过晚停机都将造成电能的浪费。


风机节能的途径


风机节能的三大途径:

①从产品设计角度来提高风机在设计点和变工况点的效率,尽量使风机本身就是节能产品;

②从产品现场实际运行的情况来尽可能地提高其实际运行效率(有的称其为装置效率)。其总目标都是减少功耗。

③风机驱动装置的节能。

1、从产品设计角度来挖掘风机节能潜力,主要的措施如下:

( 1 )采用三元流动叶轮,使在同等流量条件下的风机效率提高5% ~ 10% ;

( 2 )通过制造风机模型进行试验,修正;以及计算流体动力学方法CFD ( Computation Fl uid Dynamics ),进行评估改进设计是否有效。


2、风机现场运行的效率与节能

根据流体力学理论,气体的流动过程将伴随着损失。例如,气体流过节流装置后,气流的压力减少,也就是它们损失了风机的有用功。由于这一切都是在风机输送气体的过程中发生的,也就是风机的能量。风机工况点是风机在某一转速下的性能曲线与管网阻力特性线的交点。风机实际运行时,并非留在设计工况点上。它将随用户的需求或外界条件的变化而变化,也就是风机实际上处于变工况下运行的,要想使风机的风压或风量达到某一目标值,就需要对风机或管网进行为人为地控制,亦称调节。通过动态地调节,实现在保证风机能够稳定工作的条件下,既要满足生产对流量或压力的要求,又能最大限度节能。简言之,调节的目的就是满足性能要求,扩大(稳定)工况,实现节能,防止喘振。

(1)风机的选型与节能 

①要满足系统的使用风压和风量。系统使用的风压和风量,必须经过比较准确的分析和计算,最好以实测值为基础。如属新建,可借鉴同类或相近系统的实际运行数值。最好使计算数据与运行行值相差不超过10% 。在此范围内,风机可以在高效区工作。除此之外,还需掌握系统可能使用的最大值与最小值,以便调节。

②根据负荷类型确定调节方案。因为负荷类型对风机调节的经济性影响很大,所以首先所选风机的负荷属于哪一种类型。

③按高效、节能及低噪的主次选型。通常,高效风机都称为节能风机,然而选用了高效并不等于就是节能。因为还要看实际运行的工况是否处在风机性能曲线的最高效率点附近,如果运行中工况是变化的,还要看实际工况是否全部或大部分落入风机性能曲线的高效区域中;就是同一台高效风机,若用两种不同的调节方式实现相同的目标,实际节能效果也可能差异很大。或者说,即使在同一高效风机系列中,为达到同一目标,可以存在两个或两个以上型号的风机,但在实际运行中节能效果亦大不相同,其中效率高者不一定就是节能最多的。因此,选风机时首先要确定主次。通常,对于功率大的风机要重视节能和高效,高效让位于节能;对于功率虽不大,但数量多的风机,选型时应注意高效风机;


(2)、风机的叶轮调整与节能

①新型高效叶轮替换气动性能差的旧式叶轮。

②大轮换小轮、改变叶片长度、形状和数量。

③降低排气动能。

(3)、管网的合理配置与节能

有关合理布置的主要措施有以下几个方面。

①风机进口处要求流速比较均匀,无涡区。

②改善风机出口条件的最好办法,是增加直管段和加装导流叶片。

③在管路上,应尽量少用管件;应选用合适的密封技术,把漏风减少到最低限度。

④尽量减少沿程和局部阻力。为此,应力求使管网布置最简单,管线尽量短、管内流速低于经济流速,以减少沿程损失。另一方面,截面不宜突变。若必须扩大截面,则采取渐扩管。


(4)、调节方式的合理选择与节能

风机采用不同的调节方式都可达到同一目的,但节能效果各不相同。

根据理论分析及实践证明,可得出如下 4 个方面的结论。

①对于鼓风机和压缩机,一般情况下,转速调节优于进口阀门调节,进口阀门调节优于出口阀门调节,出口阀门调节优于回流或放空调节。

②如果相对流量变化不大时(或称调节深度小时),这几种调节方式耗功差别不大。即调节能效果影响不大,甚至不仅不节能,反而因调节装置的存在多耗功(如液力耦合器)。

③一般来说,调节深度越大,节能效果越显著。

④变速调节曲线接近理想曲线,变速调节方式最优越。

在保持管网阻力特性不变的条件下,通过改变风机转速使风机性能曲线相应变化的调节方式称为变速调节。由于该调节方式无附加压力损失,所以是一种高效的调节方法,节能效益最佳。大型轴流压缩机的变速调节,目前主要由汽轮机变速或静叶可调来调节。常见的调速方式有液力耦合器变速调节、电磁调速电动机调速、变极对数调速和变频调速。由于电机同步转速与电源频率f 1 成正比,所以只要能连续改变f 1 就可以实现无级调速。变频调速不存在人为地附加转差损失,是风机最佳的调速方法。

3、风机驱动装置节能

通过能量回收装置完全或部分替代原来的风机驱动电机以及使用新型节能型高效电机替换原有的老式电机,达到节能的目的。

(1)、冷却循环水回水余压回收水力驱动冷却塔风机装置,是冷却循环回水余压经水轮机透平做功,驱动冷却塔风机运行的能量回收装置。

(2)、高炉煤气余压回收透平驱动装置( Top Gas Pressure Recovery Turbine ,简称 TRT 装置),是炉炉顶煤气压力能经透平膨胀做功,驱动高炉鼓风机的能量回收装置。



风机节能改造现场解决方案


1、管网整改+风机更换;

2、管网整改+叶轮调整;

3、管网整改+调节方式更换(变频调速);

4、增加余压回收装置。



应用案例:

天津荣程联合钢铁股份有限公司                                    柳州化工股份有限公司  

大化集团有限责任公司

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