净化排烟通风机的节能研究与设计(上).doc

净化排烟通风机的节能研究与设计 郭俊鹏 （中国铝业青海分公司，青海 西宁 810108） ［摘 要］本文针对中国铝业青海分公司第三电解厂净化车间900kW和630kW排烟通风机目前靠调节风门开度来节能的现状，从风机和管道的固有特性方面对节流调节和变速调节做了详细的分析和比较，得出风机变速调节能够产生明显节能效益的结论。文章依据当前实际运行的风门开度对净化车间西部的2台900kW排烟通风机和中、东部6台630kW排烟通风机采用变速调节后的能源节约量进行了详细计算和比较，认为中、东部630kW排烟通风机不适合做变速节能改造。文章还对西部净化900kW排烟通风机采用变速调节后的实际节能效益进行了定量的计算，选择了变频调速作为此风机变速调节的主要方法，近而对高压变频器的技术要求和参数进行了比较和选择，选出了较为实用的高压变频器，最后计算出了900kW高压变频调速改造的投资回报期，解决了当前亟待解决的实际问题。 ［关键词］通风机；节能；节流调节；变速调节；变频调速 1引言 中国铝业青海分公司第三电解厂现0kA预焙阳极电解槽26台,年产15万吨。电解烟气的处理采用干法净化系统，每套系统分别处理80、108 台槽的烟气Q： 表示单位时间内流过风机的空气体积，其单位为m3/s 、m3/min 或 m3/h。 风压H： 表示当空气流过风机时风机给予空气的总压力，它是由静风压 Hs 和动风压Hd 组成，其单位为Pa 或 Mpa，总压力的公式为H=Hs+Hd。 轴功率Ps： 为风机工作时有效的总功率，其单位为kW ，计算公式Ps = QH/1000，如果风机的风压是以有效静风压Hs 表示时则轴功率为Ps = QHs/1000。 风机本身的效率ηd： 风机轴上的功率因有部分损失而不能全部传递给空气，它是评价风机工作优劣的主要指标之一。 电动机功率Pm： Pm = QH/(1000·ηc·ηd),其中ηc 为传动机构的效率，直接传动时ηc = 1.0，皮带传动时为0.9～0.95，齿轮传动时为0.9～0.97。 总效率 η=ηc·ηd 2.1.2 风机的工作特性 风机的工作特性可以由H-Q 曲线来表述，H-Q 曲线是表示转速恒定时风压H 与风量Q 之间的 特性关系如图1所示： 图1中，当风机运行在A点时所需的轴功率P=QH/1000 (kW)，即图中阴影AHA0QA的面积，原动机（电机）的功率：Pm = QH/(1000·ηc·ηd)。 在实际计算中，如果对H和Q分别相对于额定量取标幺值，在相似定律成立的条件下，当风机运行在额定点时H=1，Q=1，则H-Q曲线近似满足H=A-(A-1)Q2的关系。A表示Q为0时对应的风量，一般取A=1.4p.u，如图2所示。 2.1.3 管网的风阻特性[5] 管网的风阻特性表示当管网的阻力R保持不变时管网的通风阻力h与风量Q 之间的关系特性，可如图3所示，其特性由h = RQ2来决定。 2.1.4 风机的比例定律 风机的比例定律是：风机的流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，功率与转速的立方成正比。 其关系式如下： 或 Q 或 H 或 N(N为轴输出功率) 因此有,也就是说风机功率与H-Q（图1）上原点和H=?(Q)曲线上工作点所确定的矩形面积成正比。 2.2 风机的节能方法和节能原理 2.2.1风机在工作过程中的功耗 风机在工作过程中的功耗有： 电动机的轴功率 线路的损耗 控制装置的损耗 机械损耗 2.2.2 风机的基本节能方法 减少运行时间 合理地选型配套 采用高效率的风机和设备 满足同样风量的情况下减少通风管网的空气阻力 采用变速控制方式，减少节流损失 2.2.3 风机变速节能的原理[1] 节流节能主要指的是调节风机的节流阀（挡板），他是靠改变管路阻力特性曲线来调节的，节流阀可增大管路阻力，减少流量。这种调节方法是很不经济的，人为地增加管路阻力，就增大了管路损耗，因此流量降低之后功率下降不明显（这一点在本文后面的分析计算中会具体说明）。 风机的原动机变速不仅能够代替阀门的控制作用，而且能够减少管路、阀门的压力损失，在某种情况下还能改善机组性能，大大提高整个机组的效率。因此，在需要调节流量的场合，变速调节是节能的一项有效途径。 如图4所示，风机原来运行在特性曲线1上的额定值A点，此时管路的阻力为R1。当调小风门时速度没有改变，系统阻力曲线由3转到4，管路阻力由R1增加到R2，系统工况由A点转到B点来运行，显然由B-HB-0- QB所包围的矩形面积并没有比由A-HA-0- QA所包围的矩形面积增加多少，亦即节流调节后能源的节约量并不显著。 如果采用变速的方法，将风机原动机的速度由n1降低到n2，特性曲线由1转到2，系统工况由A点转到C点来运行，显然由C-HC-0- QB所包围的矩形