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陶瓷厂评估风机能效及节能对策
来源 : 陶瓷资讯报微信版     阅读 : 8442    作者 : 温千鸿    2014-10-31 陶瓷厂风机能效

一、概述  

    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、离心式通风机和轴流式通风机共七大类。因为陶瓷企业风机的主要产品是量大面广的通风机,所以,风机产品的节能潜力分析和对策,其重点亦放在通风机产品。
1.风机在节能中的地位和作用  

    据不完全统计,陶瓷厂风机绝大多数采用电机驱动,所以素有“电老虎”之称,因而陶瓷企业风机的节能具有十分重要的意义。由此可见,风机节能在陶瓷厂耗电中的地位和作用是举足轻重的。

2. 风机节能的现状2.1 造成风机电耗过大的因素

(1)制造厂的因素   

    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和样本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传动上,使风机的传动效率低;二是调节方法比较落后,大部分还是采用调节门调节。由于上述原因,尽管有的风机内效率较高(达 86% ),但其装置效率并不甚高。

 (2) 非制造厂的因素   

    ①风机的实际工作点偏离最高效率工况点。例如,由于通风工程设计者对管网阻力计算不准确,选用风机的人员又担心计算压力和流量不能满足工况需要,故选用过大的安全余量,或者无适宜性能的风机规格可选而选用风机的高档性能或高压区。结果是由于层层加码,造成所选用风机的额定风量远远超过工况实需风量。这时风机操作者只好采用插板或调节门节流来增加阻力,以求减少风量,使之符合工况要求。由于人为的阻力增加,致使风机使用效率低,导致浪费电能。    

    ②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,采购时往往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。
    ③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。   

    ④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。   

    ⑤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。  

2.2 在风机节能工作中采取的主要措施  

(1)推广使用高效节能风机。

    改造低效的旧式风机,开发高效的系列化的节能风机,并在国民经济各个领域推广使用,是风机节能的根本措施。

 (2)更换使用中的旧风机

对使用效率低又没有改造价值的风机,采取逐步淘汰的措施。  

(3)尽可能地采用经济性好的调节方法  

(4)利用引进技术开发高效节能风机

3.风机节能技术的发展趋势

3.1 通风机   

    通过应用叶轮、蜗壳等元件的研究成果,以及进一步提高制造精度,力求使各种通风机的效率平均提高 5% ~ 10% 。有的离心通风机已采用了三元叶轮,效率提高 10% ;大型离心通风机出现了采用较大直径和较窄宽度叶轮、较高转速的高效结构,其最高效率可达 87%
以上;效率较高的轴流式通风机,最高效率已达 92% 。从而使产品本身就是节能产品。在运行中的调节节能方面,除了采用较先进的动叶可调、双速电动机、液力耦合器及交流电动机的各种方法调速外,对大型通风机又出现了调速节能的新装置——多级液力变速传动装置MSVD ( Multi Stage Variable Speed Drive )。

3.2 鼓风机   

    未来将会大力开展节能型鼓风机的研制工作。如日本对蜗壳及叶轮等通流部分的形状做了适当改进,有效地防止了涡流及流动分离的产生,其绝热效率比原来的鼓风机提高 5% ~ 10% ;瑞士制造的大流量离心式鼓风机,每级均设有进口导叶,其多变效率亦达 82% ;日本制造的多级离心式鼓风机,采用进口导叶连续自动调节后,节能率达 20% ;高速单级离心式鼓风机采用高周速、高压比、半开式径向三元叶轮后,其效率可提高 10% ;还有的在鼓风机主轴的另一端设有尾气透平,回收尾气排放时的膨胀功来达到节能目的。

二、风机节能的途径与潜力   

    风机节能的途径与潜力总体上可分为两大类。一类是从产品设计角度来提高风机在设计点和变工况区的效率,尽量使风机本身就是节能产品;另一类是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。  

    从产品设计角度来挖掘风机节能潜力,其主要承担者是风机制造厂、与风机专业有关的大专院校及科研院所。设计人员在设计风机新产品时最注重的性能指标就是效率(亦即节能)。从设计方面考虑,提高风机效率的方法有多种,但最主要的措施有如下几点: 

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

    (2)新型风机设计好之后,为了验证其设计效果,需要制造出风机模型进行试验,若达不到预期效率目标,还要做设计修正、再试验,直至满意为止; 

    (3)计算机技术普及之后,出现了模拟试验研究的计算流体动力学方法 CFD ( Computation Fl uid Dynamics
),只需重新计算一次即可评估改进设计是否有效。虽然也需要一次性能试验,则是为了进一步验证所设计的产品的性能。

 1.管道安装结构设计与节能   

    风机及其系统的节能取决于风机必须是高效率的节能型风机;风机的运行工况必须在所预选的高效率工作区内。因而,必须精确确定系统的阻力 - 流量关系,为风机给出正确的压力和流量值。

1.1 急变流场对管道截面上速度和压力分布的影响   

    在气流转弯前后,特别是在它的后面内侧,出现较大的涡区。流线弯曲受离心力的作用,破坏了缓变流条件,静压沿截面不再为常数,流速沿截面的分布就不均匀。在转弯处装设导叶能迫使气流沿内壁流动,从而防止了附面层脱体与涡流的产生。这样,既可使流速沿截面的分布均匀,又可减少阻力。

1.2 急变流场对风机性能的影响   

    风机使用现场常用的调节装置有闸门、蝶阀等。除全开外,在它们之后都将出现涡区。开度越小,涡区越大,而且在主流区沿截面上的流速分布也将出现严重地不均匀。 试验表明,在进气箱中用调节叶片(百叶窗式)调节时,风机性能曲线都有以下的共同特点:  

    (1)当调节叶片安装角在 0 °~ 30 °范围内,低风量时,诸压力曲线与诸功率曲线都较接近;在中、大风量时,才显示出差别来,但在 0 °~ 20 °间差别仍不大;  

    (2)当调节叶片安装角自 0 °向 30 °变化时,效率曲线略向左移,最高效率略有下降。 所有这些特点都是由于调节后叶轮进口处气流获得正预旋引起的。

 2.风机的运行调节与节能  

    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,气流的压力会相应减少,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,也就是浪费了风机的能量。  

    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,并非永远停留在设计工况点上。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工作。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。通过有效地调节,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,又能最大限度地节能。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。 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,出口节流调节方式耗功最多。尽管相对流量 Q r (实际流量 Q 与设计流量 Q 0 之比)减少时,功率亦相应减少。如当 Q =0.65 Q 0 时,所对应的功率减少到原来的 80% 左右,但与其它调节方式相比,耗能仍居首位。  

    (2)如果相对流量变化不大时(或称调节深度小时),几种调节方式耗功差别不大。即调节方式对节能效果影响不大,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。因此,要慎重选择调节方式,以期获得最大效益。 

    (4)变速调节曲线接近理想曲线。所以,变速调节方式优越,特别是采用变频电动机调速的节能方案为最佳,但需要增设变频装置。对于中小容量的变频调速建议积极试用;由于大容量高电压变频调速装置价格较高,应结合具体情况,综合比较,决定取舍。总之,既要考虑调节性能,也要考虑设备初投资、可靠性及经济性等,全面评价调节方式的优劣。

3. 管网的合理配置与导流叶片

3.1 管网的合理配置   

    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,管网配置不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,其中往往存在不少多余的管接头、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,如突然扩大、突然缩小、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。漏风的原因多种多样,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、管路连接处以及风机站本身。 

    (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,影响风机能力的发挥。例如,某锅炉风机因进出口烟风道布置不合理,导致风机效率下降 5% ;更为严重的造成效率降低到 50% 。造成的原因可能是由于风机制造厂对风机进出口烟风道布置没有提出明确的要求;也许是设计和安装人员不大了解进气流场质量对风机性能影响较大;还因为布局的好坏不像“漏风”那样直观,不容易引起注意。某电厂对进口布置重新做了合理安排,同时又改进了进口导流叶片,结果风机进口气流流场显著改善,与 300MW 电站配套的风机效率提高了 20% 之多,经济效益非常可观。 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。   

 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。   

    如果在管网配置工作中注意纠正上述问题,基本上就算是布置合理了。需要指出的是,管网布置与工艺流程先进与否有关。否则,管网布置尽管十分合理,但生产工艺本身是落后的,这种布置的合理性意义就显得微不足道了。例如,金属矿山通风系统,也可以看成是一个管网。由于过去采取集中统一通风系统,其结果造成管线长、漏风多及通风效果差。现在采用分区供风、多级机站通风系统,使得管网布置容易做到合理,经济效益更加明显。   

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。在风机进口前面若不接管道,空间也比较开阔,且邻近无障碍物,就可以认为合理,达到了要求;如果接管道,则要求风机进口前有一段直管段,其长度 L 0 不小于 2.5 D e ( D e 为进口当量直径),而且通常是等直径的或略带收敛的,不宜采用扩压形状。   

    尽量避免在进口前存在急转弯,就是转小弯的弯头也不应离进口太近。如果非用不可,应采用双吸入风机进气箱的结构。通常,风机在出厂时,如果是直接吸入式,都已装有进口集流器,可使损失显著减少。在现场改造风机时,如果自制集流器有困难,加一小段小于 15 °的收敛管亦行。如果受到条件限制,风机进口直管长度不能满足 L 0 > 2.5 D e ,可在管路中加装分流板、均风板或整流网(栅)。如果无法甩掉进口弯管,则管的曲率半径宜加大或加装导流叶片。导流叶片与整流栅等均能消除或削弱涡流,起到使其进口气流均匀化的功效。
    (2)改善风机出口条件的最好办法,亦是接一段直管段,其长度仍为 L 0 ≥ 2.5 D e 。如果不得不接弯管,则在其中加装导流叶片是一个好方法。  

    (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、管内流速接近经济流速,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。

3.2 导流叶片  

    为减少弯曲管路中的流动损失,采用导流叶片是一种行之有效的方法。   

    因为弯管内壁与气流分离及涡区产生、发展的关系较外壁密切,所以内壁附近对减少阻力及流场均匀化影响大。因此,在导流叶片的布置上,靠内壁附近密一些,外侧则稀一些。利用内密外疏的导流叶片布置方式不仅减少了阻力,还可以收到减少叶片数的效果。
    由于导流叶片的作用,在弯管中的气流趋向内壁。若导流叶片尺寸、数量及安装角选择合理,可以削弱甚至防止气流的分离和涡区的生产。导流的结果使转过弯管的气流流场得到改善,随之减少了压力损失。

三、风机的选型与节能

1 风机的选型  

    选型即用户根据使用要求在已有的风机系列产品中选择一种适用的风机。  

    风机一旦选定,它将在生产和生活中运行若干年。选型合理会带来方便和效益;选型不当则会造成浪费和烦恼。所以,风机选型是一项非常重要的慎重的工作。

1.1 通风机的选型原则  

 (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。如有可能,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。最好使计算数据与实际运行值相差不超过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,所以首先需要明确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,然而选用了高效风机并不等于就是节能。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,若采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特别重视节能和高效,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;对于功率很小却要求环境宁静的,应优先考虑低噪声。在特殊场合,如医院、影剧院及家庭中,低噪声为主要指标,虽然也希望高效,但属于次要地位。

(4)按环境、输送介质及特殊要求选型

1.2 现场风机的技术改造与节能   

    国内已推出一批新型高效节能风机,但面临全社会多样化的要求,远未满足和适应。另一方面,从我国国情出发,在短时间内要想使所有风机都用高效节能风机所取代,无论从人力、物力、财力及技术上都是不可能的。因此,结合实际情况,恰当地进行现场风机的技术改造是必然的,而且是合理的。事实上,使用单位早已进行了大量尝试,取得了不少宝贵经验和经济、社会效益。实践证明,现场风机技术改造是风机节能工作行之有效的方法之一。

更换叶轮法  

(1)新轮换旧轮:

    叶轮是风机的核心部件,直接影响风机性能的优劣。只要机壳等部件完好,以新型高效叶轮取代气动性能差的旧式叶轮,会有良好的效果。例如,用 4-72 系列风机叶轮取代旧式 9-57 系列风机叶轮,会产生表 1 所示的节能效果。

表 1 新轮换旧轮效果风机型号     

型号        效率 /%        输入功率 /kW        转速 /(r/min)
9-57    59         117         576

4-72    89       73          797

    (2)大轮换小轮

    由于选型不当或其它原因造成风机实际流量比所需流量大得多,而风机又是新型的,若采用调节的办法又存在设备投资和经济性等问题,此时就可考虑采取小轮换大轮的方法。例如,鞍山钢铁公司曾将除尘风机 G4-73 № 20 风机叶轮换成№ 18 叶轮,既满足了生产的要求,又获得每年每台风机节电 50 万 kW · h 的可观效益。

改变叶片长度法   

    截短或加长叶片是对风机的局部改造,严格来讲,是不能用相似原理来计算改造后的参数的,但现场实践证明,当尺寸变化小于原叶轮直径的 15% 时,叶片的出口角和效率变化不大,可认为改造前后仍满足几何相似。于是,可借助相似原理估算风机性能,或者反过来根据需要计算叶片被截短或加长的尺寸。

叶片形状的改进  

    将轴流式通风机的直叶片换成扭曲叶片,效率可以提高 2% ~ 3% 。这种方法在纺织及矿山用风机改造中都取得了良好的效果。可见,相对径向间隙增加 1% ,效率将下降 2.8% 。  

    这种方法无需任何投资,只要在保证安全运转的条件下,适当减少径向间隙,即可收到节能效果。通常,轴流式通风机较为合理的径向间隙可参考表 2 。表 2 合理的径向间隙值 mm叶轮直径 ≤ 600 > 600 ~800 > 800 ~ 1200 > 1200 ~ 2000 > 2000 ~ 3000 > 3000 ~ 5000 > 5000 ~ 8000 > 8000 ;径向间隙 1 ~ 2 1 ~ 3 1.5 ~ 4 2 ~ 6 3 ~ 8 4 ~ 12 5 ~ 16 16 ~ 20

改变动叶数量法   

    改变风机的结构参数,如叶片数、叶轮级数及叶片安装角等,使之与管网阻力特性合理匹配,可提高效率和最大限度地节能。改变动叶叶片数量法(或称卸叶法)就是其中一种可行的方法。

降低排气动能法   

    某矿井主通风机的出口动压达 200Pa ,占风机全压的 40% 。出口安装扩压器后,动压降至 60Pa 。仅此一项,风机的能耗就减少 20% 左右。

 2 调速设备的应用

2.1 变速调节与节能  

    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。  

    值得注意的是:如果调速是增速,则应验算风机的强度、振动及其转子的临界转速,以及电动机是否超载、噪声是否允许等。鼓风机、压缩机的调节按用户要求可分为等压力调节、等流量调节和比例调节,主要采用的方法是变速调节。变速调节不仅可以实现用户对压力或流量的要求,而且还扩大了稳定工作范围,然而却没有附加压力损失。不过,调节之后的压缩机不一定工作在最高效率点上。

2.2 液力耦合器变速调节  

    液力耦合器的主要技术参数是功率、转速及调速范围等。在选择时,除必须满足用户要求的技术参数之外,还要考虑结构简单、运行可靠及价格便宜等因素。液力耦合器铭牌上注明的是和电动机直联的参数,并非真实反映用户要求的参数。在选用调速液力耦合器时,应注意的是:即使耦合器处于满负荷工作时,也存在小于3% 的转差功率损失,因此选配电动机时应留有合理的裕量;其次要注意投资规模和回收效益,对于老设备改造应尽量利用原有的电动机,选用规格适当的液力耦合器。

2.3 调压调速  

    当转差率 S 一定时,异步电动机电磁转矩 T ∝ U 2 ,所以可以通过调整定子端电压实现调速,这种调速方法称为调压调速。供电电源大都直接取自电网,频率为 50Hz ,电压为 380V 保持不变。通常使用的笼型交流电动机是三相的,因此欲调压亦需三相调压器。由于晶闸管( SCR )几乎不消耗铜铁材料、体积小、价廉及控制方便,故已成为交流调压器的主要型式。该调压器主要是从额定电压向低电压调节。  

    该方法的优点是线路简单,调压装置体积小、价格低及使用维护方便。缺点是低速运行时转差功率大,效率低及调速特性软。如需提高调速精度,需要采用转速反馈的闭环控制系统。  

    对于风机宜采用高转差率,额定转差率在 10% ~ 12% ,启动电流小。 100kW 以下的笼型异步电动机,其调速范围在额定转速的 70% ~
100% 为宜。

2.4 电磁调速电动机调速  

    电磁调速电动机由恒速笼型电动机和靠励磁电流调速的电磁离合器组成。笼型电动机作为主动机,带动电磁离合器,为主动部分;其从动部分与负载连接,且与主动部分只有磁路联系而无机械联系。通过控制励磁电流改变磁路磁通,使离合器产生可控涡流转矩,实现调速目的。电磁调速电动机又称滑差电机或 VS 电机,国内已成系列,功率范围 0.4 ~ 500 kW 。  

    该调速方法的优点:结构及控制线路简单,加工方便,运行可靠,价格便宜,易于维修及对电网无谐波影响。在闭环控制时,调速范围大于10 : 1 ,调速精度约 2% 。适用于中小功率电动机。缺点是:本身低速效率低,高速特性软(但对风机的负载特性影响不大),输出最大转速只有空载转速 n 0 的 80% ~ 90% ,损失较大。

2.5 变极对数调速  

    当电网频率保持 50Hz 恒定时,根据 n 0 =60 f / P ,只要改变极对数 P ,即可方便地得到 3000r/min 、 1500r/min …,等不同的同步转速。由于没有附加转差功率损耗,所以这是一种高效型的调速方法。由于 P 都是正整数,因此调速不能做到连续平滑,只能是有级调速。要求风机改变转速 n 0 后,工作时间尽量长,越长节能效益越显著。这种方法采用的变极对数笼型电动机称多速电动机。倘若它与调压调速或电磁调速结合起来,既可以减少转差损耗,又可在很大范围内保持高效率工作。国内已有双速、三速及四速的多速电动机。  

    该法属于高效型调速方法,其优点主要是控制简单、初投资少、维护方便、可分段启动和减速,节能效果好。双速电动机驱动风机的节电效果见表 3 。缺点是只能有级调速,改造时原电动机需要被多速电动机所取代。表 3 双速电动机驱动风机的节电效果工 况 风机负荷类型 电费(万元)进口节流 节约费用(万元)
工况        风量%        运转时间%        电费进口节流4 极        电费进口节流4/6 极        节约费用(万元)
1            100             50                    670                            514                               156

               50             50

2            100            33.3                  637                             523                                114

              75              33.3

              50              33.3       

3            70              30                    568                             339                                 229

              60              40

              50              20 

 2.6 变频调速

    由于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,故该法已成为现代交流调速的基础和主力,也是风机比较理想且有发展前途的调速方法。  

    变频器可分成交流 →直流→交流(简称交 - 直 - 交)变频器和交流→交流(简称交 - 交)变频器两大类。前者又称带直流环节的间接式变频器;后者又称直接式变频器。  

    简言之,以改变异步电动机定子端输入电源的频率来改变电动机转速的方式称为变频调速。在风机上经常使用的变频调速装置主要有交 - 直 - 交式中的电压型、电流型及脉冲宽度调制型( PWM ) 3 种。变频调速的优点是效率高,不存在因调频而带来的附加转差损耗;调速范围宽,一般可达 20 : 1 ;特性硬,调速精度高,易实现无级调速。由于多数变频器可以做到能量回馈,启动又相当于分级启动,所以启、制动能耗少。旧设备改造时,由于可以利用原笼型电动机,对减少初投资特别有利。变频调速可以根据不同负载要求赋予不同的协调控制方式。它特别适宜调节深度大的运行或启动频繁(如开关控制)的风机。此时可选比电动机功率小的调速装置,进行节能运行。主要缺点是变频器复杂,不仅初投资大,而且要求使用维护及管理技术水平高。

2.7 同步电动机调速控制  

    同步电动机的转速与交流电网频率间保持严格关系,即 n =60 f / P 。也就是说,同步电动机调速只有唯一的改变电源频率的方法。连续地改变电源频率的大小,就可以方便地实现无级调速。加设这种变频装置的同步电动机可以发展成无换向器电动机,或称晶闸管电动机,它可分为直流式和交流式两类。直流式由同步电动机和晶闸管逆变器组成。通常采用交 - 直 - 交变频器,即先用晶闸管整流器将交流电变为直流电,然后再通过晶闸管逆变器供电给电动机定绕组。交流式由同步电动机和频率变换器组成。电动机定子绕组由自控式工作的交 - 交变频器供电。上海宝钢 1 号高炉鼓风机( 48MW )就是采用这一方式调速的。四、节能风机的研制与应用1.主要节能风机产品系列?4-72 及 B4-72 系列离心通风机 

(1)用途:

    4-72 系列风机可用作一般工厂及大型建筑物的室内通风换气,输送空气和其它不自燃的、对人体无害的及对钢材无腐蚀的气体(具有腐蚀性及潮湿的气体可选用同型号的玻璃钢风机、塑料风机或不锈钢风机)。B4-72 系列风机可用作易燃和挥发性气体的通风换气(防爆)。 

(2)性能范围

    该系列风机的规格为№ 2.8 ~ 6 (与电动机直联),流量 1131 ~ 1335 3m 3 /h ,压力 198 ~ 3187Pa ,最高效率为 86.1% ;№ 8 ~ 20 (带有传动组),流量 7968 ~ 221730 m 3 /h ,压力 376 ~ 3157 Pa ,最高效率 89% 。?G ( Y )

4-73 系列离心通风机 

(1)用途:该系列风机为锅炉鼓、引风机,适用于火力发电厂中 2 ~ 670t/h 蒸汽锅炉的鼓、引风机系统。在无其它特殊要求时, G4-73
系列风机亦可用于矿井通风及一般通风。当输送的介质为空气时,最高温度不得超过 80 ℃;引风机输送的介质为烟气,最高温度不得超过 250 ℃。 

(2)性能范围:该系列风机的规格为№ 8 ~ 20 ,流量 16156 ~ 3 2061 0 m 3 /h ,压力 1400 ~ 5837 Pa ,最高效率为 87% 。

循环流化床锅炉风机  

    循环流化床锅炉具有效率高,燃用煤质广泛,体积小,环境污染少等特点,是我国今后重点推广的新型锅炉节能产品。与之相配套的风机分为一次风机、二次风机和引风机。其性能范围:流量 1 1529 ~ 36 9034 m 3 /h ,压力 2418 ~ 122752 Pa ,最高效率为 87% 。

9-19 、 9-26 系列高压离心通风机  

    这两种系列的风机一般用于锻冶炉及高压强制通风的场所,并可广泛用于输送物料、空气及无腐蚀性、不自燃、不含粘性物质的气体。适应的介质温度一般不超过 50 ℃(最高不超过 80 ℃)。 

(1)9-19 系列风机性能范围

    该系列风机的规格为№ 4 ~ 16 ,流量 824 ~ 6330 5 m 3 /h ,压力 3253 ~ 1303 5 Pa ,最高效率为 81.5% 。 

(2)9-26 系列风机性能范围

    该系列风机的规格为№ 4 ~ 16 ,流量 2198 ~ 123090 m 3 /h ,压力 3407 ~ 1625 0 Pa ,最高效率为 81.2% 。

T35 系列轴流通风机 

(1)用途

    该系列风机主要用于厂房及其它建筑的通风换气,也可在较长的排气管道内间隔串联安装,以提高管道中的压力。 

(2)性能范围

    该系列风机的规格为№ 2.8 ~ 11.2 ,流量 613 ~ 64852 m 3 /h ,压力 32 ~ 361Pa ,最高效率为 77% 。4.2 节能产品的开发与应用。为适应节能的需要,风机行业先后开发了多种节能新产品,现简要介绍几种具有典型代表意义的产品。

4-71 型高效低噪声离心通风机  

    该型风机是沈阳鼓风机研究所于 1992 年为中低压离心通风机更新换代而开发成功的高效节能新产品。主要用于一般工厂及大型建筑物的室内通风换气。 

    (1)结构特点:采用了先进的三元流动设计方法,叶片为板型,结构简单、工艺性好、传动方式与 4-72 型风机相同,便于更新。 

    (2)性能范围: 4-71 型风机有№ 3.15 ~ 20 等 11 种规格,通过切割叶片派生出 4-74 型№ 3 ~ 4.75 等 5
种规格,共 16 种规格。流量 844 ~ 221730 m 3 /h ,压力 198 ~ 3187Pa ,最高效率达 90.5% 。 

    (3)经济效果:由于该型风机的效率比老式风机提高 4% ,所以平均每台风机的年节电量约为 2000 kW · h 。3.风机节能的潜力与主要对策3.1 风机制造厂的潜力与对策  

    据不完全统计,目前全国风机行业制造厂的年产量超过 200 万台,如在设计制造方面设法使每台风机的效率提高 1% ,平均每台按 20kW 、年工作时间按 3000h 计算,则可年节电 1200 亿 kW · h 。  

    对于风机行业的高精尖产品(主要指离心式压缩机和轴流式压缩机),主要是发挥引进技术的作用。例如,沈阳鼓风机(集团)有限公司引进的意大利新比隆公司的离心压缩机技术,陕西鼓风机(集团)有限公司引进的瑞士苏尔寿的轴流压缩机技术既达到了上述目的。对于风机行业的量大面广的产品(主要指通风机),主要采取组织有关院所、高校与企业相结合,研制开发节能风机产品。 

(1)研制开发矿用风机

    研制中、小型煤矿用轴流和离心式通风机,每台可节电 7500kW · h 。 (2)研制新型高效局部通风机。每台可节电 1.2 万 kW · h ,年产量可达 930 台左右,可节电共 1116 万 kW · h 。 (3)研制各种锅炉用高效节能风机。年产量可达 2 万台,可节电 1 亿 kW · h 。3.2 风机用户的潜力与对策  提高风机本身的效率当然是基本的、重要的。风机研究单位和风机制造厂努力于搞三元流动叶轮设计, CAD/CAM 一体化等项目,为使风机效率提高 1% ~ 3% 而绞尽脑汁;可是,现场使用中很多风机效率丢失 10% ~ 30% 却没有引起广泛的重视。也就是说,风机使用单位的节能潜力更大。设计、制造单位与用户结合,找出风机使用中存在的问题,是发掘风机节能潜力最有效的途径。 

 风机使用中经常存在的主要问题有如下几个方面

(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。据对某钢铁公司的调查结果发现,除烧结厂的烧结鼓风机、发电厂的锅炉鼓、引风机配有较好的调节装置外,其余几乎无调节或只采用出口或进口挡板节流调节。就其数量而言,约 90% 的风机无调节,检测就更谈不上了。有些风机本身虽配有调节装置,但弃之不用,这并不是个别现象。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。  

    据东北、内蒙古煤炭工业联合公司的调查,国务院提出风机运行效率达到 70% 以上,而合格者竟不足 10% ;运行效率低于 55% 者却高达 60% 之多。负荷率大于 76% 的仅占 15% ,而低于 60% 的竟达 65% 以上。由此可见节能潜力极大。 

(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。据对某大型钢铁公司的调查发现,现场风机有“三多”,即陈旧的风机多、自制的风机多和应淘汰的风机多,严重地违背了国家经委和原机电部规定的“三不准”(不准制造、不准使用及不准选择应淘汰的风机)的规定。  

    此外,对节能的重要意义认识不足,基础资料不完整,管理机构不健全,规章制度不完善,也是管理水平低的一些表现。  

    总之,我国风机节能潜力很大。国家能源短缺,特别是全世界的原油价格居高不下,煤炭价格上扬,从而导致电价上涨,一方面要开发能源,另一方面也要大力节能。把节能视为第三能源,则是节能工作的最高准则。

(责任编辑:吴旭

 

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