通風(fēng)機應(yīng)用中不節(jié)能的若干問題
來源： | 責(zé)任編輯：admin | 發(fā)布時間： 2018-05-22
摘要：對通風(fēng)機應(yīng)用中的選型設(shè)計常見通病進行了分析;介紹了前蘇聯(lián)試驗研究輸氣載塵對通風(fēng)機性能的影響;對引進英國的高溫風(fēng)機載塵的節(jié)能效果進行了驗證及應(yīng)用分析;簡介了日本老廠改造低效集塵風(fēng)機的節(jié)能效果。評述了引風(fēng)機高溫載塵進氣條件下的不節(jié)能的若干問題。提出了選型設(shè)計的節(jié)能原則，使用風(fēng)機的節(jié)能措施。
關(guān)鍵詞：通風(fēng)機;應(yīng)用;節(jié)能
中圖分類號：TH43 文獻標(biāo)識碼：B
Several Problems of Non Energy-saving in the Application of Fans
Abstract: In this paper, the common problems in the fan’s selection and design are analyzed. The influence of dust containing gas transport on fan’s performance researched in the former Soviet Union is introduced. The energy-saving effect of dust containing in high-temperature fan imported from Britain on fan’s performance is verified and analyzed. The energy-saving effect of inefficient dust-collecting fan reconstructed by Japan old plant is briefly introduced. Several problems of non energy-saving in fans under the inlet condition with high-temperature containing dust are reviewed. The energy-saving principle of type selection and design is pointed out and the energy-saving measures for fan are adopted.
Key words: fan; application; energy-saving
1 通風(fēng)機應(yīng)用中不節(jié)能問題的評述
1.1 選型設(shè)計中常見通病分析
1.1.1 通風(fēng)機管網(wǎng)阻力計算不準(zhǔn)確的影響
實際通風(fēng)除塵管道壓力損失，由于某些原因都會與計算結(jié)果有所不同，這是不可避免的，因而設(shè)計規(guī)范中的計算最大允許誤差為10%～15% 。任何忽視這種必要的程序計算，都將對通風(fēng)機運行效能的發(fā)揮產(chǎn)生重大影響，必須給予高度重視。
(1) 通風(fēng)機管網(wǎng)阻力計算額定值不準(zhǔn)確的原因：管網(wǎng)阻力計算的粗疏和采用阻力系數(shù)不夠準(zhǔn)確;不合理的配置系統(tǒng)有效半徑;確定風(fēng)機進氣條件不真實;選型隨意缺乏應(yīng)有的準(zhǔn)則;施工監(jiān)理忽視施工過程中現(xiàn)場設(shè)計變更的影響等。都會使計算結(jié)果與實際損耗誤差超過 30% 甚至更多，導(dǎo)致選型的額定性能與實際運行性能不匹配，結(jié)果實際運行性能發(fā)生改變。如果計算阻力比實際需要過大時，離心通風(fēng)機運行引起流量增大，就會使實耗功率顯著增加，其結(jié)果是全壓內(nèi)效率降低，還使電機額定功率易超載，存在燒電機的危險，但對筆直傾斜的全壓曲線流量變化影響較小;反之必然引起運行流量減少，實耗功率隨之降低，風(fēng)機內(nèi)效率下降。與此同時，由于流量減少，引起除塵系統(tǒng)風(fēng)管內(nèi)流速降低，促使粉塵沉降。這兩種情況都會造成風(fēng)機長期處于輕載低效不節(jié)能運行狀態(tài)。
(2) 通風(fēng)機選型全壓額定值不準(zhǔn)確的后果：處理高溫爐窯所排出的廢氣，如選型引風(fēng)機的負壓過大時，會破壞爐內(nèi)正常熱平衡，由于加大了引風(fēng)量，使?fàn)t內(nèi)溫度下降而影響燃燒或加熱，導(dǎo)致熱源損失的能量增加;當(dāng)引風(fēng)機排送含塵廢氣，污染源處保持足夠密閉形成的負壓狀態(tài)，能夠有效地防止有害污染物擴散。如風(fēng)機的負壓過大時，不僅使各點污染源處吸走過多的物料引起增加耗損，還增加除塵管道磨損和增大處理量，使負壓除塵器的料斗內(nèi)棚料，引起卸料困難。為此在運行中被迫停機間斷定時排料;此外，除塵器灰斗下部法蘭盤處若吸入雨水和濕氣還會使灰斗料板結(jié)，造成排料堵塞。
1.1.2 負荷波動的風(fēng)機型式選擇
由于生產(chǎn)過程中工況能源和原料消耗的周期性變化，使?fàn)t內(nèi)溫度波動較大。因此引起出爐產(chǎn)生的煙氣量變化達± 20%～30% ，引風(fēng)機之所以不宜選用前向風(fēng)機，是因為前向風(fēng)機的功率曲線陡峭。當(dāng)管網(wǎng)壓力損失波動增大時，運行中的電機易超載，有被燒毀的危險，故應(yīng)選用后向風(fēng)機。
1.1.3 裝機電容量的配備
風(fēng)機選擇配用電機功率裕量不宜過大或過小，過大會造成電機經(jīng)常處于輕載運行，使電機的功率因數(shù)降低，從而浪費電耗;反之會使電機經(jīng)常處于超載運行，導(dǎo)致電機升溫過高，絕緣易老化，使用壽命縮短，與此同時還可能造成難以啟動。
1.1.4 風(fēng)機連接管不規(guī)范的后果
在諸多導(dǎo)致降低風(fēng)機效率的原因中，風(fēng)機進出口連接管不規(guī)范，經(jīng)常被視為不重要卻危害極大的因素。往往由于工程設(shè)計配置限制，被迫在風(fēng)機進口裝有直角彎管、單葉插板或蝶閥調(diào)節(jié)以及出口處裝有逆向氣流彎管，結(jié)果都會造成風(fēng)機內(nèi)效率顯著降低。
(1)文獻[1]指出：“用BM75/1200型單吸離心通風(fēng)機進口直接裝90°彎管時，與通常該型風(fēng)機產(chǎn)品出廠試驗值相比，前者全壓內(nèi)效率降低12%”。其原因是急變流場使進氣不均勻產(chǎn)生渦流，改變了出廠試驗空氣動力特性的緣故。如果不可避免時，正確連接法應(yīng)在遠離進口處安裝帶導(dǎo)流片的90°彎管之后，再將風(fēng)機進氣管加長3～6倍直徑的平直長度。加長平直管后比僅裝轉(zhuǎn)向?qū)Я髌€能多節(jié)電18%。
(2)雙吸入離心通風(fēng)機進口如只裝彎管不裝轉(zhuǎn)向?qū)Я髌瑫r，則會引起兩側(cè)進風(fēng)量相差18%，造成對軸承的軸向推力過大，葉輪磨損不均，導(dǎo)致額定風(fēng)量下降20%，使全壓效率下降，浪費了電能[2]。
(3)離心通風(fēng)機出口管的安裝設(shè)計，只要注意做到按葉輪離心旋轉(zhuǎn)方向，用順向氣流彎管取代逆向氣流彎管。
(4)軸流通風(fēng)機的進、出口連接管和擴散器的效率，安裝設(shè)計不規(guī)范都會使內(nèi)效率降低。
1.1.5 不同型式通風(fēng)機的合理啟動
離心通風(fēng)機要求系統(tǒng)全關(guān)閉空載啟動;軸流通風(fēng)機要求系統(tǒng)全開啟有載啟動;高溫風(fēng)機在常溫條件下啟動時，由于空氣受熱體積膨脹，密度變小，風(fēng)機產(chǎn)生壓力低，所需功率比常溫風(fēng)機小很多，因此常溫條件下啟動應(yīng)將系統(tǒng)全關(guān)閉空載啟動。
1.1.6 正確對待通風(fēng)機的聯(lián)合工作
通風(fēng)機并聯(lián)與串聯(lián)工作時，由于風(fēng)機性能要有所降低，運行工況復(fù)雜，因此一般盡量不采用。并聯(lián)優(yōu)先使用雙吸入風(fēng)機，因兩臺并聯(lián)系統(tǒng)的壓損過大時，起不到增加流量的作用。并聯(lián)多臺風(fēng)機公用一臺大型組合袋濾室時，對應(yīng)袋濾室也應(yīng)封閉，分隔成并聯(lián)系統(tǒng)進行過濾。
只有系統(tǒng)風(fēng)量小，而壓力高時，串聯(lián)風(fēng)機才是合理的。常見串聯(lián)兩臺相同型號離心通風(fēng)機的除塵器系統(tǒng)，一臺載塵的風(fēng)機進口管網(wǎng)負壓輸送，經(jīng)除塵器凈化后再串聯(lián)另一臺不載塵的風(fēng)機進口管網(wǎng)負壓輸送排至大氣。這兩臺串聯(lián)風(fēng)機的實際效率和實耗功率均不相等，不如采用兩臺不載塵的風(fēng)機串聯(lián)工作性能好。在以往許多工程中均有采用并聯(lián)或串聯(lián)風(fēng)機的應(yīng)用實例，但并沒有現(xiàn)場實測去驗證實際效率如何，值得引起重視和糾正。
1.1.7 風(fēng)機進氣溫度確定虛高導(dǎo)致性能降低
高溫爐窯廢氣處理的除塵風(fēng)機選型時，因選型確定進口氣溫不確切，而采用瞬時最高氣溫或大量漏風(fēng)，引起急劇溫降或盲目提高氣溫，造成實際運行中氣溫低于選型氣溫較多，結(jié)果造成運行風(fēng)機內(nèi)效率降低和功率增大，導(dǎo)致設(shè)計額定流量減少。例如某電解鋁廠選用Y4-73型引風(fēng)機，tj=200℃，ηtf=83% ，實際運行tj=100～150℃時，估計全壓內(nèi)效率只有30%～40% ;又如當(dāng)高溫輸氣管道采用磚砌，砼等材料的氣密性較差，造成滲進冷風(fēng)量達30%～50%，從而使管內(nèi)氣溫下降過快，使風(fēng)機運行的全壓降低，流量和電耗增大，繼而導(dǎo)致污染處設(shè)計抽風(fēng)量減少30%。
1.1.8 濾袋單室過濾風(fēng)量的劃分不宜過大
除塵系統(tǒng)的多室組合結(jié)構(gòu)的袋濾室(又稱袋房)，常用逐室中斷濾塵操作進行清灰作業(yè)，一般單室過濾風(fēng)量(也是輔機清灰風(fēng)機的風(fēng)量)不宜超過每臺主風(fēng)機風(fēng)量的20%，這樣就不會導(dǎo)致運行中主風(fēng)機內(nèi)效率下降。由于過濾的過程中始終有一個單室濾袋組輪流在停風(fēng)(停止過濾)進行清灰。因此停風(fēng)單室的多余風(fēng)量引起其它室增加，導(dǎo)致系統(tǒng)阻力增加，結(jié)果造成主風(fēng)機風(fēng)量減少，全壓內(nèi)效率下降。
云南水口山礦務(wù)局杜式劍的設(shè)計實踐1988年經(jīng)驗總結(jié)提出：“單室收塵過濾面積以不超過500m2為佳;第三鉛冶煉廠新濾袋反吹清灰面積占總過濾面積的4%，使有效過濾總面積提高到95%以上。但是單室過濾面積過小，會使清灰機構(gòu)復(fù)雜化，或過分延長清灰周期達不到清灰效果”。大型多室袋濾房，設(shè)多臺清灰風(fēng)機既可使主風(fēng)機和清灰風(fēng)機均達到節(jié)能，又能提高有效過濾總面積，同時也有利于自動控制。
國外一些風(fēng)機公司在供貨的同時，要求用戶提供例如風(fēng)機進、出口連接管的合理配件訂貨圖，無疑這是一種能有助于通風(fēng)機高效率運行的有效方法。
1.2 載塵對通風(fēng)機特性的影響及應(yīng)用分析
1.2.1 載塵對通風(fēng)機特性的影響
(1)粉塵對風(fēng)機特性線的影響
文獻[4]證實，通風(fēng)機的流體載塵對風(fēng)機的全壓曲線走勢無影響，由于風(fēng)機載塵濃度和粉塵流量的影響，因而載塵風(fēng)機實耗功率增大了。當(dāng)兩種氣體含塵濃度不同流量相同比較中，風(fēng)機載塵的功率曲線與風(fēng)機清潔空氣的功率曲線相比，前者走勢明顯上移使功率增大，與此同時載塵風(fēng)機的全壓效率曲線與清潔空氣的全壓效率曲線相比，前者走勢顯著下降而效率降低。
(2)粉塵對流體阻力的影響
由于流體載塵使管網(wǎng)壓力損失增加，導(dǎo)致流體載塵使筆直傾斜的管網(wǎng)阻力特性線與無變化的載塵風(fēng)機全壓曲線相交點左移。與此同時載塵風(fēng)機功率曲線平行在清潔空氣功率曲線之上，致使載塵風(fēng)機實耗功率不足而迫于減少，使效率下降，最終運行結(jié)果導(dǎo)致額定流量顯著減少。
(3)功率與壓力損失的附加問題討論
文獻[4]還提出了載塵風(fēng)機增加功率與管網(wǎng)阻力附加值，筆者認為的欠缺說明載塵量數(shù)據(jù)的試驗，也沒有表明定量試驗數(shù)據(jù)結(jié)果，只能作為定性說明。
此外20世紀50年代的前蘇聯(lián)《暖通設(shè)計手冊》和日本的井伊谷鋼一主編的《濾袋除塵手冊》(1976年)中，鈴木昭明指出：“除塵工程輸氣管道設(shè)計的含塵濃度在30g/Nm3以下時，除塵管道壓力損失的影響可忽略不計”。
筆者認為：通風(fēng)機在管網(wǎng)中工作時，由于葉輪轉(zhuǎn)速、風(fēng)機導(dǎo)流器可調(diào)葉片或進口導(dǎo)葉節(jié)流調(diào)節(jié)、輸氣溫度、大氣壓力的改變，因此引起通風(fēng)機特性線改變。但是試驗和實踐證明：輸氣含塵濃度Fjd>30g/Nm3的高載塵流量的增加會使通風(fēng)機特性線發(fā)生急劇改變。
1.2.2 引進英國技術(shù)生產(chǎn)高溫風(fēng)機的節(jié)能驗證
(1)四平鼓風(fēng)機廠于1984年從英國豪登公司引進BB24、BB50型兩個系列的單吸和雙吸高溫離心通風(fēng)機制造技術(shù)，葉輪為后向單板形，差動導(dǎo)葉和耐磨損[5]，該廠生產(chǎn)的單吸高溫(載塵)風(fēng)機產(chǎn)品性能節(jié)能驗證比較見表1。
(2)重慶通用機器廠從英國豪登公司引進
W6-29、W6-39型兩個系列的單吸和雙吸高溫風(fēng)機制造技術(shù)，葉輪為后向葉片，差動導(dǎo)葉調(diào)節(jié)、高強度及耐磨損[3]，該廠生產(chǎn)的高溫載塵風(fēng)機產(chǎn)品性能節(jié)能驗證比較見表1;該廠20世紀80年代生產(chǎn)的FW9-2×35型前向葉片雙吸入離心通風(fēng)機[6]，用于水泥窯尾收塵的節(jié)能驗證比較見表1。
(3)北京風(fēng)機二廠生產(chǎn)的用于水泥窯尾高溫風(fēng)機單、雙吸4個系列，其中WDHZ型系列單吸高溫(載塵)風(fēng)機[3]，其性能節(jié)能驗證比較見表1。
1.2.3 對引進技術(shù)生產(chǎn)集塵風(fēng)機的討論
(1)首先明確通風(fēng)機產(chǎn)品試驗的空氣動力性能，給出繪制特性線或性能曲線的通風(fēng)機輸氣介質(zhì)是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的清潔空氣;引風(fēng)機和除塵風(fēng)機為氣溫指定狀態(tài)的微量含塵的煙氣。
(2)引進英國高溫風(fēng)機載塵的技術(shù)說明中：“BB50系列tj=20℃時，空氣效率≥75%～81%;BB24系列tj=20℃時，空氣效率≥80%～84%，該產(chǎn)品是提供水泥爐窯的高效節(jié)能風(fēng)機。在含塵量較大，磨損較嚴重的條件下使用。其綜合性能在世界同類產(chǎn)品中處領(lǐng)先地位，具有80年代世界先進水平”[5]。
高溫風(fēng)機載塵 Fjd=30～35g/Nm3時，性能表中沒有說明全壓內(nèi)效率為多少，筆者驗證qh/P=220～477時，風(fēng)機載塵耗電量是非載塵的2～5.6倍，而載塵處理風(fēng)量是非載塵風(fēng)量的0.2～0.5倍。因此不能用空氣效率代替載塵風(fēng)機效率。另外，重慶廠引進技術(shù)的產(chǎn)品中，其低含塵量的載塵風(fēng)機電耗仍然很高，當(dāng)Fjd=0.15，0.2，0.9g/Nm3時，耗電量P/qh=2.45 ，1.65，3.86kW/(km3·h-1)，分析其耗電大的原因可能由于葉輪忽視應(yīng)用高強度材料，為了“形態(tài)強化”與“熱弱化”而過多補焊加強件，引起葉輪質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量劇增及氣流增加阻力所造成的結(jié)果。
(3)我國工業(yè)硅和鐵合金礦熱電爐的超微細硅粉收塵，吉林臨江硅鋁合金廠[7]于2001年從挪威鐵合金ELKEM ASA 公司引進除塵工程回收微硅粉副產(chǎn)品所用設(shè)備的增密裝置和大型組合正壓袋濾室。它是除塵過濾回收工程的核心技術(shù)，其新型濾袋為特氟綸/玻纖組合的超薄覆膜過濾材料。它是現(xiàn)代過濾技術(shù)中超微細粉塵煙氣凈化的新穎技術(shù)。其特點濾袋采用“表面過濾”技術(shù)，不同于常規(guī)使用“深層過濾”技術(shù)。因兩種過濾機理與清灰方式不同，應(yīng)認真總結(jié)“表面過濾”應(yīng)用中秘密專門技術(shù)。但是工程設(shè)計效仿ELKEM ASA公司正壓濾袋引風(fēng)機載塵，采用國產(chǎn)并聯(lián)4臺Y6-49型高溫風(fēng)機載塵很不可取，值得研究。
1.2.4 日本改造低效集塵風(fēng)機的節(jié)能效果[8]
德永健二載文指出：在日本鋼鐵、水泥、造紙、電爐廠的集塵引風(fēng)機，使用中已有用高效葉輪改裝百余臺低效(54%～68%)風(fēng)機的實例。20世紀80年代前后將集塵風(fēng)機改裝為三元流動的全部焊接制造的葉輪，葉輪以20個葉片，β2A=90°為標(biāo)準(zhǔn)型。當(dāng)需要小升壓能力時，則β2A=75°等改進措施。生產(chǎn)現(xiàn)場施工日期以3～4天為期限，有的一日施工完畢一臺，經(jīng)技術(shù)改造運行檢測結(jié)果有明顯的節(jié)能效果。筆者驗證流量改造前后由200～450(m3·h-1)/kW提高到250～720(m3·h-1)/kW，耗電量由5～2.3kW/(km3·h-1)降到4～0.83kW/(km3·h-1)。在某鋼鐵廠以每臺100kW到8500kW近20臺。葉輪改裝后從而共節(jié)電5800kW·h，提高風(fēng)機效率20%～33%，節(jié)約用電20%。例如燒結(jié)機的雙吸主引風(fēng)機改裝后的效率由68%提高到85%，引風(fēng)機2300kW/臺的節(jié)電500kW，3300kW/臺的節(jié)電950kW，8500kW/臺的節(jié)電660kW，5800kW/臺的節(jié)電750kW;當(dāng)轉(zhuǎn)爐引風(fēng)機的效率由64%提高到83.5%，3400kW×3臺的節(jié)電650kW×3臺;當(dāng)鍋爐用引風(fēng)機的效率由60%提高到85%時，650kW×2臺的節(jié)電185kW×2臺;當(dāng)電爐引風(fēng)機的效率由54%提高到81%時，370kW/臺的節(jié)電 100kW。
總之日本節(jié)能技術(shù)改造對象是功率過大，風(fēng)機效率很低的載塵風(fēng)機。但是并沒有說明風(fēng)機進氣含塵量，水泥廠回轉(zhuǎn)窯改裝三元流動葉輪節(jié)能效果也沒有列舉。筆者從日本1976年11月井伊谷鋼一主編的《濾袋除塵手冊》中查到鋼鐵廠各車間爐外機械排煙粉塵含量Fjd<20g/Nm3 (0.5～15g/Nm3 ) , 其中燒結(jié)機尾含塵量為 Fjd=10～13g/Nm3，但是水泥廠的窯內(nèi)排塵量為Fjd=20～80g/Nm3 。
20世紀80年代西歐盛行持續(xù)多年的這種高溫風(fēng)機載塵，自稱高效節(jié)能世界領(lǐng)先，筆者認為言過其實，至今也未見到試驗報告資料和節(jié)能效果顯示。建議對這種不節(jié)能產(chǎn)品應(yīng)清理。雖然引進國外的風(fēng)機制造新技術(shù)，是發(fā)展和提高風(fēng)機節(jié)能產(chǎn)品的一條重要途徑，但是對引進新技術(shù)，應(yīng)首先公開透明，組織專題進行消化吸收和技術(shù)經(jīng)濟論證，避免盲目或重復(fù)引進不節(jié)能技術(shù)。在移植和嫁接外國高新技術(shù)的同時，也要結(jié)合國情因地制宜地發(fā)揮自主創(chuàng)新能力，合理開發(fā)采用適用技術(shù)使其國產(chǎn)化。
1.2.5 載塵風(fēng)機與非載塵風(fēng)機的識別
凡是生產(chǎn)工藝塵源設(shè)備散發(fā)的粉塵，為防塵要求，設(shè)密閉的負壓系統(tǒng)，輸送常溫或高溫氣體，風(fēng)機進氣管網(wǎng)載塵配置在除塵器之前吸塵(非壓送式)系統(tǒng)的通風(fēng)機，當(dāng)Fjd>30g/Nm3 時稱載塵風(fēng)機，又稱集塵風(fēng)機;當(dāng)Fjd<30g/Nm3 時稱排塵風(fēng)機。
凡是通風(fēng)機進氣管網(wǎng)配置在除塵器之后，當(dāng)Fjd≤200mg/Nm3，輸送常溫或高溫氣體的除塵系統(tǒng)的引風(fēng)機稱非載塵風(fēng)機，又稱除塵風(fēng)機。
1.2.6 除塵風(fēng)機的應(yīng)用問題
除塵風(fēng)機或引風(fēng)機的進氣介質(zhì)條件，在風(fēng)機產(chǎn)品樣本和風(fēng)機手冊中[3，5-6] ，有明確要求氣溫指定狀態(tài)(120～250℃ )的限制和必須加裝除塵器的除塵效率大于85%。在此前提下能達到給定示出的風(fēng)機內(nèi)效率，否則無法保證。建議今后不再使用除塵效率大于85%的限制，因收塵效率由99%降到90%，則排放粉塵量將增大10倍，故應(yīng)改為除塵引風(fēng)機進氣條件宜用于不論輸送生產(chǎn)原料、半成品物料、任意燃料的顆粒粉塵均小于200mg/Nm3 。但有些風(fēng)機廠和用戶誤認為除塵風(fēng)機作為載塵是當(dāng)然的，只不過是磨損加劇，影響使用壽命而已，事實證明這是一種誤解。
1.2.7 解析國外試驗集塵風(fēng)機為何不報載塵量
引風(fēng)機載塵在實際運行中，由于生產(chǎn)周期性變化的工藝設(shè)備，不論冷、熱加工過程中產(chǎn)生的煙塵濃度和溫度都在變化。因此引起除塵系統(tǒng)壓力脈動和流量陣發(fā)性波動，從而導(dǎo)致引風(fēng)機性能極不穩(wěn)定運行;又因處理各種工藝氣體中，粉塵的種類和形態(tài)繁多、物性各異、粒度分布廣;在輸氣管內(nèi)的氣體壓力場、溫度場、速度場及濃度場的多變因素較大;科學(xué)試驗仍缺乏粉塵同時快速取樣與快速分析的方法和手段。所以使日本鋼鐵廠現(xiàn)場和前蘇聯(lián)試驗室都不能連續(xù)測得準(zhǔn)確載塵量的結(jié)果，由于試驗測得的數(shù)據(jù)缺乏再現(xiàn)性，無法準(zhǔn)確報道載塵量結(jié)果。
1.3 引風(fēng)機高溫載塵進氣條件的討論
1.3.1 通風(fēng)機的進氣條件
一般用途通風(fēng)機是以標(biāo)準(zhǔn)進氣狀態(tài)的空氣(不含腐蝕性)、進氣溫度tj≤80℃、含塵量Fjd ≤100mg/Nm3, 無粘性和無纖維物質(zhì)的空氣為對象而進行產(chǎn)品設(shè)計和制造的。
高溫風(fēng)機分載塵和不載塵兩種。單純高溫風(fēng)機的氣體含塵量及硬質(zhì)顆粒不大于 150mg/m 3[3] 。
1.3.2 高溫廢氣引風(fēng)機的進氣條件
(1)高溫爐窯熱運行設(shè)備的密閉式爐內(nèi)機械排煙所用引風(fēng)機進氣介質(zhì)條件為t=450～950℃,最高t=1200～1400℃，含塵濃度達Fd=30～130g/Nm3。
(2)高溫爐窯熱運行設(shè)備的半密閉式爐外機械排煙所用引風(fēng)機進氣介質(zhì)條件為t=50～300℃，含塵濃度Fd≤30g/Nm3。
(3)熱處理工藝設(shè)備，如各種加熱爐、退火爐，必須使?fàn)t內(nèi)高溫氣體的對流閉路循環(huán)達到均溫，所用的循環(huán)風(fēng)機進氣介質(zhì)條件為運行溫度500～700℃或750～1050℃，含塵濃度Fjd ≤150mg/Nm3，這種高溫風(fēng)機不存在外排廢氣處理問題。
1.3.3 高溫廢氣的處理及其程序
高溫廢氣處理系統(tǒng)的煙氣溫度越高，體積越大，使系統(tǒng)工況處理風(fēng)量越多，致使通風(fēng)設(shè)備龐大;反之若處理煙氣溫度越低，則系統(tǒng)工況處理風(fēng)量減小，使系統(tǒng)通風(fēng)設(shè)備也變小型化，但其冷卻裝置卻需增大，而處理煙氣溫度過低會引起高溫?zé)煔饴饵c的形成。為此，一般高溫?zé)煔馓幚砗蟮慕K溫控制在180～300℃之間。
(1)高溫氣體問題，70年代D·W·Spaitt等人得出：從技術(shù)經(jīng)濟上論證290～390℃時是高溫纖維過濾材料的實際最大溫度范圍;從節(jié)能觀點出發(fā)，認為處理后溫度為300℃時是最經(jīng)濟的[9]。
(2)美國GCA公司的C.E.Billings和J.E.Wilder試驗研究后發(fā)表過許多成果報告，其中在《袋濾器技術(shù)手冊》中指出：纖維過濾器在低溫氣體小于300℃時收集粉塵的除塵過濾效率常高達99.9%～99.99%[9] 。
(3)工業(yè)廢氣處理應(yīng)有必要的程序，我國按既定的《工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和節(jié)能政策，首先將高溫氣體余熱充分再利用或冷卻處理;接著把廢氣中的粉塵凈化回收;最后用引風(fēng)機進氣低溫和微量含塵直接達標(biāo)排放。這是最經(jīng)濟的凈化流程程序，必然使通風(fēng)機達到節(jié)能、經(jīng)濟、穩(wěn)定高效運行，也是通風(fēng)機應(yīng)用研究的發(fā)展方向。
1.3.4 高溫廢氣的冷卻與粉塵凈化回收
(1)高溫氣體冷卻裝置
高溫?zé)煔庥?種冷卻方式：間接水冷卻、直接水冷卻、間接空氣冷卻及直接空氣冷卻。
常用的有：在300℃以上時考慮余熱利用，采用間接水冷;一般煙溫在200℃以下時采用直接空冷，經(jīng)濟有效的只有這兩種選擇。
?、? 間接水冷卻：利用水間接冷卻，用金屬做水冷夾層，通過管壁傳熱給流動的冷水帶走熱量。常用設(shè)備有冷水套管和水冷式熱交換器。其中水冷套管簡單，由于傳熱效率低所需傳熱面積大而很少應(yīng)用;水冷式熱交換器的傳熱效率高，設(shè)備和運行費較低，常用在初溫300℃以上的余熱利用。
② 直接空氣冷卻：用常溫空氣稀釋冷卻(摻冷風(fēng))，混合段要求有足夠長度，并設(shè)測溫儀表，缺點是不適用煙溫較高時，因冷卻煙氣所需空氣量很大，所以只能適用于煙溫在200℃以下。
(2)粉塵的凈化回收
一般高溫爐窯煙塵凈化的引風(fēng)機進氣，可以不載塵Fjd≤200mg/Nm3，也可以低濃度載塵Fjd<30g/Nm3。水泥窯的排塵濃度達20～80g/Nm3 ，新疆水泥窯達120g/Nm3 。根據(jù)1977年統(tǒng)計美國運行的385臺水泥回轉(zhuǎn)窯中有1/3在窯尾預(yù)熱器出口溫度375～425℃，最高500℃，直接裝設(shè)了預(yù)收塵器和袋濾器或靜電收塵器。從而使引風(fēng)機進氣裝在除塵器之后不載塵，收塵效率達99.9%，濾袋平均壽命為2～4年。
1.3.5 高溫風(fēng)機使用中的弊病
(1)國產(chǎn)耐300～700℃的高溫風(fēng)機[3]，不經(jīng)處理的高溫?zé)焿m直接通過引風(fēng)機，如風(fēng)機水冷系統(tǒng)冷卻裝置斷水等控制失效時，可引起主軸、軸承的變形，破壞葉輪旋轉(zhuǎn)的動平衡而引發(fā)振動，故緊急事故發(fā)生率較高。
(2) 高溫風(fēng)機的啟動，當(dāng)溫差很大時，如不認真對待，電機易超載，有被燒毀的危險。
(3) 高溫除塵系統(tǒng)輸氣管道氣密性較差，若漏風(fēng)率超過20%時，使管內(nèi)氣溫下降過快，氣體中水份易結(jié)露，使粉塵粘在葉輪上，都會導(dǎo)致風(fēng)機運行的全壓和內(nèi)效率均下降;與此同時運行風(fēng)量和實耗功率均增大，繼而使吸風(fēng)點源的通風(fēng)效果變差。
(4)由于氣體的粘度隨溫度的增高而增大，輸氣管道和濾袋的壓力損失直接與氣體的粘性成正比。因此高溫輸送氣體時，使管網(wǎng)阻力增加，引起風(fēng)機額定風(fēng)量和功率不足，導(dǎo)致通風(fēng)機內(nèi)效率降低。
(5)高溫除塵系統(tǒng)應(yīng)用正壓大型組合袋濾器(室)時，熱脹冷縮比較頻繁。實踐證明：當(dāng)溫度波動范圍超過200℃時，袋濾器箱體的線膨脹達40～50mm，這種頻繁的熱沖擊將會影響箱體的氣密性和收塵正常作業(yè);當(dāng)輸氣正壓操作的袋室過濾有毒氣體和粉塵時，需要設(shè)計隨箱體滑動而又不漏風(fēng)的密封結(jié)構(gòu)要耗費過多的鋼材。
(6)高溫風(fēng)機投入熱運行后，由于風(fēng)機葉輪強度不足與鑄件或焊接件沒有消除內(nèi)應(yīng)力時，都會產(chǎn)生熱態(tài)反復(fù)振動;當(dāng)運行中溫度的急劇變化，引起風(fēng)機軸的變形，將造成葉輪不平衡引起振動;又如熱運行中突然停止運轉(zhuǎn)時，使溫度急劇下降，再開動時也產(chǎn)生振動。
實施高溫廢氣煙塵中的先行余熱再利用與凈化收塵，不但達到節(jié)能目的，并且處理后低溫氣體還能提高除塵的纖維過濾效率;與此同時風(fēng)機進口低溫tj≤300℃和微量含塵Fjd≤200mg/Nm3又是提高風(fēng)機內(nèi)效率的有效途徑。
輸氣不載塵的引風(fēng)機制造中可免去耐磨材料及防磨措施;風(fēng)機低溫輸氣又是變流量調(diào)節(jié)的軸流式或離心式通風(fēng)機均可采用無級調(diào)速的外旋電機。它具有機電合一、結(jié)構(gòu)緊湊、高效、振動小以及運行中遠程調(diào)節(jié)方便的優(yōu)點?？傊L(fēng)機可實現(xiàn)低溫、微量含塵，達到一舉多得。
2 通風(fēng)機的節(jié)能技術(shù)措施
2.1 通風(fēng)機選型設(shè)計的節(jié)能原則
(1)落實控制溫室氣體排放
除塵系統(tǒng)各分支管風(fēng)量負荷要對稱配置，以利管網(wǎng)阻力平衡;系統(tǒng)水平和垂直管道鋪設(shè)必須使通風(fēng)機站配在管網(wǎng)中心處于對稱位置，可使系統(tǒng)有效輸氣半徑縮短，以利擬選的通風(fēng)機額定壓力減低;高溫氣體的余熱再利用，使風(fēng)機進氣達到tj≤300℃，既有效地降低了風(fēng)機的風(fēng)量負荷，又能節(jié)約電耗。最新國際保護環(huán)境指令，推翻以往確定工藝設(shè)備排風(fēng)量越大越好，而是向大氣限制排放量。
(2)強化節(jié)能與高效利用
除塵管道降低經(jīng)濟流速。簡化煙氣凈化與除塵過濾工藝流程，只設(shè)兩級粗凈化和細凈化，從而達到使氣固分離或氣體凈化的合計管網(wǎng)壓力損失不超過系統(tǒng)總壓力損失的一半，達到節(jié)能和預(yù)防管道堵塞。
引風(fēng)機進口裝在除塵器之后，使通風(fēng)機進氣不載塵Fjd≤200mg/Nm3，從而提高風(fēng)機內(nèi)效率。
大流量通風(fēng)機應(yīng)采用高效雙吸入離心通風(fēng)機，取代使用多臺并聯(lián)小型風(fēng)機，達到提高風(fēng)機運行效率;采用高效三元流動葉輪等新技術(shù)，可節(jié)約用電10%～20% ;采用可調(diào)的外旋電風(fēng)機，可節(jié)約用電30%。
(3)超微細粉塵的氣固分離
塵源粉塵粒徑小于10μm占80%以上的除塵，袋濾器可采用杜邦公司生產(chǎn)的超細膨體聚四氟乙烯，商品名Tefon，超薄覆膜過濾機理為“表面過濾”新技術(shù)。
2.2 制訂通風(fēng)機節(jié)能經(jīng)濟運行規(guī)程
(1)企業(yè)生產(chǎn)過程中，對已有通風(fēng)工程設(shè)計的通風(fēng)除塵系統(tǒng)不宜隨意改變，以防造成系統(tǒng)阻力變化，使管網(wǎng)提高流速和增加管網(wǎng)壓力損耗，這將會引起性能改變，使其風(fēng)機內(nèi)效率降低。
(2)加強完善通風(fēng)系統(tǒng)的技術(shù)管理和設(shè)備定期維修，盡力維護管網(wǎng)的氣密性，倘若負壓管段漏風(fēng)率超過20%，將會造成風(fēng)機性能改變，使風(fēng)機運行的全壓值和內(nèi)效率均下降，風(fēng)量和實耗功率增大，導(dǎo)致污染點源處抽風(fēng)量減小，使通風(fēng)效果變差。
(3)防止除塵管道堵塞。除塵風(fēng)機運行要早開晚關(guān)，應(yīng)將風(fēng)機與工藝設(shè)備連鎖控制。常溫下的除塵風(fēng)機應(yīng)在工藝設(shè)備開動前啟動風(fēng)機，而風(fēng)機停運應(yīng)在工藝設(shè)備停止操作運行后5～10min關(guān)閉;當(dāng)風(fēng)機運行中出現(xiàn)事故停車或搶修，與此同時應(yīng)用壓縮空氣吹管及時清理管道內(nèi)的降塵，以防多次沉積造成堵塞，影響系統(tǒng)正常運行。
(4)防止輸氣高溫急劇下降，導(dǎo)致風(fēng)機額定性能下降，應(yīng)設(shè)連續(xù)監(jiān)測氣溫變化的儀表。為保持負壓輸氣管的氣密性，必須經(jīng)常維護和定期檢修。
(5)根據(jù)生產(chǎn)工藝產(chǎn)能變化，應(yīng)隨時監(jiān)視工藝生產(chǎn)的原料和能源消耗異常變化，所引起的除塵系統(tǒng)風(fēng)機進氣狀態(tài)的改變，要及時采取影響風(fēng)機性能下降的補救應(yīng)對措施。
(6) 按通風(fēng)系統(tǒng)管道的使用年限：一般通風(fēng)系統(tǒng)為20年;一般除塵系統(tǒng)為10年;排除腐蝕氣體或磨琢性粉塵的系統(tǒng)為5年。所以應(yīng)加強技術(shù)管理和計劃維修管理，做到定期局部檢修或全部更換。
2.3 提高使用通風(fēng)機的運行效率
1979年全國工業(yè)風(fēng)機用電量約為300億kW·h，1981年補充調(diào)查[10]，我國風(fēng)機電耗的工廠大宗用戶其中有：燃煤發(fā)電廠的風(fēng)機用電量占全國工業(yè)風(fēng)機用電總量的24%;化肥廠占19%;水泥廠占15%;煤礦采煤占11%;紡織廠占9.8%;工業(yè)鍋爐與采暖鍋爐占6.5%;鋼鐵廠占3.3%;有色彩冶煉廠占1.7%。
通風(fēng)機運行效率是評價節(jié)能效果指標(biāo)的主要依據(jù)，國家曾指令規(guī)定：“凡是……通風(fēng)機、鼓風(fēng)機的(使用)效率低于70%，必須分期分批地予以改造或更換”。
由于工業(yè)生產(chǎn)過程中，風(fēng)機運行管理不善，生產(chǎn)工藝不斷提高產(chǎn)能，使風(fēng)機進氣條件改變效率降低，舊風(fēng)機待改造或更換，導(dǎo)致生產(chǎn)使用中多數(shù)風(fēng)機實際運行效率達不到70%，風(fēng)機效率很低。全國仍在使用的低效風(fēng)機估計有100萬臺以上。所以對上述大宗用戶必須將原低效風(fēng)機的運行效率提高20%以上，而節(jié)能風(fēng)機處于低效運行的效率提高10%以上?？傊挥型ㄟ^風(fēng)機節(jié)能技術(shù)改造，才能達到將使用通風(fēng)機實現(xiàn)降低電耗20%～30%。
3 結(jié)論
(1)通風(fēng)機應(yīng)用在有色冶金工業(yè)中，是煙氣凈化回收工程的主要設(shè)備之一。它在提高金屬回收率，資源利用擴大用途，改善生產(chǎn)過程作業(yè)的勞動衛(wèi)生條件，預(yù)防職業(yè)病和減少環(huán)境污染起到主導(dǎo)作用。
(2)通風(fēng)系統(tǒng)的管網(wǎng)壓力損耗計算是必要的程序，通風(fēng)機的正確選型與加強高效運行管理是最佳的節(jié)能措施。通風(fēng)機應(yīng)用中切實克服所產(chǎn)生的常見通病，必將達到通風(fēng)機節(jié)能和正常穩(wěn)定高效運行。
(3)通風(fēng)機進氣載塵實踐證明：輸氣含塵濃度Fjd>30g/Nm3的高載塵流量的增加，會使通風(fēng)機特性線發(fā)生急劇改變，風(fēng)機載塵耗電量是非載塵的2～5.6倍。
(4)日本的老廠技術(shù)改造低效集塵風(fēng)機，改裝三元流動葉輪進氣，半密閉式爐外機械排煙的含塵量小于30g/Nm3有明顯節(jié)能效果，節(jié)約用電20%。所以國內(nèi)老企業(yè)節(jié)能技術(shù)改造或更換使用中的低效舊風(fēng)機，與開發(fā)研制節(jié)能新產(chǎn)品，以及加強風(fēng)機運行的技術(shù)管理是通風(fēng)機節(jié)能的根本措施。
(5)高溫含塵廢氣處理程序，首先應(yīng)將高溫氣體余熱利用或冷卻;然后把粉塵凈化回收，使氣固分離設(shè)備的合計阻力損失，不應(yīng)超過系統(tǒng)總壓力損失的一半;最后使引風(fēng)機進氣tj ≤300℃ ,Fjd<200mg/Nm3，這是最經(jīng)濟的凈化流程程序，必然使通風(fēng)機達到節(jié)能、經(jīng)濟、穩(wěn)定高效運行。
(6)大流量高效雙吸入離心通風(fēng)機的研制應(yīng)擴大應(yīng)用品種，取代多臺并聯(lián)風(fēng)機的使用。但是雙吸入離心通風(fēng)機安裝設(shè)計的風(fēng)機進、出口連接管必須規(guī)范，否則影響風(fēng)機運行效率。
(7)國內(nèi)水泥廠已選用四平、重慶、北京風(fēng)機二廠的高溫風(fēng)機載塵，應(yīng)結(jié)合實際情況，進行實測運行效率后，再考慮改變凈化流程程序和載塵風(fēng)機結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)改造。
(8)建議風(fēng)機專業(yè)行業(yè)系列標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)修訂和補充：
?、? 通風(fēng)機通用技術(shù)條件中，包括通風(fēng)機、引風(fēng)機、除塵風(fēng)機、高溫風(fēng)機、高溫循環(huán)風(fēng)機、排塵風(fēng)機(指Fjd<30g/Nm3)等風(fēng)機的進氣工作條件(介質(zhì)溫、濕度，粉塵含量等);
② 通風(fēng)機使用經(jīng)濟運行規(guī)程;
?、?通風(fēng)機使用運行效率的現(xiàn)場快速測定法;
?、?通風(fēng)機廢氣排放量現(xiàn)場測定法;
?、?通風(fēng)機使用電能利用率現(xiàn)場測算法。
(9)風(fēng)機行業(yè)欲引進外國新技術(shù)應(yīng)結(jié)合國情，并公開透明地組織專題進行消化吸收和技術(shù)經(jīng)濟論證，做到確切適用地滿足國內(nèi)市場的需求。在移植和嫁接外國高新技術(shù)的同時，也要因地制宜地發(fā)揮自主創(chuàng)新能力，合理開發(fā)適用技術(shù)使其國產(chǎn)化。
(10)國際上現(xiàn)代化工藝設(shè)備已向大型化發(fā)展，同時要求通風(fēng)機也應(yīng)向大型化轉(zhuǎn)化，便于集中控制和管理以及降低通風(fēng)設(shè)備經(jīng)營費用。工程設(shè)計不要誤解為工業(yè)廢氣處理排放越多越好，而是向大氣限制排放量。
