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磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)在水泥廠節(jié)能降耗中的應(yīng)用

2024-05-20

寇得領(lǐng) 梅黎峰 張傲雪 

摘 要:文章詳細(xì)介紹了磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)組成、運行原理以及設(shè)備優(yōu)缺點,與常見的羅茨風(fēng)機(jī)和離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行了性能比較。在此基礎(chǔ)上,介紹了磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)在山東某水泥廠風(fēng)機(jī)改造中的應(yīng)用,通過改造,設(shè)備運轉(zhuǎn)平穩(wěn),節(jié)能效果明顯,現(xiàn)場噪音明顯下降,在風(fēng)量提高17%的情況下,節(jié)能16.67%,每年節(jié)電近259200 kWh。

關(guān)鍵詞:磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī);節(jié)能降耗;羅茨風(fēng)機(jī);離心風(fēng)機(jī)

0 前言

目前水泥行業(yè)環(huán)保形勢日趨嚴(yán)峻,將粉塵排放量控制在達(dá)標(biāo)數(shù)值非常重要。在這過程中還要考慮到各類型設(shè)備的能耗問題,其中風(fēng)機(jī)作為水泥廠高耗能中一員,其節(jié)能減耗勢在必行。然而應(yīng)用多年 的羅茨風(fēng)機(jī)、多級離心風(fēng)機(jī)、單級離心風(fēng)機(jī)在此已經(jīng)遇到瓶頸,需要更為節(jié)能的風(fēng)機(jī)來推動綠色環(huán)保,而近期兩年內(nèi)大熱的磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)為解決這一問題提供了思路。

1 磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)介紹

1.1 原理

磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)是采用磁懸浮軸承的透平設(shè)備的一種。其主要結(jié)構(gòu)是鼓風(fēng)機(jī)葉輪直接安裝在電機(jī)軸延伸端上,而轉(zhuǎn)子被垂直懸浮于主動式磁性軸承控制器上,不需要增速器及聯(lián)軸器,實現(xiàn)由高速電 機(jī)直接驅(qū)動,由變頻器來調(diào)速的單級高速離心鼓風(fēng)機(jī)。該類風(fēng)機(jī)采用一體化設(shè)計,其高速電機(jī)、變頻器、磁性軸承控制系統(tǒng)和微處理控制盤等均采用一體設(shè)計和集成,其核心是磁懸浮軸承和永磁電機(jī)技術(shù),結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。    

磁懸浮軸承的功能是實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸懸浮。它通過內(nèi)置的位置傳感器檢測轉(zhuǎn)軸的位置信號,將此信號送入磁懸浮軸承控制器進(jìn)行調(diào)理、運算和放大得到控制電流,再將該控制電流輸入磁軸承,產(chǎn)生對轉(zhuǎn)子可控的吸力,從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的懸浮。

同步永磁電機(jī)的功能是驅(qū)動轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)。它通過變頻電源產(chǎn)生頻率可調(diào)的交變電流,將此交變電流輸入電機(jī)定子即產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,帶動轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)。

風(fēng)機(jī)的功能是實現(xiàn)鼓風(fēng)。隨轉(zhuǎn)軸一同做高速旋轉(zhuǎn)的葉輪帶動空氣從渦殼的進(jìn)氣口進(jìn)入,空氣在蝸殼的導(dǎo)向與增壓作用下成為具有一定流速與壓力的氣體,臨末從渦殼的出氣口鼓出,這就實現(xiàn)了風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)。

1.2 磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)的主要部件包括高效離心葉輪、磁懸浮軸承、同步永磁電機(jī)和專用變頻器四部分。    

(1)高速離心葉輪。葉輪采用三元流動理論設(shè)計及參數(shù)優(yōu)化,使葉輪效率化,工作區(qū)域廣;其材質(zhì)采用高強(qiáng)度鍛鋁或鈦合金,抗變形能力強(qiáng);經(jīng)過數(shù)控加工中心精密加工而成,防腐性能更好。經(jīng)過國家流體實驗室專家測得葉輪工作點效率可達(dá)85%,見圖2。

(2)高速永磁同步電機(jī)。在電機(jī)的主軸上安裝永磁鐵,保證主軸磁性。電機(jī)的定子硅鋼片纏繞的線圈,產(chǎn)生震蕩磁力,在運轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)速和震蕩磁場保持一致,實現(xiàn)同步。永磁電動機(jī)采用磁懸浮軸承,具有無機(jī)械摩擦、低噪音、低振動以及壽命長的特點,轉(zhuǎn)速可達(dá)50 000 r/min,見圖3。

(3)磁懸浮軸承。通過可控的電磁吸力使轉(zhuǎn)軸穩(wěn)定地懸浮,在旋轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)軸不受任何機(jī)械阻力,因此效率高、無磨損、無需維護(hù)、無需潤滑油、沽出的空氣也絕不含油,見圖4。

(4)電機(jī)智能控制系統(tǒng)。磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)一般采用無矢量變頻控制,用調(diào)節(jié)頻率的方法來控制永磁電機(jī)的旋轉(zhuǎn),進(jìn)而控制鼓風(fēng)機(jī)的流量,滿足各種工況使用。智能控制系統(tǒng)可以預(yù)測喘振和實現(xiàn)就地控制,且設(shè)備安裝了GPRS系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸。

1.3 磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)的優(yōu)點

(1)高效率、節(jié)能。采用自主設(shè)計的高效離心葉輪、高效同步永磁電機(jī)驅(qū)動和無接觸式磁懸浮軸承技術(shù),與傳統(tǒng)的容積式羅茨風(fēng)機(jī)相比節(jié)能30%;與傳統(tǒng)的齒輪增速單級離心鼓風(fēng)機(jī)相比節(jié)能約12%。

(2)低振動、低噪音。采用先進(jìn)的磁懸浮軸承系統(tǒng),轉(zhuǎn)動部件與機(jī)械系統(tǒng)無接觸,無機(jī)械摩擦,運轉(zhuǎn)穩(wěn)定,振動小,整體噪音很低。    

(3)無潤滑油、無機(jī)械保養(yǎng)。采用先進(jìn)的磁懸 浮軸承系統(tǒng),省去了傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)所必需的復(fù)雜齒輪變速箱及油性軸承系統(tǒng),做到了無潤滑油、無機(jī)械保養(yǎng)。有效降低了用戶的維護(hù)成本,保證了風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

(4)易安裝、易維護(hù)。磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)重量輕、體積小、無需大型起吊設(shè)備,兩名普通的技術(shù)人員就可以輕松的完成安裝工作。而日常維護(hù)僅僅需要更換空氣過濾布,方便簡單。

(5)系統(tǒng)集成性高。鼓風(fēng)機(jī)本身已經(jīng)集成了就地控制和變頻系統(tǒng)于一體,不需要單獨設(shè)立變頻柜及操作柜。通過風(fēng)機(jī)自身的控制面板就可以實現(xiàn)各種功能額設(shè)定和對流溫度、電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、出風(fēng)壓力、風(fēng)量、消耗功率等參數(shù)進(jìn)行查詢。高效過濾器、冷卻系統(tǒng)、全自動防喘振系統(tǒng)、停電和故障保護(hù)系統(tǒng)等,實時觸摸屏,為操作工人帶來方便及減少操作事故的發(fā)生。

(6)遠(yuǎn)程監(jiān)控。鼓風(fēng)機(jī)增加了遠(yuǎn)程監(jiān)控功能,更便捷、更及時地為客戶貼身服務(wù)。實現(xiàn)了遠(yuǎn)程集中控制及數(shù)據(jù)的無線遠(yuǎn)程傳輸,為風(fēng)機(jī)的運行提供了必要的技術(shù)參數(shù)依據(jù)和故障查詢依據(jù)。

2 磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)與羅茨風(fēng)機(jī)、普通離心風(fēng)機(jī)的比較

在水泥廠整個運營中,常見的鼓風(fēng)機(jī)有羅茨風(fēng)機(jī),大型離心風(fēng)機(jī),他們都是高耗能、高噪音設(shè)備。

(1)羅茨鼓風(fēng)機(jī)。羅茨鼓風(fēng)機(jī)利用兩個葉形轉(zhuǎn)子或者三個葉形轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)作相對運動來壓縮和輸送氣體,其結(jié)構(gòu)簡單、制造方便,易于控制和維護(hù),但是效率低于多級、單級離心風(fēng)機(jī),氣流脈動與噪音大,在水泥廠中多用于生料庫庫內(nèi)外環(huán)充氣、窯頭一次風(fēng)、回轉(zhuǎn)窯及分解爐送風(fēng)。    

(2)離心鼓風(fēng)機(jī)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動風(fēng)機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)時,葉輪中葉片之間的氣體也跟著旋轉(zhuǎn),并在離心力的作用下甩出這些氣體,氣體流速增大,使氣體在流動中把動能轉(zhuǎn)換為靜壓能,然后隨著流體的增壓,使靜壓能又轉(zhuǎn)換為速度能,通過排氣口排出氣體,而在葉輪中間形成了一定的負(fù)壓,由于入口呈負(fù)壓,使外界氣體在大氣壓的作用下立即補入,在葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)作用下不斷排出和補入氣體,從而到達(dá)連續(xù)鼓風(fēng)的目的。

離心鼓風(fēng)機(jī)根據(jù)其工作葉輪數(shù)量分為多級離心鼓風(fēng)機(jī)和單級離心鼓風(fēng)機(jī)。由于離心鼓風(fēng)機(jī)在大風(fēng)量時效率遠(yuǎn)高于羅茨風(fēng)機(jī),在水泥廠多被用于窯頭窯尾煙囪排風(fēng)機(jī)、水泥磨及煤磨排風(fēng)機(jī)、原料磨及輥壓機(jī)循環(huán)風(fēng)機(jī)、窯尾高溫風(fēng)機(jī)等。

常用的鼓風(fēng)機(jī)能耗依次為:羅茨風(fēng)機(jī)>多級離心鼓風(fēng)機(jī)>單級離心鼓風(fēng)機(jī),綜合性能比較見表1。

3 磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)在水泥廠中的應(yīng)用

離心風(fēng)機(jī)和羅茨風(fēng)機(jī)在水泥廠應(yīng)用較多,但其缺點是高耗能、高噪音,而磁懸浮風(fēng)機(jī)正好避開了這一問題,下面就以羅茨風(fēng)機(jī)作為對象進(jìn)行分析。

山東某水泥廠風(fēng)機(jī)改造前后數(shù)據(jù)對比見表2,從表2可知,該風(fēng)機(jī)改造前運行總風(fēng)量為 228 m3/min, 改造后運行總風(fēng)量為 267 m3/min,改造后風(fēng)量提高了17.11%;改造前電流為 512.79 A,改造后 電流為427.33A,節(jié)約16.67%。    

磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)的節(jié)能效果明顯,通過計算每年可節(jié)約103.68 t標(biāo)準(zhǔn)煤,可減少243 t二氧化碳排放。

4 磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)目前存在的問題

(1)整體采購價格較羅茨風(fēng)機(jī)昂貴,但隨著掌握該技術(shù)的國內(nèi)生產(chǎn)廠家越來越多,技術(shù)越來越成熟,其價格也在逐步趨近合理化。

(2)磁懸浮風(fēng)機(jī)需要對磁懸浮軸承供電來提供磁力,并且需要一套備用電源及備用軸承,來避免突然斷電對風(fēng)機(jī)造成損壞。

(3)磁懸浮軸承及控制器相對其他類型的軸承來說,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,出現(xiàn)故障難以及時維修,需要廠家到廠維修,甚至返廠維修,可能存在維修費用高、周期長的問題。

5 結(jié)語    

(1)磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)具有高效節(jié)能、低振動、低噪音、無潤滑油、無機(jī)械保養(yǎng)的優(yōu)點;另外磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)體積小,自動化程度高,方便安裝易維護(hù),運行振動小,噪音低,非常適合水泥廠節(jié)能降耗改造。

(2)磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)雖然購置費用及維修費用較貴,但是每年節(jié)約的能耗足以抵消該費用的攤銷,且在未來的2年后實現(xiàn)大大的盈利,它的面世,將為水泥、冶金、石化等眾多行業(yè)帶來革命性的變化,將為國家的節(jié)能減排事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。

來源:《水泥工程》 2020年01期

(版權(quán)歸原作者或機(jī)構(gòu)所有)