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通风降温方案_一清高压变频在高炉鼓风机中的应用工业自动化离心
| 一清高压变频在高炉鼓风机中的应用 |
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| 国产高压变频在各行各业的应用已经非常普遍，但在炼铁高炉鼓风机上的应用几乎没有。在冶金行业大家都知道，高炉鼓风机在炼铁过程中的重要性，一旦高炉鼓风机出现题目，炉体内的悬料将着落至高温铁水中，铁水倒灌至风道中，有可能堵死风罩，只能停产待检验。
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1 离心式和轴流式通风机的优缺点
系统常用的通风机有离心式
通风机和轴流式通风机2大类。
最近几年又生产了一种介于离心
和轴流风机之问的一种风机(混
流式风机)。
(2)离心通风机的分类。
离心通风机按其产生压力的不
同，可分为3类：
①低压风机：风压
<1 000Pa，
②中压风机：风压为1 000～3 000Pa
③高压风机：风压大于3 000Pa，这种风机用于物料的气力输送系统或阻力大的通风
除尘系统
离心式通风机的性能参数。离心式通风机的性能参数主要由风量、风压、功率、
效率及转速等。
①风量Q：通风机在单位时间内所输送的气体体积称为风量，其单位是 ／s或 ／h。
②风压H：通风机的风压指的是空气在通风机内压力的升高值，它等于风机出口空
气全压与进口空气全压之差值(或绝对值之和)，其单位用帕或千帕表示。全压等于静压
加动压。
通风机所产生的风压与风机的叶轮直径、转速、空气密度以及叶轮的叶片型式有关，
其关系如下：
H=
式中：H——风机的压力，Pa；
——空气的密度，kg／ ;
——叶轮外缘的圆周速度，m／s；
—压力系数，它与叶片型式有关，根据实验，其值在风机效率最高时
为：后向式耳 ==0．4～0．6；轴向式耳 =0．6～0．8；前向式再 =
O．8～1．1。
我们可以根据上式近似估计一台风机的风压。风机的风压在转速一定时会随进风量改
变而变化。
③功率N：空气从风机获得了能量，而风机本身消耗了能量，风机要靠外部供给能
量才能运转。通风机在单位时间内传递给空气的能量称为通风机的有效功率，其单位是瓦
或千瓦，可用下式表达：
= (W)
式中： ——风机有效功率，w(kw)；
H——风机的风压，Pa；
Q一风机产生的风量，m。／h。
实际上，由于风机运行时轴承内有摩擦损失，空气在风机内有碰撞和流动损失，因此
消耗在风机轴上的功率N要大于有效功率N，。轴功率N与有效功率之间的关系为：
N= = (W)
式中： ——通风机效率。
一般离心式通风机的轴功率随着风量的增加而变大。
④效率：通风机的效率是有效功率与轴功率的比值，用下式表示：
= ×100％
通风机的效率反映了其工作的经济性。当用实验方法及仪器测出风机的风量、风压
和轴功率后，就可计算出其效率。后向式叶片风机的效率一般在80％～90％之间，前
向式叶片风机的效率一般在60％～65％之间，也有前向式叶片的风机效率达到
85％的。
在通风系统中工作的风机，就是在同一转速，它所输送的风量也可能不同,通风降温方案。系统(风
网)中的压力损失小时，要求通风机的风压就小，输送的空气量就大些；如果系统的阻
力大时，则要求风机的风压就大，而它输送的空气量就小些。要全部评定风机的性能
就要了解全压与风量、功率、效率、转速与风量的关系，这些关系就形成了通风机的性
能曲线。为使用方便起见，通常将风
压与风量(H—Q)、功率与风量
(N一Q)、效率与风量( -Q)三条
曲线按同一比例画在一张图上，就构
成风机特性曲线。72—11No．5A型离心通风机在转速为2 900r／min时的特性曲线。利用风机
的特性曲线确定其性能参数是很方便的，我们只要知道风量、风压、轴功
率、效率4个参数中的1个，就可找
到其余的3个参数。
2．轴流式通风机
(1)轴流式通风机的构造和分类。轴流式通风机构造简单，叶轮安装在筒形机壳中，
电动机的机轴直接与叶轮连接，当电机工作时，叶轮旋转，空气由进风口处吸入，通过叶
轮和扩散筒排出。轴流式通风机可按压力、结构及传动方式进行分类。
①按压力区分：低压轴流风机(H<500Pa)、高压轴流风机(H>500Pa)。
②按结构型式区分：筒式、简易筒式和风扇式。
③按传动方式区分：按传动方式区分，可分为5种：电机直联传动、对旋传动、皮带
传动、联轴传动及齿轮传动。(2)轴流通风机的工作原理。轴流通风
机的空气是按轴向流过风机的，叶轮安装在
圆形风筒内，叶轮上的叶片是扭曲的，另外
有一个圆弧形进风口，为避免进气的突然收
缩。当电动机带动叶轮旋转后，空气由进风
口吸人，经过叶片，获得能量，再经扩散
筒，这时部分动能转为静压，空气流出，送
到风网，由于空气在风机中始终是沿叶轮轴
向流动的，所以称轴流通风机。
(3)轴流通风机的特性。轴流通风机的
图13—12轴流风机特性曲线
特性是指其风量、风压、功率和效率等性能参数之间的相互关系。轴流通风机特性曲线也
是从实验中得到的，如图13—12所示。
从特性曲线图中可以看出,生产负压风机，轴流式通风机与离心式通风机的区别有：
①H—Q的曲线很陡，当风量Q为零时，风压H的值最大。
②从N—Q曲线看到，风量越小所需的功率越大。
③rQ的曲线也很陡，这说明风机允许的调节范围很小，也就是经济使用范围小。
工作状态点变化时，容易超出经济使用范围。因此，使用轴流式通风机应注意：
a．板形叶片轴流通风机的风量为零时所需功率最大，机翼形叶片轴流风机最大功率，
位于最高效率点附近，但风量小时，功率也很大，因此轴流式通风机在启动时，就不应关
小风量，而应是风口全部打开，以免造成电机过载。
b·由于轴流通风机允许调节范围小，因此不应用闸门来调节风量，这样做很不经济。
要改变风量时，最好采用改变电动机的转速或调整叶轮叶片的角度的办法。
近日发表在英国《自然—地球科学》杂志上的一份研究报告称，包括中国、荷兰、捷克等北半球国家上空的风速近几十年来在减慢，并且强风减慢的速度要比弱风减慢的速度快。至于引起风速减慢的具体原因尚不明确，但研究人员表示，风速减慢将对风力发电行业产生影响。
发表这份报告的研究小组分析了1979年至2008年，位于北半球中纬度地区的822个气象观测点的记录。结果显示，大部分地区的风速都下降了5%-15%，并且强风减慢的速度要比弱风减慢的速度快。
至于发生这种现象的原因，目前还不是特别明确。研究人员称，数据分析显示，大气环流的改变也许能解释10%-50%的风速减慢的原因。但除此以外，还有其他很多原因，比如一些地方的森林植被恢复和增长使得地球表面更为“粗糙”，也会起到降低风速的效果。
风速减慢肯定会对人类生活产生一定影响。比如，影响风力发电，进而影响对城市的供电。不过，也有研究人员表示，因为气象观测点大多测量10米左右高度的风速，而风力发电机组的风轮叶片多在距地面50米到100米的高度，对这个高度的风速，目前还缺乏全球性的数据。
纺织空调风机是纺织空调系统中必不可少的重要组成部分，纺织厂空调总能耗占纺织厂总能耗30%左右。因此，如何有效降低空调风机的耗电量成为目前许多棉纺企业最为关注的话题。海兰节能风机正是顺应了企业的这种迫切需要，只要对原有风机进行叶轮和轮毂两个部件的改造便可达到节能20%的效果。
据了解，目前国内纺织企业普遍使用变频器来降低风机耗电量。此方法虽然有效，但存在几个弊端：首先，功耗降低的同时，风量亦随之降低；其次，变频器投入成本一般比较大，往往变相延长了成本回收期。海兰节能风机针对纺织厂现有的风机进行技术改造，在其他部件保持不动的情况下，仅需替换原有风机叶片和轮毂两个部件，在既定的风道系统中，在相同的工况条件下，风压保持不变，同等风量甚至提高风量的同时，节能20%左右。
海兰风机采用的原料是一种叫做FRP的全新材料，其性能接近碳纤维，具有更高力重比，与铝或钢制叶片比较而言，在动力学条件下，安全因素超出10倍；这种原料的阻尼高，因而风机噪音和振动比金属叶片低，叶尖速度可为41米/秒到90米/秒，1米处噪音低于85分贝；耐磨损性高，使叶片抗老化能力强，在整个使用期间，保持相同的效率，不存在磨损和效率损失。另外，该风机叶片的设计运用了空气动力学原理，有效提高了叶片的升阻比，从而使效率提高到86%～90%。通过叶片数量和角度的调整，耗电量更低。轮毂设计在保持轮毂比不变的情况下，首先考虑满足既定系统对风压的需要；同时克服由静态结构比如电机或者电机套等带来的阻力，使能耗更低。该风机易于维护，日常用肥皂水清理附着物，自然晾干后可重新安装。
据代理海兰风机的上海虞森贸易公司技术人员介绍，假设某棉纺厂有10万纱锭，风机40台，平均功率为20KW，共计800KW，按每日风机运行24小时，全年运行350天来计算，用海兰节能风机进行替换改造，如果节能15%，则每年可节省电费700560元；如果节能25%，则每年可节省电费1176000元，效益可观。
目前，瑞士LUWA、法国LTG、常鼓FZ、常鼓SZ、江阴精来、陕西金翼、陕西华翼、山东金光、台湾宏扬等知名纺织风机都成功进行过应用海兰风机叶片和轮毂的替换改造，节能效果可达到15%～35%。
来源：中国纺织报
Discharge
Pressure
(kgf/cm2)
Nominal Airflow(m3/min)
MAX30
MAX50
MAX75
MAX100
MAX150
MAX200
MAX300
30HP
50HP
75HP
100HP
150HP
200HP
300HP
功率
20KW
40KW
60KW
80KW
120KW
160KW
240KW
0.4
21
41
63
79
131
165
245
0.6
16
31
50
63
95
136
190
0.8
13
25
38
51
76
102
152
1
10.5
20
31
42
62
83
125
1.2
9.5
18
28
37
56
75
112
1.5
8
15
23
31
47
63
94
输出电压
380 / 440V
出口管径
100
125
200
200
250
250
250
重量(Kg)
375
530
560
610
830
850
1300
尺寸
MAX30
MAX50
MAX75
MAX100
MAX150
MAX200
MAX300
A
750
750
800
850
850
950
1100
B
1000
1000
1200
1300
1700
1550
1750
C
800
800
1200
1450
1450
1450
1750
底座
150
150
150
200
200
200
200
???? 水泥生产企业的生料磨系统循环风机和带辊压机水泥磨系统循环风机，叶轮的抗磨损问题是困扰水泥企业生产的重要课题。 ???? 循环风机由于各企业工况不同，使用的原材料、温度、含尘浓度、风管走向不同，所形成的磨损部位、程度也不相同。即使同一企业，相同 设备 ，相同原料，相同布置的生产线，叶轮磨损情况也不相同。普通叶轮用于水泥磨系统循环风机使用寿命最多3个月，少的1个多月就需要修补，根据我们多年跟踪调查与实践，生料系统循环风机叶轮磨损主要在叶片前中部和叶片与墙板根部，（图1）而水泥磨系统循环风机主要磨损部位在风机墙板与叶片根部及风机中、后墙板磨损。当叶片与墙板根部磨损到一定程度叶片就会与墙板脱离造成 设备 事故。（图2）此类事故在水泥企业并不鲜见。因此要有针对性的综合各个方面情况进行叶轮抗磨损改造来解决循环风机磨损问题，减少事故的发生。 ???? （1）、抗磨损方法： ???? 目前国内水泥企业对循环风机的抗磨处理一般采用以下三种方法。一是复合板材，抗磨性较好的是碳化?及up耐磨复合板。（图3）二是陶瓷片粘帖或镶嵌方法。（图4）三是焊接耐磨材料，耐磨焊条堆焊，耐磨粉块铺焊技术。（图5）我们还开发了耐腐蚀抗酸碱的搪瓷烧结复合叶轮。（图6）循环风机叶轮有F型双风道和F型单风道进风两种结构形式。在中盘或后盘焊接叶片。 ???? 下面逐一进行分析： ???? 1.1采用第一种方式制作叶轮。首先是复合板材的焊接问题，由于复合板材一面为普通钢板，可焊性较好，一面为高?合金，叶片与中、后盘的焊接只能采取大坡口单面焊接，焊接强度相对差一些。另一方面如中、后盘也采用高?合金板，根本无法焊接，这样就产生了叶片与中后墙板根部与叶片前端不耐磨问题。现在普遍采用在叶轮与中后墙根部与叶片前端在补焊耐磨材料。（图7）普通耐磨材料的抗磨损寿命在循环风机上的应用最长3个月，有的不足2个月，而循环风机叶片前端与中墙板焊接部位恰恰是循环风机最易磨损部位，且使用高?复合板其造价也相当的高。 ???? 1.2在叶轮易磨损部位堆焊耐磨材料中，有合金耐磨焊条、耐磨粉块等技术。基本采用人工焊接的方法，产生最大的问题是叶轮焊接耐磨层所引起的变形尤其是后盘和中盘的变形。人工堆焊耐磨层焊缝接口有一点堆焊不严，含尘气体就会很快将母材冲刷磨漏。另一问题叶轮焊接耐磨层部位粗糙不平，易挂灰，失去平衡，引起振动发生事故。（图10） ???? 1.3陶瓷片粘贴与镶嵌。镶嵌方式瓷片较厚。重量较大，直角接口或弯曲部分不易处理，瓷片接口不严很快将母材磨漏。相对讲陶瓷片粘贴方法从技术、材料、工艺比较成熟。首先，陶瓷是以氧化铝，氮化硅及其复合材料陶瓷为主的耐磨工程陶瓷，通过高强度有机或无机粘合剂粘附于叶轮表面而形成的耐磨层。其优点是硬度HRA大于84以上，耐磨性能极好，是普通碳钢百倍以上，质量较轻，粘结剂耐高温性能可达160度以上。其次可根据叶轮形状大小，工艺选择陶瓷片的大小、厚度、或异形件，可有针对性的对易磨损部位进行处理。（图8） ???? （2）经过多年的研究与实践及对以上各种方法的实验，我们认为只有针对性的来综合分析现场风机工况，灵活运用各种耐磨材料、耐磨技术，才能取得有效成果。下面讲一下实验与应用情况： ???? 2.1生料磨系统循环风机叶轮叶片中墙板与叶片结合部磨损的主要原因是由于进入风机粉尘浓度大，大颗粒较多，形成的冲刷磨损。对此我们曾采用过粘贴瓷片方式处理，由于含尘颗粒较大磁片受颗粒打击易碎裂、脱落，后采用高?焊条堆焊，由于叶面粗糙，挂灰，风机极易产生不平衡，而引起振动。现在我们采用了耐磨粉块铺焊技术及其他方法综合应用于生料磨循环风机叶轮及易磨部位取得了明显效果。某厂19.5D循环风机采用此种方式制作，使用三年仍然正常。某厂28F风机叶片及中墙板迎风面磨损严重，进风口、后墙等有少量磨损。叶轮下台后，我们采用耐磨粉块铺焊技术更换叶片，并采取了一定技术手段保证叶片不变形，对磨损部位进行了综合修复，使用两年后仍很正常，不但节省了大量资金且抗磨效果较好。山东某厂已开始采用此项旧叶轮修复技术应用其生料磨系统循环风机报废叶轮的修复工作。几年来的研究与应用，我们认为含尘气体内颗粒较大工况条件下，耐磨叶轮采用耐磨粉块铺焊技术是比较成熟可靠的，尤其是旧业轮的修复再利用。 ???? 2.2水泥磨系统循环风机抗磨损研究。我们先后采用了UP复合板制造叶轮，一是造价较高。二是某些关键地方的焊接由于材质不同，叶片与墙板根部磨损尚不能根本解决。（图12）耐磨焊条焊接，抗磨性好，同样由于材质的不同焊接出现裂纹，叶轮整体变形较大，用于修复旧叶轮，由于焊接应力过大，风机整体变形，开裂的情况时有发生。陶瓷涂料刷涂叶轮实验效果也不理想。陶瓷片粘结经5年多逐步开发、研究，目前所取得的成果相对比较成熟可靠。（图9） ???? 2.3水泥磨系统循环风机使用工况90-110度左右，粉尘浓度较高，但粗颗粒含量相对较少。因此瓷片不易发生冲击破裂。针对叶片与墙板根部易磨损，叶轮制造时根部有焊缝，陶瓷片粘贴无法粘严，造成瓷片冲刷脱落叶轮墙板与叶片根部磨损的问题。我们在叶轮制造工艺上采取了专有技术，使叶片与墙板根部成直角，烧制了专用陶瓷片，粘接时瓷片成交差排列，从根本上解决了这一问题。在叶片前端采用了U型带子口专用陶瓷件，提高了抗冲击磨损的能力。采用双组份有机或无机粘结剂并在粘贴前对叶轮进行除锈防锈处理，增强了陶瓷片与叶轮的粘合力。在不同部位使用不同的陶瓷件或采用耐磨粉块铺焊工艺，使循环风机叶轮的使用寿命有了稳定的提高，平均可提高三至五倍。（图11）此项技术2007年获天津市优秀质量攻关成果三等奖。根据我们的经验，制作时可制作一对，当一台发生瓷片脱落或其他故障时，及时更换，下台后重新粘补瓷片可有效提高叶轮使用寿命。 ???? （3）使用陶瓷耐磨叶轮注意事项 ???? 3.1采用耐磨叶轮前必须提供使用温度范围、含尘量、含尘颗粒大小及风机参数，以及易磨损部位，使用寿命，现场工况等详细情况，根据情况制定方案，不同部位采用不同耐磨材料，不同陶瓷材料及元件，综合进行设计、施工。 ???? 3.2使用过程中，加强检查，发现有磁片脱落要马上粘补，磁片脱落不及时粘补，含尘气体很快会将钢板侵蚀造成更大损坏。同时要特别注意风机管道、壳体内有无金属物脱落，若进入叶轮，会将陶瓷片打碎脱落，因此要特别引起注意。 ?????
莱芜钢铁股份有限公司炼铁厂为国内重要的钢铁生产基地。往年我国加进世贸组织，对我国钢铁行业冲击影响比较大，为了改变这一不利局面，我炼铁厂在1#、2#炼铁高炉的基础上，吸取了其中的经验，大胆革新, 投建了3#炼铁高炉。对于3#高炉风机除尘，我厂采用变频器进行调速。国内外生产高压大功率变频器厂家并不少，其装配形式有高---低---高、高---高两种。我们经过慎重考虑，优中选优，采用具有独立知识产权的山东新风光电子有限责任公司生产的风光牌JD-BP37-630F型高压大功率变频器，装配高―高形式, 对高压除尘630KW/6000V风机进行调速。该设备于2002年8月底开始安装调试，2002年9月初正式投进运行，运行状况良好, 节能效果明显。
一、 运行情况
1、变频器结构紧凑，安装简单。
由于风光牌JD-BP37-630F变频器所有部分都已装在盘柜里，不需要另外的电抗器、滤波器、补偿电容、启动设备等一系列其他装置，所以体积小，结构紧凑，安装简单，现场配线少，调试方便。
2、电机及机组运行平稳，各项指标满足工艺要求。
由变频器拖动的电机为湘潭电机厂于2002年8月出厂的三相普通异步电动机（6000V、630KW、80.8A、580r/min），在整个运行范围内，电机始终运行平稳，温升正常。风机启动时的噪音和启动电流非常小，无任何异常振动和噪音。在调速范围内，轴瓦最高温升答应65℃，实测10℃。
3、变频器的三相输出波形完美，非常接近于标准正弦波。
经过现场测试，变频器的三相输出电压波形、电流波形非常标准，说明变频器完全可以控制一般的普通电动机运行，对电机无特殊要求。
4、变频器运行情况稳定，性能良好,地沟送风。
该设备投运以来，变频器一直十分稳定，设备运行过程中，我厂运行职员对变频器输进变压器的温升、功率单元温升定期巡检，完全正常。输出的电流和电压波形正弦度很好，谐波含量极少，效率均高于97%，优于同类进口设备。
5、运行工况改善，工人劳动强度降低。
随着高炉炼铁生产线除尘的需要，调节高压除尘风机的转速，进而调节风机风量，达到除尘的效果，工作强度大大降低。
6、变频器操纵简便、易于把握、维护。
变频器的起停，改变运行频率等操纵简单易行，我厂职员经过半个小时培训已全面把握。另外，变频器各种功能齐全，十分完善，进步了设备可靠性，也便于设备的维护和保养。
二、节电效果
该系统生产周期大约为1小时，出铁时间为20分钟，间隔约40分钟。系统配置电机额定电流为80.8A。根据试运行情况及其它生产线的实际运行情况预计该电机运行电流应在60A。以变频器上限运行频率45Hz时，电流为45A，间隔时间运行频率20Hz时，电流为20A，根据公式P= 3?U? I?cosΦ、η=（P工-P变）/ P工,节能效果明显，达到42.7%。
从三个月的运行情况来看，山东风光电子有限责任公司自行研制生产的JD-BP37型高压大功率变频器，运行稳定、可靠，简便实用，节能效果明显，改善了工作职员的工作环境，降低了值班职员的工作强度，并且变频器对电机具有保护功能，减少了维修用度，延长了电机及风机的使用寿命，给我们企业带来了比较明显的经济效益。
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