離心風機是一種依靠輸入機械能(氣體進入旋轉的葉片通道,在離心力的作用下被壓縮并跑向葉輪外緣)提高氣體壓力并排送氣體的機械,廣泛運用于水泥生產線各需要空氣動能的領域,在水泥工業生產中扮演著十分重要的角色,離心風機在使用過程能耗高,屬于大型高耗能機械。
國家在“十一五”期間提出了節能減排政策措施開始,到“十三五”期間國務院印發的《十三五”節能減排綜合工作方案》。節能降耗已經成為近些年來水泥生產中的重點改進方向。而離心風機的能耗在整個生產能耗中占比極大,從而離心風機的降耗改造工作成為了工作重心。
傳統離心風機運行能耗太高最主要的原因是風機實際運行效率偏低。離心風機運行效率低下主要是因為一下兩個方面的原因:
一、風機的設計與制作
1、氣動模型老舊
風機設備生產廠家氣動模型老舊,本身設計效率偏低。
風機的氣動模型基于自身動力學方程與運動學方程,描述了其姿態、速度、位置等運動參數與風機葉輪氣動參數之間的關系。并直接決定了風機運行效率。
建國初期我國工業基礎薄弱,風機行業作為新生行業同樣不例外,為了滿足市場需求我國風機設備生產廠家的氣動模型主要引進于國外企業的淘汰品類,而我國的經濟形勢造成了大部分風機生產企業一直使用這些老舊落后的氣動模型進行初始設計。沒有對模型進行更新升級,本身設計效率偏低。
2、系列型譜不全
型譜數據稀少,多采用替代模型設計,設計時就已經存在偏差。
所謂型譜(圖1為鍋爐引風機系列型譜)是對于不同的風機運行參數有對應模型機與之對應,這樣才能保證風機的設計符合風機的實際工況。若找不到相對應的風力模型,風機設計就沒有理論數據支撐。一般的風機廠家會選擇在相近的風力模型中進行替代設計,實際運行工況與設計工況有較大的偏差。導致風機實際運行效率偏低。
圖1
3、制作加工精度
行業傳統制作加工精度不足,累計誤差較大,產品不能達到設計要求,導致實際產品運行工況偏離設計工況,風機運行點偏離設計高效點。
離心風機主要制作工序流程為:下料、成型、鉚接、焊接、熱處理、校正、機加工、裝配、外觀處理。在風機設備生產制作過程中每一道工序都存在著制作誤差。
風機生產廠家的制作加工精度決定了實際產出的產品與產品設計要求的符合度。
傳統制作模式中由于制作工藝落后、生產設備陳舊等因素的影響較大成品誤差,而行業內生產廠商多沿用傳統的生產工藝、設備更新滯后導致實際產品與設計要求相差甚遠,風機運行效率遠遠達不到設計效率。
4、生產線建立時原始風機設計富余量過大
在生產線建設初始設計時為了保證生產系統能正常運行,設計單位會對所有設備的設計參數留有一定的富余量。
而風機設計參數余量系數過大,則實際運行參數遠低于設計參數。下表為6000t/d產量規模的水泥熟料生產線(窯尾高溫風機以及生料磨循環風機)原始設計參數與實際運行參數對比:
我們通過大量的風機測定數據統計分析,實際風機實際運行參數均遠遠小于設計參數,嚴重偏離風機高效運行區間點。
以福建塔牌水泥有限公司(該公司擁有2條5000T/D水泥熟練生產線)為例,實測2#窯尾高溫風機風量為680000m³/h,遠低于額定風量860000m³/h;該公司1#生料磨循環風機每小時實測風量為620000m³/h,遠低于額定風量860000m³/h。風機嚴重偏離設計額定工況點,風機運行不在高效的運行區間。
5、系統管網設計不合理
系統管網設計不合理,導致系統阻力增加,從而直接導致風機偏離實際設計工況點(如圖3)。
部分生產系統初始建造時由于資金或建造面積等客觀因素的影響,基于當時的生產工藝設計時造成管網布局不合理,系統阻力增大;部分生產系統則是因為生產工藝的革新,在后續改造過程中造成了管網系統布局不合理,系統阻力增大。
二、風機的運行與維護
1、調節方式不合理
出于成本考慮,部分企業采用進口風門方式進行風機的流量調節。
調節風門本身就有壓力損失,即使在調節風門全開的情況下系統阻力依然有一定數值的增加,而采用調節風門作為調節手段,大部分情況下調節風門是未全開的,這種情況下系統阻力的增加量極大。
并且部分劣質風門在使用過程中出現風門葉片內部變形,增加系統阻力的同時,還導致風機進口流場紊亂,流體進入風機葉輪角度嚴重偏離原始設計角度。
對于還在使用進口風門調節,且風門開度較低的廠家建議將風門更換變頻器調節。以衡陽紅獅水泥有限公司為例,2016年實測該公司生料磨循環風機風門阻力為900Pa。在去掉風門,改用變頻器調節方式以后,風機每小時運行功率降低500KW,同時震動大幅度降低。
2、現場安裝施工不達標
嚴格意義上講風機設備的現場安裝才是風機設備的最后一道裝配工序。部分相對尺寸精度要求較高,需要嚴格按照設計要求進行裝配安裝。現場安裝施工不達標,達不到設計尺寸要求,同樣會影響風機的實際運行效率。
現目前大多數企業都是采用的外協施工單位進行設備安裝,而大部分外協施工單位并不是專業的風機安裝隊伍,如果又遇到用戶企業和設備廠商在安裝過程監管不到位,驗收不嚴格。就會出現安裝誤差。
例如葉輪進口與進風口集風器的間隙尺寸要求。這一配合尺寸需要根據風機的實際運行環境,考慮到熱變形量的影響,計算出嚴格相對位移量,才能確定冷態安裝時的間隙尺寸。然而很多安裝隊伍、用戶企業和設備廠商僅僅以互相之間不擦殼為標準進行要求和驗收。這種情況下設備正常運行時此間隙尺寸與設計時偏差太大,會造成風機內部流體型線改變、葉輪內外兩個區域的竄風等問題,影響風機實際運行效率。這樣的配合尺寸還有很多如轉子的水平度、轉子與殼體的垂直度等。
3、檢修不及時、運行管理不到位
漏風、堵塞:由于自然損耗的影響,會出現管網大量漏風。從工藝角度來說,這本身就是增加了離心風機的無用功;管網堵塞、積灰的道理同第一點第五條。
磨損:特別是高溫或者粉塵含量較多的環境中,很容易出現風機進口集流器以及葉輪的磨損。使用廠家不及時檢查,對于磨損部位不能及時檢修,導致風機內部流體型線發生變化,內部密封性能破壞。特別值得注意的是風機進口集流器,一旦磨損,流體在風機內部做內循環,大大降低風機實際運行效率。
形變:形變主要是發生在高溫環境下,風機設備由于材料選擇出現熱變形的情況,某些地方發生相對位移,很多配合尺寸發生改變。后續檢修中沒有考慮這一因素,導致形變越來越大。影響風機實際運行效率。
建議按計劃及時排查管路系統和離心風機零部件,并徹底修復堵塞、磨損部位,周期性請風機廠家對離心風機進行專業的性能評估。
總結:企業的主體是人,節能減排的主導也必須是人,節能減排必須從每一個基本的點來抓起。是的,要想使我們生活在一個美妙而和諧的世界,我們不僅只是認識到環保的重要性,更要付諸于行動。
風機運行效率提高是一個值得關注的話題,期待有更多行業革新及開拓的領域,促進行業發展。