电解铝净化排烟通风机的节能研究 车战军 青海黄河水电在生铝业有限公司 ［摘 要］本文针对电解铝行业900kW排烟通风机目前靠调节风门开度来节能的现状，从风机和管道的固有特性方面对节流调节和变速调节做了详细的分析和比较，得出风机变速调节能够产生明显节能效益的结论。文章对900kW排烟通风机采用变速调节后的能源节约量进行了详细计算和比较，并对实际节能效益进行了定量的计算，选择了变频调速作为此风机变速调节的主要方法。 1引言 电解铝生产过程中排出的烟气含有有害物质，其中主要为氟化物和氧化铝粉尘，为了防止这些有害物质造成的污染，需将这些有害气体和粉尘集中进行净化处理，使烟气中的有害物质排放量达到国家要求的排放标准。离心式排烟通风机是烟气净化系统中的关键设备之一，目前有些大型电解铝企业的净化系统配用900kW异步电动机来驱动离心排烟通风机，运行时能耗较高，启动时对电网冲击较大。 电能在铝冶炼行业的生产成本中占到了30％以上，排烟通风机在设计选型时会根据现场的实际情况留出一定的风量裕量。一般情况下企业可以采用节流的方法来调节风量，从而达到节能的目的。某企业在实际生产中可以将900kW排烟通风机的入口风门开启到60％左右，电机电流72A，此时电解车间的烟气量和净化效率刚好能满足生产和环保要求，是节能与净化的一个临界点位。 众所周知，节流和变速是风机的两种不同的节能方法，目前所采用的节流节能虽然方法简单，基本是零投资，但其节能效果比较差。可以考虑采用风机变速的方法来达到节约电能的目的，但变速节能比节流节能的效率能高出多少？采用什么样的变速方法来节能？项目投资回报期怎样，是否经济？这些都是本文要计算和研究的主要问题。 2风机的基本特性和变速节能原理 2.1 风机的基本特性 2.1.1 风机的基本参数 风量Q： 表示单位时间内流过风机的空气体积，其单位为m3/s 、m3/min 或 m3/h。 风压H： 表示当空气流过风机时风机给予空气的总压力，它是由静风压 Hs 和动风压Hd 组成，其单位为Pa 或 Mpa，总压力的公式为H=Hs+Hd。 轴功率Ps： 为风机工作时有效的总功率，其单位为kW ，计算公式Ps = QH/1000，如果风机的风压是以有效静风压Hs 表示时则轴功率为Ps = QHs/1000。 风机本身的效率ηd： 风机轴上的功率因有部分损失而不能全部传递给空气，它是评价风机工作优劣的主要指标之一。 电动机功率Pm： Pm = QH/(1000·ηc·ηd),其中ηc 为传动机构的效率，直接传动时ηc = 1.0，皮带传动时为0.半岛平台9～0.95，齿轮传动时为0.9～0.97。 总效率 η=ηc·ηd 2.1.2 风机的工作特性 风机的工作特性可以由H-Q 曲线来表述，H-Q 曲线是表示转速恒定时风压H 与风量Q 之间的 特性关系如图1所示： 图1中，当风机运行在A点时所需的轴功率P=QH/1000 (kW)，即图中阴影AHA0QA的面积，原动机（电机）的功率：Pm = QH/(1000·ηc·ηd)。 在实际计算中，如果对H和Q分别相对于额定量取标幺值，在相似定律成立的条件下，当风机运行在额定点时H=1，Q=1，则H-Q曲线近似满足H=A-(A-1)Q2的关系。A表示Q为0时对应的风量，一般取A=1.4p.u，如图2所示。 2.1.3 管网的风阻特性 管网的风阻特性表示当管网的阻力R保持不变时管网的通风阻力h与风量Q 之间的关系特性，可如图3所示，其特性由h = RQ2来决定。 2.1.4 风机的比例定律 风机的比例定律是：风机的流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，功率与转速的立方成正比。 其关系式如下： 或 Q 或 H 或 N(N为轴输出功率) 因此有,也就是说风机功率与H-Q（图1）上原点和H=?(Q)曲线上工作点所确定的矩形面积成正比。 2.2 风机的节能方法和节能原理 2.2.1风机在工作过程中的功耗 风机在工作过程中的功耗有： 电动机的轴功率 线路的损耗 控制装置的损耗 机械损耗 2.2.2 风机的基本节能方法 减少运行时间 合理地选型配套 采用高效率的风机和设备 满足同样风量的情况下减少通风管网的空气阻力 采用变速控制方式，减少节流损失 2.2.3 风机变速节能的原理 节流节能主要指的是调节风机的节流阀（挡板），他是靠改变管路阻力特性曲线来调节的，节流阀可增大管路阻力，减少流量。这种调节方法是很不经济的，人为地增加管路阻力，就增大了管路损耗，因此流量降低之后功率下降不明显（这一点在本文后面的分析计算中会具体说明）。 风机的原动机变速不仅能够代替阀门的控制作用，而且能够减少管路、阀门的压力损失，在某种情况下还能改善机组性能，大大提高整个机组的效率。因此，在需要调节流量的场合，变速调节是节能的一项有效途径。 如图4所示，风机原来运行在特性曲线上的额定值A点，此时管路的阻力为R1。当调小风门时速度没有改变，系统阻力曲线，系统工况由A点转到B点来运行，显然由B-HB-0- QB所包围的矩形面积并没有比由A-HA-0- QA所包围的矩形面积增加多少，亦即节流调节后能源的节约量并不显著。 如果采用变速的方法，将风机原动机的速度由n1降低到n2，特性曲线，系统工况由A点转到C点来运行，显然由C-HC-0- QB所包围的矩形面积比由B-HB-0- QB所包围的矩形面积减少很多，H=HB-HC，节能效果十分明显，经济效益可观。根据风机的比例定律，功率与转速的立方成正比，假如转速n2/n1=0.5，则轴功率PC/PA=0.53=0.125,也就是说节能效率为87.5%，当然转速降低时风机效率也会有所降低，同时还应考虑控制装置的附加损耗等影响。 由以上分析可知：变速调节比节流调节具有更好的节能效果，变速调节利用改变性能曲线来改变工作点，变速中没有附加阻力，是比较理想的一种调节方法。 3排烟通风机变速节能计算 3.1排烟通风机技术参数 电机参数： 型 号 YKK710-8 额定功率 900kW 额定电压 6.0kV 额定频率 50Hz 额定电流 108A 功率因数 0.867 额定转速 723r/min 数 量 2台 运行方式 2台同时运行，全天24小时不间断运行。 启动方式 直接启动 风机参数： 型 号 Y4-73 NO29.5 额定流量 554800m3/h 额定

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