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第二节 风机对水泥生产能耗的影响 目前，在水泥生产中主要有三种类型的风机：离心风机、轴流风机、空气压缩机。空气压缩机，主要用于除尘清灰、空气炮助流、某些执行器或开关阀；轴流风机，主要用于冷却设备表面（如回转窑），以及某些场合的通风；直接用于工艺运行、而且是能耗大户的主要是离心风机，这里重点关注离心风机。 离心风机主要从其驱动电机获得能量，而后通过旋转的叶轮将动能传递给气体，以维持气体按预定的程序在工艺过程中流动和做功，其表象是将空气吹送进系统或将气体甚至固体颗粒一起带出系统。 1、风机的特性曲线 每台风机都有自己的特性曲线，即风机压头与体积流量的关系曲线，如图19-05所示。当风机压头等于系统的压头损失（压降）时，系统达到一个平衡状态。风机特性曲线与系统压降曲线的交点即是风机在该系统的工作点，系统的压头损失就是系统压降，系统压降是超不过风机特性曲线的临界点的。
在实际应用中，风机的特性曲线不是一成不变的，会随着风机转速、风机进口阀门开度、气体温度及密度而变化，理论上系统的压头损失等于风机提供的功率，参见图19-06。 由图19-06可见，若风机转速变化（图19-06a），或风机进口百叶阀开度变化（图19-06b），风机运行点将沿着系统压降曲线移动；若气体温度或密度发生变化（图19-06c），风机特性曲线以及系统压降曲线将被改变。 对于固定转速的风机，当进口百叶阀开度从100%关至60%，按照风机的特性曲线，风机的压头将增大、体积流量随之减少；但作用于系统的压头不变，仍然等于系统阻力，系统的体积流量与风机流量等量减少。 这是因为风机在克服系统阻力之外，关风门产生的压降（ΔPd）也需要风机克服，系统阻力与阀门阻力两者之和等于风机压头。这就是用调速装置来调节风机流量而不用阀门调节的原因，以此避免关阀门造成的能量损失。
2、如何消除实际运行与设计的偏离 本章开篇讲到，风机在选型时就考虑了特殊工况的最大需求，而且还留有一定的保守富裕；在生产过程中，由于受多种复杂因素的影响，其实际运行负荷与风机的固有特性偏离较多，一般都有约15％～30％的节能空间。 那么，如何消除或减小这个偏离、减少能耗浪费，让其更符合实际需要呢？对一台已经在用的风机，在其使用能力（全压和风量）能够满足系统需要的情况下，需要调整的主要是风量，而且一般是减小风量。 风量和风压是沿着风机固有的特性曲线运行的，需要指出的是，风机在其特性曲线上的不同点运行，其效率是不一样的。特性曲线在其最大效率点附近有一个可以接受的“经济使用范围”，出了这个范围就会导致风机运行效率的过度下降，增大不必要的浪费。举例说明，某风机的特性曲线如图19-07所示。
满足生产需要、减小风量的办法主要有三种：① 在风机的进风口设置调节阀，② 给风机配置调速系统，③ 改造或更换风机。那么，这三种方法哪一种更合理呢？在具体的决策过程中，不仅要考虑节能效果的对比，还要考虑不可回避的投资问题。 （1）在风机的进风口设置调节阀，通过增加风机的工作压力，使其沿着特性曲线降低风量，这是最简单、也是早期最常用的方法，如图19-06b所示。这种方法是人为的给风机增加系统以外的负荷，增加的这部分负荷对于系统是没有意义的，没有意义的负荷就是一种浪费，所以就有了调速和改造两种措施。 （2）就调速与改造对比，调速虽然不会降低风机效率，但也不会增大风机效率，只能提高风机的系统效率，而且投资较大、自身还要耗电、使系统复杂化、增加了维护维修费用；改造或更换更接近实际工况的风机，不仅投资较小、系统简单、不增加维护维修费用，而且在提高系统效率的同时，还可以顺便采用更新的风机技术、提高风机本身的效率。 3、风机的效率诊断 工艺风机是水泥厂的第二大功率消耗设备群，如果要节电，就不但不可回避其存在的问题，而且应在专家的帮助下积极的去发现问题和解决问题。只有进行定期的检测和评审，尽最大努力掌控风机效率及其系统效率，并与基准风机效率进行比较，才能及时的发现问题和采取措施，避免不必要的能源浪费。水泥厂的风机效率基准值见表19-02。 3.1 影响风机效率的主要因素： ●设计/制造阶段：风机壳体的设计，风机进风口、风机叶片的设计与机加精度，电驱动方式（电机和调速装置）； ●生产运行阶段：风机转速，叶轮上的灰尘沉积，风机壳体的损坏或变形程度，风机（即叶轮）使用时间，叶片尺寸的修改（有时改短或有时加长），性能曲线的运行工作点。 3.2 离心风机的运行规律（风机定律）： ●体积流量的变化与风机转速成正比； ●风机压头的变化与转速的平方成正比； ●风机功率消耗的变化与转速的立方成正比。 对于一定的技术水平和制造能力，在一定范围内制作的同类风机，其固有特性存在如下关系，详见表19-03所示。需要指出的是，由于功率是风量与风压的乘积，三者都与转速成正比关系，所以风机转速的改变，不会导致风机效率的改变、或改变得很小，这是风机调速节能的前提和基础。 表19-03 风机的Q、H、N及η与ρ、n及D的关系
H--风机产生的风压，这里指全压，Pa N--风机的有效功率，称轴功率，kW D--风机叶轮外径，m n--风机转速，r/s η--风机全压效率，% ρ--空气密度，kg/m3 3.3 风机的系统效率与诊断 风机系统的总效率不仅与风机有关，它还包括风机的驱动系统和风机所在的工艺系统，对这一点儿必须有一个清醒的认识。否则，想把有关风机的总电耗降到最低也是不可能的。 风机系统的总效率＝风机自身效率×风机驱动效率×工艺系统效率 风机自身效率和风机驱动效率，与选配购置的设备特性和安装质量有关，在安装调试完成后只能降低、不可能提高，在运行维护良好的情况下能基本保持不降低或少降低；而工艺系统效率则不同（如预热器系统），除部分取决于初始设计和安装施工外（旋风筒、内筒、连接风管等的），还与系统的使用和维护有关（如系统的温度、固气比、漏风、结皮等），不可忽视了这一块儿。 因此，要想把风机用好，就要定期的对风机系统进行全面的诊断，对风机系统效率的诊断流程如图19-08所示。 图19-08 风机系统效率诊断流程 |
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