除尘风机选型的探讨

摘要：除尘风机、电机选型的探讨

关键词：除尘 风机选型

摘要：我国大气污染问题的日益严峻，如何进一步降低电力、冶金、化工、水泥等行业的污染物排放成为当前重要的研究课题。本文就钢铁冶炼领域内除尘系统的设计原则进行了初步阐述，着重探讨了除尘风机及配套电机的选型步骤及影响因素。

关键词：除尘系统；风机；选型

中图分类号：TU834文献标识码： A

Abstract：Atmospheric pollution is one of the significant issues in China and has been given sufficient attention recently. How to reduce particle emissions to the lowest level in industrial fields of power generation and metallurgy, etc. has been regarded as the top research topic. In this thesis, design method of dust collection systems for iron and steel companies was studied in the first. Collection fans and motors was then investigated in detail regarding selection procedures and factors that should be taken into account in this process.

Key Word：dust collection systems；fan；type selection

1、前言

当前，我国大气污染形势十分严峻，雾霾天气频繁出现，工业生产领域的大气污染成为众矢之的，特别是电力、冶金、化工、水泥等行业的大气污染。同时，政府和民众对于大气污染也越来越重视。近年来，各行业更加严格的污染物排放新标准陆续颁布，史上最严的环保法也出台，政府、企业都加大了对大气污染治理的环保设施的投入，包括新建配套的除尘净化设施和对现有除尘净化设施进行改造。

除尘系统对大气污染物的排放控制和企业员工工作环境的改善起到了显著的改善作用。由于工业企业产尘的生产环节非常多，配套的除尘系统也很多，除尘系统的能耗也相当大。据统计，钢铁工业中炼钢单元的除尘系统能耗约占到整个炼钢单元能耗的10~15%。

除尘系统设计应合理，满足产尘点捕集效果好和排放达标两个基本目标的同时力求配置合理、节能。影响以上目标因素众多，包括除尘工艺、产尘点风量、管网布置、除尘设备、除尘风机等。

对于除尘系统的设计流程如下：

各尘源点排风量确定除尘点工作制度确定除尘管网设计系统风量、压力损失的确定主要设备的选型校核

除尘风机的正确选型则是其中非常重要的环节，直接影响系统运行和除尘效果。但在设计中，经常发生风机能力富余过大，增加能耗或风机能力不足，不能保证除尘效果等情况。本文着重就除尘系统风机、电机的选型过程中的一些要点进行相关探讨。

2、除尘系统的确定

2.1 除尘系统工艺的确定

除尘系统按其规模和配置特点，可分为就地除尘系统、分散除尘系统和集中除尘系统三种类型。设计中应根据生产流程、工艺设备的配置、厂房条件和除尘排风了的大小等因素，分别选用。对于大型企业，采用处理能力大、净化效率高、自动化水平高、粉尘易统一处理和回收利用的集中除尘系统越来越多。

除尘器可根据烟气、粉尘性质采用干式或湿式，有条件的情况下优先选用干式、袋式除尘器。根据粉尘入口浓度和净化效率，可选用单个除尘器或多个除尘器的组合。为减少粉尘对风机的磨损，延长风机寿命和粉尘的有组织排放，多采用负压除尘系统，较少采用正压除尘系统。

2.2 尘源点排风量确定

尘源点排风量的准确计算是相当困难的，设计中通常也只是一个估算值。多年来的除尘设计积累了很多经验数据和计算方法，用于各类尘源点的排风量的确定。

排风量可通过以下方法确定：

1）工业炉窑生产产生的烟气量可通过炉窑中的物理化学反应计算得到。同时考虑烟气出炉口后引入的外界空气量及后续反应对烟气量产生的影响。

2）按设备规定或经验数据来确定，如破碎机、振动筛等。

3）按物料诱导和保持罩内负压确定，如胶带机、料仓等。

对于需要与外界空气发生化学反应而产生的排风量（通常工业炉窑就是这种情况），如是发生在高海拔地区，应对烟气量进行修正。例如：根据文献【1】，转炉的烟气量与当地大气压力密切相关，同样条件下的转炉，由于当地大气压力不同的原因，拉萨的煤气鼓风机前烟气量是上海的2.39倍。

另外， CFD技术也逐渐应用到烟气量的仿真计算中【2】，使得排风量的确定更为准确，捕集效果更具可预见性。

2.3 系统风量、压力损失的确定

各尘源点排风量确定后，应根据系统管网的布置确定除尘系统的风量、压力损失。

系统风量确定应考虑如下因素：

1）对于不同时工作的除尘点，如采用阀门进行切换，应附加不工作除尘点的阀门漏风量（10%~15%不工作点排风量）。

2）管道的漏风量。应通过合理选择风管材料及风管制作工艺，控制风管漏风量，风管的漏风率不应超过3%。这个需要设计和施工安装质量来保证。

3）除尘器前其它设备的漏风量。

系统管网应根据工艺及建构筑物的布局来布置，不应影响工艺操作，同时根据输送粉尘需要的流速来确定管径。

系统阻力损失确定应考虑如下因素：

1）压力损失可通过管道阻力计算表或计算机仿真得到。

2）各环路的压力损失应进行水力平衡计算，各并联环路压力损失的相对差额，不宜超过10%。

3）对于大型枝状管网，通常通过调整管径很难达到上条要求的数值，可在风阻力小的支路上设调平衡用的阀门。

4）系统各设备的阻力损失。对于袋式除尘器，考虑到目前多数运行参数，压力损失可按2000Pa考虑。

3、风机、电机选型

除尘器应根据系统风量、烟气和粉尘性质、进出口浓度要求进行选型。通过合理选型，依目前技术水平都应能达到排放要求。

风机的选型则存在风量、风压随意附加，不节能或风机超电流、不能达到设计转速运行、风量不够、除尘效果差等情况，因此设计人员应引起重视。

对于大中型除尘系统，除尘风机通常是非标设计，由设计人员提供风机入口工况风量、入口压力、出口压力、入口烟气密度、入口温度等参数，风机厂进行选型，因此风机选型相关参数的确定应力求准确。

3.1 风机选型参数的确定

风机入口风量应为工况风量，也可以提供标态风量、温度、压力等参数。

风机入口风量=系统风量+设备的漏风量

按规范要求，脉冲袋式除尘器的漏风率不小于4%。

风机全压应根据管网阻力确定，同时还应在系统计算的压力损失上附加10%~15%，且应标明风机入口压力和出口压力。

对于风机转速选择应兼顾成本与运行安全，因为除尘系统通常是全年不间歇的运行。转速提高，减少风机的尺寸，节约成本，但是容易引起轴承振动增加，风机运行的可靠性降低。

对于风机选型还应注意以下问题：

1）风机的设计工况效率，不应低于风机最高效率的90%。这点对工况比较稳定的除尘系统容易实现，对需要调速和除尘点切换的除尘系统可能不能满足。

2）当选用液力偶合器进行调速的风机，应考虑液力偶合器3%左右的滑差率对实际出力的影响。因此风机参数应适当提高。

3.2 电机的选型和校核

电机的功率按风机风量、全压并结合风机效率、风机传动效率进行选型。

当采用定转速风机时，电机功率应按工况参数确定；当采用变频风机时，电机功率应在100%转速计算值上再附加15%~20%。

电机实际出力主要受输送介质的密度影响：当密度小时，风机压力小，电机出力小；当密度大时，风机压力大，电机出力大。当输送非标准状态空气、尤其是输送高温介质时，按高温参数选配的电机，当在冷态运行时，由于输送介质密度增大，风机压头增加，电机出力增大，可能产生电机过载现象，因此必须对风机电机功率进行校核。实际运行中，经常发现因电机超额定电流，风机入口阀不敢完全打开、风机转速不敢提到设计转速等情况，导致达不到设计工况，除尘效果差。另外，冶金工厂内的除尘风机经常用于排除有温度的介质，很多设计人员在风机选型时，往往习惯将介质的温度提的很高，使风机常常在低于设计温度的状态下运行，这样会导致风机的选型过大，除了增加风机本身的制造成本外，也会导致电机电流高于设计值的情况，不得已减少入口阀的开度或者降低风机的转速，严重影响风机的抽尘效果。

当在高海拔地区（海拔1000m以上）时，对电机的选用和校核更为复杂。高海拔地区的电机选用应考虑以下因素：

1）海拔高度每升高1000m，相对大气压力大约降低12%，空气密度降低约10%。空气密度降低，可降低输送常温介质实际需要的电机轴功率。

2）随着气压的降低，空气密度相应减小，致使散热能力下降，导致以自然对流、强迫通风或空气散热器为主要散热方式的产品温升增高。一般情况下，电机在海拔0～5000 m范围内，气压每降低12%（相当于海拔升高1 000 m）其温升增高3%～10%。 电机温升增高要求增大其空气绝缘间距，即可能需要提高其绝缘等级，如从F级提高到H级。

3）电动机温升与环境温度的关系【3】

电动机温升限度的递增值与使用地点环境温度的递减值有如下关系：

(1)当电动机的温升能满足时，电动机可按铭牌规定的额定功率运行。

式中：h――使用地点的海拔高度，m；

Q――海拔高度每增加100 m影响电动机温升的递增值，Q＝0.5 ℃；

t――使用地点的实际空气温度，℃。

(2)当时，电动机允许极限工作温度每超过1℃，要降低额定功率1%使用。

4、结论

通过对除尘系统设计，风机、电机选型过程的分析，得出以下结论：

1）除尘系统风量、压力损失应进行合理附加；

2）风机应按入口工况风量、入口压力、全压、入口温度等参数进行选型；

3）电机功率应进行校核。电机实际出力主要受输送介质的密度影响：当密度小时，风机压力小，电机出力小；当密度大时，风机压力大，电机出力大；

4）当在高海拔地区使用时，电机选型应结合介质密度、环境温度、电机温升等综合考虑。

参考文献：

[1] 赵运廷，王金凤. 大气压力对转炉炼钢一次除尘系统煤气鼓风机选型的影响[J]. 河北冶金. 2013，3: 11-14页；

[2] 陈君，代洪浪，李治友. CFD在转炉二次除尘系统设计中的应用[J]. 第5届中国金属学会青年学术年会论文集. 2012: 395-398页；

[3] 唐延福. 高海拔地区供、用电设备的选择[J]. 新世纪水泥导报. 1999，1。