炭素生產(chǎn)除塵系統(tǒng)節(jié)能控制方案探究

李永平

（山西宇通碳素有限公司，山西 晉中 030600）

炭素企業(yè)在生產(chǎn)過程中不免會產(chǎn)生大量的粉塵污染，除塵系統(tǒng)伴隨著整個工藝生產(chǎn)流程，因此除塵設(shè)備是必不可少的。其工作原理就是利用引風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓通過管道把生產(chǎn)中產(chǎn)生的粉塵吸引過來，再經(jīng)過旋風(fēng)收集器和布袋過濾器把粉塵收集起來，而使風(fēng)機(jī)排出的尾氣達(dá)到所要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。

伴隨粉塵治理的要求不斷提高，為保證除塵效果、降低有害粉塵對環(huán)境的污染，除塵系統(tǒng)的功耗也不斷增加。由此，如何減少能量損耗，降低除塵設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，成為炭素行業(yè)亟待解決的重要問題之一[1]。

1 除塵系統(tǒng)的能耗分析

除塵系統(tǒng)包括輸送原料除塵部分和鍋爐煙塵處理部分，一般由煙塵捕集罩、除塵器、管道和風(fēng)機(jī)等部分組成，其任務(wù)是將污染源散發(fā)的顆粒污染物捕集并送到除塵器凈化后達(dá)標(biāo)排放。

1.1 除塵系統(tǒng)的構(gòu)成、能耗及常規(guī)結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)分析

除塵系統(tǒng)一般由煙塵捕集罩、除塵器、管道和風(fēng)機(jī)等部分組成，其任務(wù)是將污染源散發(fā)的顆粒污染物捕集并送到除塵器凈化后達(dá)標(biāo)排放。除塵系統(tǒng)的能耗一般包括兩部分，一是除塵設(shè)備處理灰塵氣體的功率損耗，即處理所捕集的氣體和克服系統(tǒng)阻力所消耗的功率；二是系統(tǒng)附加能耗，如濕式除塵器循環(huán)供水消耗的電功率，布袋除塵器反吹系統(tǒng)消耗的電能，輸灰系統(tǒng)、電動閥門、煙氣加熱等消耗的電能等[2]。

很多企業(yè)常用的做法是給每一臺或每一組設(shè)備配備一套由風(fēng)機(jī)和除塵器等組成的除塵設(shè)備。這種結(jié)構(gòu)最大的缺點(diǎn)就是設(shè)備過于分散，不便于管理，而且還有很多的潛在浪費(fèi)，如設(shè)備已經(jīng)停止工作，風(fēng)機(jī)還在滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，從而造成大量的電能損失。

1.2 一種新設(shè)計(jì)方案的應(yīng)用實(shí)踐

當(dāng)前能源過渡消耗弊端日益顯現(xiàn)，可持續(xù)發(fā)展的理念已在全球廣泛提倡。在我國更是提出了“綠水青山就是金山銀山”的新 發(fā)展戰(zhàn)略思路。本文正是基于在電力能源節(jié)約方面的想法，結(jié)合我們多年的工作實(shí)踐，提出了一種方案：通過對除塵系統(tǒng)設(shè)備和工藝合理改進(jìn)，使之在保證環(huán)境保護(hù)的前提下，盡量減少電力浪費(fèi)，節(jié)約能源。以下就是此方案的基本思路。

1.2.1 取消小風(fēng)機(jī)

原來小除塵器構(gòu)成的多點(diǎn)除塵系統(tǒng)，每臺或每組設(shè)備都要有除塵器、引風(fēng)機(jī)，造成占地面積大、運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備多、維修費(fèi)用增加，通過對生產(chǎn)所需風(fēng)量計(jì)算，選用功率比較大的風(fēng)機(jī)和過濾面積比較大的布袋除塵器，系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)口通過合適管徑的管道送到各個除塵點(diǎn)，同時在每個除塵點(diǎn)入口處安裝一個由氣缸控制的風(fēng)門，用于調(diào)節(jié)每臺設(shè)備的風(fēng)量。這樣就減少了設(shè)備臺數(shù)，便于管理。

1.2.2 根據(jù)流體力學(xué)理論，自動和智能調(diào)節(jié)風(fēng)量和風(fēng)門

新方案對于整個系統(tǒng)的控制由“PLC+觸摸屏+變頻器”組成，根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，自動調(diào)節(jié)風(fēng)量和風(fēng)門。設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，對應(yīng)的風(fēng)門打開，進(jìn)行除塵，同時主風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升。相反，設(shè)備停止對應(yīng)的風(fēng)門關(guān)閉，主風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降。而且風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整量可以隨時根據(jù)工藝的變化進(jìn)行調(diào)整。

根據(jù)流體力學(xué)理論，風(fēng)機(jī)軸功率計(jì)算公式為：

式中，Q-風(fēng)量m3/h，H-風(fēng)壓N/m3，η-風(fēng)機(jī)效率

由式(1)可見，風(fēng)機(jī)軸功率與風(fēng)量Q成正比，風(fēng)量是受風(fēng)門開度影響的，在滿足使用要求情況下適當(dāng)調(diào)節(jié)風(fēng)門開度，可以減小軸功率。

其中?——空氣密度 kg/m3;C2U——出口扭曲速度 m/s

由上式可見，對于同一臺風(fēng)機(jī)其風(fēng)壓和轉(zhuǎn)速的二次方成正比。

2） 兩臺同類型通風(fēng)機(jī)的流量之比為

由此可見，對于同一臺風(fēng)機(jī)，其流量與轉(zhuǎn)速成正比。

3）在相似工況下，η=η'，并把公式（2）和公式（3）代入公式（1），得到兩臺相同風(fēng)機(jī)的軸功率之比為從上述分析可以得到這樣的結(jié)論，風(fēng)機(jī)負(fù)載所需的功率與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比。在保證生產(chǎn)工藝要求的前提下，采用變頻器降低電動機(jī)轉(zhuǎn)速，可以節(jié)約不少電能消耗。同時通過自動控制系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況打開或關(guān)閉相應(yīng)的除塵閥，也能避免不必要的風(fēng)力損耗，從而改善除塵效果，提高整個系統(tǒng)工作效率。

該方案在山西宇通炭素公司實(shí)踐運(yùn)行三年多，取得很好的效果，既能滿足生產(chǎn)要求，又節(jié)省了大量的電能。在該公司老廠原料車間生產(chǎn)線上，除塵器和配套風(fēng)機(jī)大大小小十余臺，電動機(jī)規(guī)格從18.5～37kW不等。而且比較分散，管理十分不便，每天浪費(fèi)電能1000多度。以平均電價0.5元/千瓦時估算，一個月?lián)p失1.5萬元。

在2016年公司異地?cái)U(kuò)建項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)和建設(shè)一改以往的思路，秉承節(jié)能降耗的理念，除塵系統(tǒng)采用新方案并取得了積極成效。還以原料車間舉例：取消大大小小不等的除塵器，只裝一臺過濾面積為 700 平方米的布袋除塵器，配套風(fēng)機(jī)電機(jī)功率110kW。安裝了由PLC等組成的自動控制系統(tǒng)，科學(xué)合理地控制電動機(jī)運(yùn)行速度和運(yùn)行工況。此電機(jī)最大工況時運(yùn)行頻率50HZ，每班運(yùn)行 2小時。大部分時間其運(yùn)行平均頻率僅35HZ，相比較盲目的滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，電能消耗節(jié)約40%，同時設(shè)備的損耗隨之降低，維修投入也隨之降低。

在該公司的中碎車間，按照設(shè)備分組，集中管理的原則配備有 6 臺 37kW的風(fēng)機(jī)，如果同時開啟的話總電流可達(dá)440A，每小時電耗 210kwh。通過新設(shè)計(jì)，設(shè)備開風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)，設(shè)備停風(fēng)機(jī)停；而且，設(shè)備開得多風(fēng)機(jī)就轉(zhuǎn)得快，設(shè)備開得少風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)得慢，避免了不必要的電能損耗，總運(yùn)行電流僅250A，電能節(jié)省30%～40%。工藝流程詳見圖1，除塵系統(tǒng)控制面板及控制用氣動蝶閥見圖2、圖3。

圖1 宇通炭素公司除塵系統(tǒng)工藝流程圖

圖2 宇通炭素公司除塵系統(tǒng)控制圖例

圖3 控制用氣動蝶閥3 結(jié)束語

綜上所述，一個好的除塵系統(tǒng)除了能滿足生產(chǎn)和環(huán)保要求外，低能耗也是重要指標(biāo)之一。通過合理調(diào)整不同功率風(fēng)機(jī)的數(shù)量結(jié)構(gòu)，并采用智能系統(tǒng)調(diào)節(jié)風(fēng)量和風(fēng)門，就一定能減少能耗和設(shè)備維修維護(hù)費(fèi)用。經(jīng)過三年多的生產(chǎn)實(shí)際，新方案切實(shí)可行，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。