引言

在水泥生產工藝中，大量將鼓風機用于氣力輸送、高壓供風等環節，如均化庫底、煤粉輸送等，常用的高壓鼓風機一般是羅茨鼓風機，具有效率低、噪聲大、風含油、供氣不均、故障率高等缺點。同時鼓風機也是水泥生產環節最具節能空間的裝備之一，在工藝設計時一般按最大運行參數選型，其風壓與風量留有一定的富裕量，一般都有約15%~50%的節能空間。

氣懸浮高速離心鼓風機替代現有水泥熟料生產線窯尾、窯頭送煤及一次風系統羅茨風機是近年來采用的節能降耗技術措施之一，現將2500t/d生產線窯尾送煤替代羅茨風機試用效果進行總結，供同行業借鑒。

一、原有送煤羅茨風機配置及運行情況

HS公司2500t/d生產線建設于2003年11月，原窯尾分解爐送煤設備采用羅茨風機，生產過程中實際喂煤量在10t/h左右，其系統設備銘牌配置及實際運行參數情況見表1。

從表1參數分析，窯尾送煤羅茨風機按實際運行電流(84~86A)計算，實際運行功率在49.7~51.0kw之間，較設備原配置電動機75kW約有25.3~24.0kW能耗處于浪費狀態，傳動功率有效利用率在66.26%~68.0%左右，另外30%功率處于空負荷運行狀態。

同時羅茨風機在運行過程中存在以下問題：

羅茨鼓風機屬于定容式風機，電機轉速恒定，風量不變，需加裝變頻器才能調整風量，無論輸送物料多少，其風量恒定，物料輸送料氣比濃度無法改變；羅茨鼓風機屬于機械傳動，摩擦嚴重、故障率高。

現場運行的鼓風機使用多年，能耗高；設備潤滑油脂容易泄漏，造成現場環境污染和資源浪費；羅茨鼓風機噪音極高，污染嚴重。

二、采用氣懸浮高速鼓風機替代羅茨風機

經過充分比較論證，采用航天海鷹技術生產的氣懸浮高速離心鼓風機，替代現有生產線窯尾送煤系統羅茨風機。該設備采用空氣軸承，集成高速電機、航空三元流葉輪、矢量變頻、智能控制等關鍵技術，具有運行安全可靠、維護簡約、旋轉件無需液體潤滑等特點，節能率在25%以上。

2.1 空氣懸浮鼓風機的優勢

空氣懸浮離心鼓風機具有高效空氣懸浮軸承、永磁高速電機及變頻系統、航空三元流離心高精度葉輪、變頻驅動與自動控制五大核心技術，無需齒輪箱增速及聯軸器，由高速電機直接驅動，采用變頻器直接調速，鼓風機葉輪直接與電機相連，軸被懸浮于空氣軸承中。無物理接觸點和齒輪增速系統，故空氣懸浮鼓風機具有高效、節能、低噪音、運行可靠和長期無需維修保養的特點。同時，采用一體化緊湊型設計，集葉輪、高速電機、變頻器、空氣軸承及控制系統于一體，提高安裝、操作的便利性。

2.2 節能高效

空氣懸浮離心鼓風機采用永磁同步電機直聯高效三元流離心葉輪及空氣懸浮軸承技術，同時針對鼓風機專門研制矢量控制變頻器和控制系統，使節能性能發揮到極致。鼓風機根據輸出的風量(可調范圍40%~100%)自動調整轉速以減少電機功率，保持設備高效運行。

2.3 無振動，低噪音，無潤滑油，供風無污染

由于采用高速永磁同步直聯電機及空氣懸浮軸承技術，無復雜的增速齒輪及油性軸承，運行過程中高速旋轉的葉輪、軸與電機間不直接接觸，有效地避免機械接觸和摩擦。因此，除氣動噪聲外，設備本身噪聲非常小，距設備1m處檢測噪音<80dB(環境標準：85dB)；空氣軸承能在溫度-180～600℃的大范圍正常運行，對于在高速高溫環境下運行的高速電機而言，油性軸承系統的所有弊端已成功解決，無疑是最佳的選擇。

2.4 運行穩定，基本免維護

設備無傳統鼓風機所必需齒輪箱及油性軸承，故無需油路及水冷卻保養，屬于基本免維護的產品，日常運行過程中僅需根據系統提示更換進風過濾棉，單次更換時間僅需5min。空氣懸浮軸承的啟停次數達40000次以上，使用壽命>20年，確保鼓風機運行的穩定性。

2.5 運轉控制便利

系統可在HMI(人機界面)上對鼓風機轉數、壓力、溫度、流量等參數實施自檢，通過超負荷控制和防喘振控制等實現無人值守工作。可根據吸入空氣的溫度和壓力變化調整轉數，以實現流量自動調節。

三、氣懸浮高速風機設備選型

由于原羅茨鼓風機銘牌上的額定功率與實際運行功率存在一定的差別，如按照銘牌參數選型，則效率較低。因此需根據實際情況進一步優化，按照現有羅茨鼓風機實際運行產生的風壓及風量選型，故實際運行參數的正確與否對設備的選型至為重要。表2為選型參數配置表。

物料輸送料氣比參數：

(1)窯尾喂煤量：10.00t/h；

(2)氣懸浮風機流量：46.7Nm⁷/min；

(3)料氣比：10.00/46.7×60=3.57kg/Nm3。

四、氣懸浮鼓風機設備運行情況

窯尾送煤系統氣懸浮鼓風機設備試運行，于2022年3 月30日~5月17日，連續運轉48d；2022年5月17日啟動原有羅茨風機送煤，連續運轉5d。通過與原羅茨風機運行情況比較，將設備試用情況總結如下。

4.1 空氣懸浮鼓風機運行情況(見表3)

4.2 試用情況對比分析

通過對原有羅茨風機及氣懸浮高速鼓風機兩種設備，分別加裝同型號電能表(電能表型號：DTS858型；電流互感器型號：ZDKCT-45m，規格：200/5A，變比倍率：40)計量方式，實施同等條件計量措施實測運行過程中消耗電量計量比較。

(1)原羅茨風機運行數據實測1d電量(28×40)=1120kWh；

(2)現懸浮鼓風機數據實測1d電量(15×40)=600kWh；

通過計量統計，確認屬實每天節省13×40=520kWh 電量，每月520×30 =15600kWh；每年15600×7個月=109200kWh，按電費0.6元/kWh計算，年節省運行電費65520元，投資回收期1.95年。

(3)原有送煤羅茨風機價格：功率75kW市場售價在3萬元左右(不含變頻器)，每年維護、保養、換油等預計約2000元。

由于氣懸浮風機電器及旋轉部件都隔離在機身殼體內部，風機運行時操作人員無法接觸到電器及旋轉部件，安全性較高。

五、設備試用節能率計算過程

5.1 原羅茨風機運行情況

(1)運行時間：2022年5月17日至2022年5月22日，合計運行119.0h。

(2)運行參數情況(見表4)。

5.2 氣懸浮鼓風機運行情況

(1)運行時間：2022年3月30日至2022年5月17日，氣懸浮鼓風機控制顯示屏顯示累計運行1152h。

(2)運行參數情況(見表5)。

5.3 節能率計算過程

(1)原羅茨風機

1)理論計算法：功率W=√3×U×1×cosφ/1000=1.73×380×86×0.9=51.0kW；

2)電能表計量法

電能表原始數據24kWh，連續運行5d后電能表數據：

(142.0×40)=5680kWh，累計運行119.0h，平均每小時用電(5680-24/119)=47.53kWh。

(2)氣懸浮鼓風機

1)理論計算法：功率W=√3×U×1×cosφ/1000=1.73×380×62×0.9=36.68kW；

2)電能表計量法

電能表原始數據16kWh，連續累計運行48d后電能表數據。

(711×40)=28440kWh，中控操作記錄統計累計運行1148.5h，平均每小時用電(28440-16/1148.5)=24.75kWh。

(3)節電率

1)理論功率計算法

每小時節能量：51.0kWh-36.68kWh=14.32kWh；節電率=14.32/51.0=28.08%。

2)電能表計量法

羅茨風機運行電能表數據-氣懸浮鼓風機運行電能表數據

=47.53kWh-24.75kWh=22.78kWh；

節電率=22.78/47.53=47.93%。

圖1、圖2、圖3為原羅茨風機與氣懸浮鼓風機運行中控室畫面圖。

六、結論

(1)通過試用總結，節電率在25%以上。

通過在HS公司2500t/d水泥熟料生產線，窯尾送煤系統采用氣懸浮高速鼓風機的實際應用及運行結果統計分析，其節電率與羅茨風機比較，一是通過功率計算法計算在28.08%；二是采用電能表計量法實測在47.93%，達到預期節能效果，滿足生產工況使用要求，值得在水泥行業推廣應用，可應用于水泥熟料生產線替代窯頭送煤羅茨風機及一次風機供風等送風設備。

(2)設備選型合理，能效利用率高。

通過在HS公司2500t/d水泥熟料生產線窯尾送煤系統近1200h的試運行總結，氣懸浮高速鼓風機設備工作轉速在其額定轉速的85%~88%之間運轉，工作在設備額定轉速最佳工況區間范圍內，同時壓力隨著送煤工況自動調整，供風壓力滿足系統生產要求，表明設備選型合理，能效得到充分利用。該風機具有結構合理、高精度、體積小、效率高、噪音低、操作控制簡單等特點，截止2022年10月15日，氣懸浮高速鼓風機替代原有羅茨風機累計運行130d，使用期間設備運行穩定，未發生維護費用，同羅茨風機相比實現免維護，同時大幅降低人工勞動強度，滿足生產需求，為熟料生產線節能降耗積累了寶貴經驗。

作者：李繼海，呂宏偉，劉海龍

所屬：亞泰集團哈爾濱水泥有限公司

來源：《中國水泥》

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