一次風機節能改造

趙小雷

我公司4 000t/d水泥生產線采用雙系列五級懸浮預熱器，窯頭采用DJGX型四通道低氮燃燒器，具有大推力、低煤耗、低一次風量（約8%），出口風速高、卷吸二次風能力強，對煤質、物料波動適應性強的特點。煤粉由噴煤管噴出，受軸向和徑向風的作用，軸流風、外旋流風、內旋流風和煤風分別從四個風道噴出，旋流風切向角度的不同，使得各風道與煤風通道之間在軸向和切向的方向上產生不同的風速和出口壓力，使風煤混合均勻而充分，煤粉燃盡率高。與之匹配的一次風機選用羅茨風機，風機參數見表1，羅茨風機布置見圖1。

表1 一次風機主要性能參數

1 存在問題

我公司一次風機出口壓力長期控制在56kPa左右，火焰無力度，工況不理想，煤管用風調節受限制，經常出現窯前飛砂嚴重、窯尾溫度高、熟料質量差、預熱器系統結皮嚴重經常堵塞的狀況，窯頭負壓波動大，一次風機功耗高達110kW以上。

經分析認為，頭煤用量較高、煤粉燃燒不充分是造成以上問題的主要原因。煤粉的不完全燃燒造成窯內還原氣氛嚴重，Fe2O3還原成的FeO極易與其他氧化物生成低熔點的化合物，形成的結圈和副窯皮不斷脫落，造成熱工制度紊亂。

我公司首先在配料和工藝操作上進行了改進，適當提高了熟料飽和比和硅酸率，在保證窯況的情況下，適當減少了頭煤用量，降低了入窯煤粉細度。采取以上措施后，系統結皮堵塞情況有所改善，但窯尾溫度高和煤粉不完全燃燒造成的還原氣氛嚴重的問題仍一直存在。一次風壓不足、煤粉打散效果不好、風煤混合差是造成頭煤不能充分燃燒的根本原因，因此，需要提高風機出口風壓。目前，一次風機運行基本處于滿負荷狀態，為了降低風機功耗，考慮到羅茨風機轉速越高，風量、軸消耗功率越大的機械特性，經對比衡量，我公司決定采用空氣懸浮風機對其進行節能改造，提高風壓和風速，降低運行功耗，既可使火焰明亮有力，煤粉充分燃燒，又可增加火焰韌性和剛度，減少二次風沖擊，減少窯頭負壓波動，提高系統產質量。

圖1 羅茨風機布置示意圖

圖2 空氣懸浮風機管道布置示意圖

2 改造過程

將原有一次風機的備用風機拆除，在原有的風機底座上安裝空氣懸浮風機，拆除原備用風機管道，對懸浮風機出口管道進行整體設計安裝。空氣懸浮風機啟動時必須保持24 000r/min的較高轉速，運行時轉速需控制在24 000～27 000r/min，為此，增加空氣懸浮風機余風排氣管道和旁路泄壓管道等兩處對空排放管道閥門。余風排氣管道的作用在于當風機壓力傳感器發生故障或出口閥門被過度操作關閉時，余風排氣閥門將自動開啟排氣，防止風壓過高對風機內部構造帶來損害。點火之初，燃料用量較少，為防止風機以24 000r/min的高速運行時造成出口風壓過高，需手動開啟泄壓閥，調整風機出口壓力，使之形成剛勁有力的火焰。在逐步增加窯頭燃煤用量至正常運行的過程中，要逐漸關小泄壓閥門開度直至零，泄壓閥門的存在對于窯的點火升溫制度至關重要，不宜取消。兩處對空排放管道加裝消音器，降低噪聲污染，將原有的一次風機作為空氣懸浮風機的備用風機。空氣懸浮風機管道布置圖見圖2。

改造后的空氣懸浮離心鼓風機以動壓空氣軸承技術為核心，以高速流體機械為支撐，采用動壓空氣軸承、高速永磁電機、高效葉輪及自動化系統的設計（見圖3），完美解決了因機械摩擦導致的極大的能量損耗及噪聲等問題，可以為窯頭燃燒器提供足夠的風壓和風速。空氣懸浮風機采用一體化緊湊型設計，安裝簡單易操作，具有技術先進、性能可靠、結構簡單、體積小、節約能源、維護方便的特點。現場布置見圖4。

圖3 空氣懸浮風機內部構造及高效葉輪

圖4 空氣懸浮風機現場布置圖

3 改進效果

改進后電機運行正常，轉速提高，一次風機出口風壓明顯增大，具體運行參數見表2。

從表2可看出，空氣懸浮風機轉速較高，一次風機經改造后，外軸流風、外旋流風和內旋流風的風壓基本能達到50～60kPa，出口風壓明顯變大，可維持在60kPa以上，較改造前提高至少4kPa。改造后，電機電流、功率均較小于額定值，風機運行穩定無異常。火焰形狀調整靈活，窯內火焰的形狀與長度可控制在合理的范圍內，確保窯內燒成帶的長度和燒成溫度，火焰順暢有力、形狀穩定，提高了窯煅燒的穩定性。

風壓、風速的提高，保證了煤粉的充分燃燒，窯前明亮，熟料結粒均勻、致密，熟料升重提高，篦冷機料層穩定，二次風溫基本可控制在1 150℃左右，有利于系統工況的穩定。同時，有效改善了風煤混合效果，煤粉的充分燃燒使得窯內還原氣氛得以改善，窯尾溫度下降，減少了預熱器系統結皮，穩定了系統熱工狀態。

表2 空氣懸浮風機運行參數表

表3 一次風機技改前后運行電耗對比（2019年5月）

4 結語

改造后，空氣懸浮風機運行功率基本在85kW左右，比羅茨風機節電30kWh/h（見表3），噪聲由107dB降至76dB，降噪效果顯著。

生產實踐表明，空氣懸浮離心鼓風機是一種高效節能的新型環保離心鼓風機，可應用于水泥回轉窯粉塵物料輸送、氣體輸送等生產環節，具有節能降噪、免維護和半永久使用壽命等優點，是風機節能改造的理想設備之一。