炭素生產除塵系統節能控制方案探究

李永平

（山西宇通碳素有限公司，山西 晉中 030600）

炭素企業在生產過程中不免會產生大量的粉塵污染，除塵系統伴隨著整個工藝生產流程，因此除塵設備是必不可少的。其工作原理就是利用引風機產生的負壓通過管道把生產中產生的粉塵吸引過來，再經過旋風收集器和布袋過濾器把粉塵收集起來，而使風機排出的尾氣達到所要求的排放標準。

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

1 除塵系統的能耗分析

除塵系統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、管道和風機等部分組成，其任務是將污染源散發的顆粒污染物捕集并送到除塵器凈化后達標排放。

1.1 除塵系統的構成、能耗及常規結構缺點分析

除塵系統一般由煙塵捕集罩、除塵器、管道和風機等部分組成，其任務是將污染源散發的顆粒污染物捕集并送到除塵器凈化后達標排放。除塵系統的能耗一般包括兩部分，一是除塵設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阻力所消耗的功率；二是系統附加能耗，如濕式除塵器循環供水消耗的電功率，布袋除塵器反吹系統消耗的電能，輸灰系統、電動閥門、煙氣加熱等消耗的電能等[2]。

很多企業常用的做法是給每一臺或每一組設備配備一套由風機和除塵器等組成的除塵設備。這種結構最大的缺點就是設備過于分散，不便于管理，而且還有很多的潛在浪費，如設備已經停止工作，風機還在滿負荷運轉，從而造成大量的電能損失。

1.2 一種新設計方案的應用實踐

當前能源過渡消耗弊端日益顯現，可持續發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 發展戰略思路。本文正是基于在電力能源節約方面的想法，結合我們多年的工作實踐，提出了一種方案：通過對除塵系統設備和工藝合理改進，使之在保證環境保護的前提下，盡量減少電力浪費，節約能源。以下就是此方案的基本思路。

1.2.1 取消小風機

原來小除塵器構成的多點除塵系統，每臺或每組設備都要有除塵器、引風機，造成占地面積大、運轉設備多、維修費用增加，通過對生產所需風量計算，選用功率比較大的風機和過濾面積比較大的布袋除塵器，系統的進風口通過合適管徑的管道送到各個除塵點，同時在每個除塵點入口處安裝一個由氣缸控制的風門，用于調節每臺設備的風量。這樣就減少了設備臺數，便于管理。

1.2.2 根據流體力學理論，自動和智能調節風量和風門

新方案對于整個系統的控制由“PLC+觸摸屏+變頻器”組成，根據生產設備的運轉情況，自動調節風量和風門。設備運轉，對應的風門打開，進行除塵，同時主風機轉速上升。相反，設備停止對應的風門關閉，主風機轉速下降。而且風機轉速的調整量可以隨時根據工藝的變化進行調整。

根據流體力學理論，風機軸功率計算公式為：

式中，Q-風量m3/h，H-風壓N/m3，η-風機效率

由式(1)可見，風機軸功率與風量Q成正比，風量是受風門開度影響的，在滿足使用要求情況下適當調節風門開度，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，對于同一臺風機其風壓和轉速的二次方成正比。

2） 兩臺同類型通風機的流量之比為

由此可見，對于同一臺風機，其流量與轉速成正比。

3）在相似工況下，η=η'，并把公式（2）和公式（3）代入公式（1），得到兩臺相同風機的軸功率之比為從上述分析可以得到這樣的結論，風機負載所需的功率與其轉速的三次方成正比。在保證生產工藝要求的前提下，采用變頻器降低電動機轉速，可以節約不少電能消耗。同時通過自動控制系統，根據設備運行情況打開或關閉相應的除塵閥，也能避免不必要的風力損耗，從而改善除塵效果，提高整個系統工作效率。

該方案在山西宇通炭素公司實踐運行三年多，取得很好的效果，既能滿足生產要求，又節省了大量的電能。在該公司老廠原料車間生產線上，除塵器和配套風機大大小小十余臺，電動機規格從18.5～37kW不等。而且比較分散，管理十分不便，每天浪費電能1000多度。以平均電價0.5元/千瓦時估算，一個月損失1.5萬元。

在2016年公司異地擴建項目中，設計和建設一改以往的思路，秉承節能降耗的理念，除塵系統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，配套風機電機功率110kW。安裝了由PLC等組成的自動控制系統，科學合理地控制電動機運行速度和運行工況。此電機最大工況時運行頻率50HZ，每班運行 2小時。大部分時間其運行平均頻率僅35HZ，相比較盲目的滿負荷運轉，電能消耗節約40%，同時設備的損耗隨之降低，維修投入也隨之降低。

在該公司的中碎車間，按照設備分組，集中管理的原則配備有 6 臺 37kW的風機，如果同時開啟的話總電流可達440A，每小時電耗 210kwh。通過新設計，設備開風機轉，設備停風機停；而且，設備開得多風機就轉得快，設備開得少風機轉得慢，避免了不必要的電能損耗，總運行電流僅250A，電能節省30%～40%。工藝流程詳見圖1，除塵系統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工藝流程圖

圖2 宇通炭素公司除塵系統控制圖例

圖3 控制用氣動蝶閥3 結束語

綜上所述，一個好的除塵系統除了能滿足生產和環保要求外，低能耗也是重要指標之一。通過合理調整不同功率風機的數量結構，并采用智能系統調節風量和風門，就一定能減少能耗和設備維修維護費用。經過三年多的生產實際，新方案切實可行，具有良好的經濟效益。