一次风机节能改造

赵小雷

我公司4 000t/d水泥生产线采用双系列五级悬浮预热器，窑头采用DJGX型四通道低氮燃烧器，具有大推力、低煤耗、低一次风量（约8%），出口风速高、卷吸二次风能力强，对煤质、物料波动适应性强的特点。煤粉由喷煤管喷出，受轴向和径向风的作用，轴流风、外旋流风、内旋流风和煤风分别从四个风道喷出，旋流风切向角度的不同，使得各风道与煤风通道之间在轴向和切向的方向上产生不同的风速和出口压力，使风煤混合均匀而充分，煤粉燃尽率高。与之匹配的一次风机选用罗茨风机，风机参数见表1，罗茨风机布置见图1。

表1 一次风机主要性能参数

1 存在问题

我公司一次风机出口压力长期控制在56kPa左右，火焰无力度，工况不理想，煤管用风调节受限制，经常出现窑前飞砂严重、窑尾温度高、熟料质量差、预热器系统结皮严重经常堵塞的状况，窑头负压波动大，一次风机功耗高达110kW以上。

经分析认为，头煤用量较高、煤粉燃烧不充分是造成以上问题的主要原因。煤粉的不完全燃烧造成窑内还原气氛严重，Fe2O3还原成的FeO极易与其他氧化物生成低熔点的化合物，形成的结圈和副窑皮不断脱落，造成热工制度紊乱。

我公司首先在配料和工艺操作上进行了改进，适当提高了熟料饱和比和硅酸率，在保证窑况的情况下，适当减少了头煤用量，降低了入窑煤粉细度。采取以上措施后，系统结皮堵塞情况有所改善，但窑尾温度高和煤粉不完全燃烧造成的还原气氛严重的问题仍一直存在。一次风压不足、煤粉打散效果不好、风煤混合差是造成头煤不能充分燃烧的根本原因，因此，需要提高风机出口风压。目前，一次风机运行基本处于满负荷状态，为了降低风机功耗，考虑到罗茨风机转速越高，风量、轴消耗功率越大的机械特性，经对比衡量，我公司决定采用空气悬浮风机对其进行节能改造，提高风压和风速，降低运行功耗，既可使火焰明亮有力，煤粉充分燃烧，又可增加火焰韧性和刚度，减少二次风冲击，减少窑头负压波动，提高系统产质量。

图1 罗茨风机布置示意图

图2 空气悬浮风机管道布置示意图

2 改造过程

将原有一次风机的备用风机拆除，在原有的风机底座上安装空气悬浮风机，拆除原备用风机管道，对悬浮风机出口管道进行整体设计安装。空气悬浮风机启动时必须保持24 000r/min的较高转速，运行时转速需控制在24 000～27 000r/min，为此，增加空气悬浮风机余风排气管道和旁路泄压管道等两处对空排放管道阀门。余风排气管道的作用在于当风机压力传感器发生故障或出口阀门被过度操作关闭时，余风排气阀门将自动开启排气，防止风压过高对风机内部构造带来损害。点火之初，燃料用量较少，为防止风机以24 000r/min的高速运行时造成出口风压过高，需手动开启泄压阀，调整风机出口压力，使之形成刚劲有力的火焰。在逐步增加窑头燃煤用量至正常运行的过程中，要逐渐关小泄压阀门开度直至零，泄压阀门的存在对于窑的点火升温制度至关重要，不宜取消。两处对空排放管道加装消音器，降低噪声污染，将原有的一次风机作为空气悬浮风机的备用风机。空气悬浮风机管道布置图见图2。

改造后的空气悬浮离心鼓风机以动压空气轴承技术为核心，以高速流体机械为支撑，采用动压空气轴承、高速永磁电机、高效叶轮及自动化系统的设计（见图3），完美解决了因机械摩擦导致的极大的能量损耗及噪声等问题，可以为窑头燃烧器提供足够的风压和风速。空气悬浮风机采用一体化紧凑型设计，安装简单易操作，具有技术先进、性能可靠、结构简单、体积小、节约能源、维护方便的特点。现场布置见图4。

图3 空气悬浮风机内部构造及高效叶轮

图4 空气悬浮风机现场布置图

3 改进效果

改进后电机运行正常，转速提高，一次风机出口风压明显增大，具体运行参数见表2。

从表2可看出，空气悬浮风机转速较高，一次风机经改造后，外轴流风、外旋流风和内旋流风的风压基本能达到50～60kPa，出口风压明显变大，可维持在60kPa以上，较改造前提高至少4kPa。改造后，电机电流、功率均较小于额定值，风机运行稳定无异常。火焰形状调整灵活，窑内火焰的形状与长度可控制在合理的范围内，确保窑内烧成带的长度和烧成温度，火焰顺畅有力、形状稳定，提高了窑煅烧的稳定性。

风压、风速的提高，保证了煤粉的充分燃烧，窑前明亮，熟料结粒均匀、致密，熟料升重提高，篦冷机料层稳定，二次风温基本可控制在1 150℃左右，有利于系统工况的稳定。同时，有效改善了风煤混合效果，煤粉的充分燃烧使得窑内还原气氛得以改善，窑尾温度下降，减少了预热器系统结皮，稳定了系统热工状态。

表2 空气悬浮风机运行参数表

表3 一次风机技改前后运行电耗对比（2019年5月）

4 结语

改造后，空气悬浮风机运行功率基本在85kW左右，比罗茨风机节电30kWh/h（见表3），噪声由107dB降至76dB，降噪效果显著。

生产实践表明，空气悬浮离心鼓风机是一种高效节能的新型环保离心鼓风机，可应用于水泥回转窑粉尘物料输送、气体输送等生产环节，具有节能降噪、免维护和半永久使用寿命等优点，是风机节能改造的理想设备之一。