技术丨气悬浮高速鼓风机在水泥熟料煅烧系统的应用

引言

在水泥生产工艺中，大量将鼓风机用于气力输送、高压供风等环节，如均化库底、煤粉输送等，常用的高压鼓风机一般是罗茨鼓风机，具有效率低、噪声大、风含油、供气不均、故障率高等缺点。同时鼓风机也是水泥生产环节最具节能空间的装备之一，在工艺设计时一般按最大运行参数选型，其风压与风量留有一定的富裕量，一般都有约15%~50%的节能空间。

气悬浮高速离心鼓风机替代现有水泥熟料生产线窑尾、窑头送煤及一次风系统罗茨风机是近年来采用的节能降耗技术措施之一，现将2500t/d生产线窑尾送煤替代罗茨风机试用效果进行总结，供同行业借鉴。

一、原有送煤罗茨风机配置及运行情况

HS公司2500t/d生产线建设于2003年11月，原窑尾分解炉送煤设备采用罗茨风机，生产过程中实际喂煤量在10t/h左右，其系统设备铭牌配置及实际运行参数情况见表1。

从表1参数分析，窑尾送煤罗茨风机按实际运行电流(84~86A)计算，实际运行功率在49.7~51.0kw之间，较设备原配置电动机75kW约有25.3~24.0kW能耗处于浪费状态，传动功率有效利用率在66.26%~68.0%左右，另外30%功率处于空负荷运行状态。

同时罗茨风机在运行过程中存在以下问题：

罗茨鼓风机属于定容式风机，电机转速恒定，风量不变，需加装变频器才能调整风量，无论输送物料多少，其风量恒定，物料输送料气比浓度无法改变；罗茨鼓风机属于机械传动，摩擦严重、故障率高。

现场运行的鼓风机使用多年，能耗高；设备润滑油脂容易泄漏，造成现场环境污染和资源浪费；罗茨鼓风机噪音极高，污染严重。

二、采用气悬浮高速鼓风机替代罗茨风机

经过充分比较论证，采用航天海鹰技术生产的气悬浮高速离心鼓风机，替代现有生产线窑尾送煤系统罗茨风机。该设备采用空气轴承，集成高速电机、航空三元流叶轮、矢量变频、智能控制等关键技术，具有运行安全可靠、维护简约、旋转件无需液体润滑等特点，节能率在25%以上。

2.1 空气悬浮鼓风机的优势

空气悬浮离心鼓风机具有高效空气悬浮轴承、永磁高速电机及变频系统、航空三元流离心高精度叶轮、变频驱动与自动控制五大核心技术，无需齿轮箱增速及联轴器，由高速电机直接驱动，采用变频器直接调速，鼓风机叶轮直接与电机相连，轴被悬浮于空气轴承中。无物理接触点和齿轮增速系统，故空气悬浮鼓风机具有高效、节能、低噪音、运行可靠和长期无需维修保养的特点。同时，采用一体化紧凑型设计，集叶轮、高速电机、变频器、空气轴承及控制系统于一体，提高安装、操作的便利性。

2.2 节能高效

空气悬浮离心鼓风机采用永磁同步电机直联高效三元流离心叶轮及空气悬浮轴承技术，同时针对鼓风机专门研制矢量控制变频器和控制系统，使节能性能发挥到极致。鼓风机根据输出的风量(可调范围40%~100%)自动调整转速以减少电机功率，保持设备高效运行。

2.3 无振动，低噪音，无润滑油，供风无污染

由于采用高速永磁同步直联电机及空气悬浮轴承技术，无复杂的增速齿轮及油性轴承，运行过程中高速旋转的叶轮、轴与电机间不直接接触，有效地避免机械接触和摩擦。因此，除气动噪声外，设备本身噪声非常小，距设备1m处检测噪音<80dB(环境标准：85dB)；空气轴承能在温度-180～600℃的大范围正常运行，对于在高速高温环境下运行的高速电机而言，油性轴承系统的所有弊端已成功解决，无疑是最佳的选择。

2.4 运行稳定，基本免维护

设备无传统鼓风机所必需齿轮箱及油性轴承，故无需油路及水冷却保养，属于基本免维护的产品，日常运行过程中仅需根据系统提示更换进风过滤棉，单次更换时间仅需5min。空气悬浮轴承的启停次数达40000次以上，使用寿命>20年，确保鼓风机运行的稳定性。

2.5 运转控制便利

系统可在HMI(人机界面)上对鼓风机转数、压力、温度、流量等参数实施自检，通过超负荷控制和防喘振控制等实现无人值守工作。可根据吸入空气的温度和压力变化调整转数，以实现流量自动调节。

三、气悬浮高速风机设备选型

由于原罗茨鼓风机铭牌上的额定功率与实际运行功率存在一定的差别，如按照铭牌参数选型，则效率较低。因此需根据实际情况进一步优化，按照现有罗茨鼓风机实际运行产生的风压及风量选型，故实际运行参数的正确与否对设备的选型至为重要。表2为选型参数配置表。

物料输送料气比参数：

(1)窑尾喂煤量：10.00t/h；

(2)气悬浮风机流量：46.7Nm⁷/min；

(3)料气比：10.00/46.7×60=3.57kg/Nm3。

四、气悬浮鼓风机设备运行情况

窑尾送煤系统气悬浮鼓风机设备试运行，于2022年3 月30日~5月17日，连续运转48d；2022年5月17日启动原有罗茨风机送煤，连续运转5d。通过与原罗茨风机运行情况比较，将设备试用情况总结如下。

4.1 空气悬浮鼓风机运行情况(见表3)

4.2 试用情况对比分析

通过对原有罗茨风机及气悬浮高速鼓风机两种设备，分别加装同型号电能表(电能表型号：DTS858型；电流互感器型号：ZDKCT-45m，规格：200/5A，变比倍率：40)计量方式，实施同等条件计量措施实测运行过程中消耗电量计量比较。

(1)原罗茨风机运行数据实测1d电量(28×40)=1120kWh；

(2)现悬浮鼓风机数据实测1d电量(15×40)=600kWh；

通过计量统计，确认属实每天节省13×40=520kWh 电量，每月520×30 =15600kWh；每年15600×7个月=109200kWh，按电费0.6元/kWh计算，年节省运行电费65520元，投资回收期1.95年。

(3)原有送煤罗茨风机价格：功率75kW市场售价在3万元左右(不含变频器)，每年维护、保养、换油等预计约2000元。

由于气悬浮风机电器及旋转部件都隔离在机身壳体内部，风机运行时操作人员无法接触到电器及旋转部件，安全性较高。

五、设备试用节能率计算过程

5.1 原罗茨风机运行情况

(1)运行时间：2022年5月17日至2022年5月22日，合计运行119.0h。

(2)运行参数情况(见表4)。

5.2 气悬浮鼓风机运行情况

(1)运行时间：2022年3月30日至2022年5月17日，气悬浮鼓风机控制显示屏显示累计运行1152h。

(2)运行参数情况(见表5)。

5.3 节能率计算过程

(1)原罗茨风机

1)理论计算法：功率W=√3×U×1×cosφ/1000=1.73×380×86×0.9=51.0kW；

2)电能表计量法

电能表原始数据24kWh，连续运行5d后电能表数据：

(142.0×40)=5680kWh，累计运行119.0h，平均每小时用电(5680-24/119)=47.53kWh。

(2)气悬浮鼓风机

1)理论计算法：功率W=√3×U×1×cosφ/1000=1.73×380×62×0.9=36.68kW；

2)电能表计量法

电能表原始数据16kWh，连续累计运行48d后电能表数据。

(711×40)=28440kWh，中控操作记录统计累计运行1148.5h，平均每小时用电(28440-16/1148.5)=24.75kWh。

(3)节电率

1)理论功率计算法

每小时节能量：51.0kWh-36.68kWh=14.32kWh；节电率=14.32/51.0=28.08%。

2)电能表计量法

罗茨风机运行电能表数据-气悬浮鼓风机运行电能表数据

=47.53kWh-24.75kWh=22.78kWh；

节电率=22.78/47.53=47.93%。

图1、图2、图3为原罗茨风机与气悬浮鼓风机运行中控室画面图。

六、结论

(1)通过试用总结，节电率在25%以上。

通过在HS公司2500t/d水泥熟料生产线，窑尾送煤系统采用气悬浮高速鼓风机的实际应用及运行结果统计分析，其节电率与罗茨风机比较，一是通过功率计算法计算在28.08%；二是采用电能表计量法实测在47.93%，达到预期节能效果，满足生产工况使用要求，值得在水泥行业推广应用，可应用于水泥熟料生产线替代窑头送煤罗茨风机及一次风机供风等送风设备。

(2)设备选型合理，能效利用率高。

通过在HS公司2500t/d水泥熟料生产线窑尾送煤系统近1200h的试运行总结，气悬浮高速鼓风机设备工作转速在其额定转速的85%~88%之间运转，工作在设备额定转速最佳工况区间范围内，同时压力随着送煤工况自动调整，供风压力满足系统生产要求，表明设备选型合理，能效得到充分利用。该风机具有结构合理、高精度、体积小、效率高、噪音低、操作控制简单等特点，截止2022年10月15日，气悬浮高速鼓风机替代原有罗茨风机累计运行130d，使用期间设备运行稳定，未发生维护费用，同罗茨风机相比实现免维护，同时大幅降低人工劳动强度，满足生产需求，为熟料生产线节能降耗积累了宝贵经验。

作者：李继海，吕宏伟，刘海龙

所属：亚泰集团哈尔滨水泥有限公司

来源：《中国水泥》

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