风机节能潜力分析及主要对策(二)

1、 风机节能潜力分析及主要对策(二)徐常武 彭秀蔓 / 沈阳鼓风机（集团）有限公司石雪松/ 中国通用机械工业协会风机分会摘要：阐述了风机在节能中的地位和作用、风机节能的国内外现状、风机节能技术的发展趋势；重点介绍了风机节能的途径与潜力、风机的选型与节能、节能风机的研制与应用；最后提出了风机节能的潜力与主要对策。关键词：风机；节能；对策中图分类号：TE08 文献标识码：A文章编号：1006-8155（2008）02-0061-07The Potential Analysis and Main Countermeasures for Energy-saving of Fan Abstract: Th

2、is paper consists of three parts. The first part specifies the status and functions of fan on energy-saving, the domestic and overseas current situation of fan on energy-saving and the developing trend of energy-saving technique for fan. The second part introduces the means and potentials for energy

3、-saving, the selection and energy-saving for fan, the research and application for energy-saving of fan. At last, the paper points out the potentials and main countermeasures for energy-saving of fan. Key words: fan; energy-saving; countermeasure （接上期）3.2 调速设备的应用 在保持管网阻力特性不变的条件下，通过改变风机转速使风机性能曲线相应变化的

4、调节方式称为变速调节。由于该调节方式无附加压力损失，所以是一种高效的调节方法，节能效益最佳。 值得注意的是：如果调速是增速，则应验算风机的强度、振动及其转子的临界转速，以及电动机是否超载、噪声是否允许等。 鼓风机、压缩机的调节按用户要求可分为等压力调节、等流量调节和比例调节，主要采用的方法是变速调节。变速调节不仅可以实现用户对压力或流量的要求，而且还扩大了稳定工作范围，然而却没有附加压力损失。不过，调节之后的压缩机不一定工作在最高效率点上。 大型轴流压缩机的变速调节，目前主要由汽轮机变速或静叶可调来调节。 液力耦合器的主要技术参数是功率、转速及调速范围等。在选择时，除必须满足用户要求的技术参数

5、之外，还要考虑结构简单、运行可靠及价格便宜等因素。液力耦合器铭牌上注明的是和电动机直联的参数，并非真实反映用户要求的参数。在选用调速液力耦合器时，应注意的是：即使耦合器处于满负荷工作时，也存在小于3%的转差功率损失，因此选配电动机时应留有合理的裕量；其次要注意投资规模和回收效益，对于老设备改造应尽量利用原有的电动机，选用规格适当的液力耦合器。 当转差率S一定时，异步电动机电磁转矩TU 2，所以可以通过调整定子端电压实现调速，这种调速方法称为调压调速。_本文其他作者：徐晓航 / 辽宁节能投资控股有限公司收稿日期：2007-10-08 沈阳市 110142 供电电源大都直接取自电网，频率为50Hz

6、，电压为380V保持不变。通常使用的笼型交流电动机是三相的，因此欲调压亦需三相调压器。由于晶闸管（SCR）几乎不消耗铜铁材料、体积小、价廉及控制方便，故已成为交流调压器的主要型式。该调压器主要是从额定电压向低电压调节。 该方法的优点是线路简单，调压装置体积小、价格低及使用维护方便。缺点是低速运行时转差功率大，效率低及调速特性软。如需提高调速精度，需要采用转速反馈的闭环控制系统。 对于风机宜采用高转差率，额定转差率在10%12%，启动电流小。100kW以下的笼型异步电动机，其调速范围在额定转速的70%100%为宜。 例如，一台3.7kW的电动机，年运行时间为3600h，在负荷率分别为100%、7

7、5%和50%时，与之相对应的时间比分别为20%、40%和60%。与阀门节流调节相比，年节电4140kW·h。 电磁调速电动机由恒速笼型电动机和靠励磁电流调速的电磁离合器组成。笼型电动机作为主动机，带动电磁离合器，为主动部分；其从动部分与负载连接，且与主动部分只有磁路联系而无机械联系。通过控制励磁电流改变磁路磁通，使离合器产生可控涡流转矩，实现调速目的。 电磁调速电动机又称滑差电机或VS电机，国内已成系列，功率范围0.4500 kW。 该调速方法的优点：结构及控制线路简单，加工方便，运行可靠，价格便宜，易于维修及对电网无谐波影响。在闭环控制时，调速范围大于10：1，调速精度约2%。适用

8、于中小功率电动机。缺点是：本身低速效率低，高速特性软（但对风机的负载特性影响不大），输出最大转速只有空载转速n0的80%90%，损失较大。 当电网频率保持50Hz恒定时，根据n0=60f/P，只要改变极对数P，即可方便地得到3000r/min、1500r/min，等不同的同步转速。由于没有附加转差功率损耗，所以这是一种高效型的调速方法。由于P都是正整数，因此调速不能做到连续平滑，只能是有级调速。要求风机改变转速n0后，工作时间尽量长，越长节能效益越显著。这种方法采用的变极对数笼型电动机称多速电动机。倘若它与调压调速或电磁调速结合起来，既可以减少转差损耗，又可在很大范围内保持高效率工作。国内已有

9、双速、三速及四速的多速电动机。 该法属于高效型调速方法，其优点主要是控制简单、初投资少、维护方便、可分段启动和减速，节能效果好。双速电动机驱动风机的节电效果见表3。缺点是只能有级调速，改造时原电动机需要被多速电动机所取代。表3 双速电动机驱动风机的节电效果工 况风机负荷类型电费（万元）进口节流节约费用（万元）风量/%运转时间/%4极4/6极11005050506705141562100755033.333.333.36375231143706050304020568339229 由于同步转速与电源频率f1成正比，所以只要能连续改变f1就可以实现无级调速。变频调速不存在人为地附加转差损失，故该法

10、已成为现代交流调速的基础和主力，也是风机比较理想且有发展前途的调速方法。 变频器可分成交流直流交流（简称交-直-交）变频器和交流交流（简称交-交）变频器两大类。前者又称带直流环节的间接式变频器；后者又称直接式变频器。 简言之，以改变异步电动机定子端输入电源的频率来改变电动机转速的方式称为变频调速。 在风机上经常使用的变频调速装置主要有交-直-交式中的电压型、电流型及脉冲宽度调制型（PWM）3种。 变频调速的优点是效率高，不存在因调频而带来的附加转差损耗；调速范围宽，一般可达20：1；特性硬，调速精度高，易实现无级调速。由于多数变频器可以做到能量回馈，启动又相当于分级启动，所以启、制动能耗少。旧

11、设备改造时，由于可以利用原笼型电动机，对减少初投资特别有利。变频调速可以根据不同负载要求赋予不同的协调控制方式。它特别适宜调节深度大的运行或启动频繁（如开关控制）的风机。此时可选比电动机功率小的调速装置，进行节能运行。 主要缺点是变频器复杂，不仅初投资大，而且要求使用维护及管理技术水平高。 同步电动机的转速与交流电网频率间保持严格关系，即n=60f/P。也就是说，同步电动机调速只有唯一的改变电源频率的方法。连续地改变电源频率的大小，就可以方便地实现无级调速。加设这种变频装置的同步电动机可以发展成无换向器电动机，或称晶闸管电动机，它可分为直流式和交流式两类。 直流式由同步电动机和晶闸管逆变器组成

12、。通常采用交-直-交变频器，即先用晶闸管整流器将交流电变为直流电，然后再通过晶闸管逆变器供电给电动机定绕组。 交流式由同步电动机和频率变换器组成。电动机定子绕组由自控式工作的交-交变频器供电。上海宝钢1号高炉鼓风机（48MW）就是采用这一方式调速的。3.3 节能实例与效益分析 转炉炼钢生产循环中，装料、出钢时产生的烟气很少，而吹氧冶炼时则生产大量烟气，因此要求排烟风机随工艺流程变化风量。生产中，风机高速和低速运转时间大约各占一半。上钢五厂使用YDT450型调速耦合器进行风量调节，高速时风机功率323kW，低速时仅105 kW，一年可节电约70万kW·h（改进工艺流程后节电量可增至11

13、0万kW·h）。以70万kW·h计算，电费按0.5元/ kW·h计算，折合人民币35万元，两个月即可收回全部技术改造投资。 首钢新2号高炉除尘风机，每天平均有11个生产循环，所需风量各不相同。共使用两台YOTC-800调速耦合器，可实现年节电334万kW·h，占高炉总电耗的30%，折合电费167万元，两个月即可收回全部投资。 大冶有色金属公司丰山铜矿，对所用的400kW坑口抽风机采用耦合器调速，以适应坑道作业对风量变化的需求，年节电约20万kW·h，折合电费10万元。 纺织工业中，通风机是确保车间具有适当温度和湿度的重要设备。随着季节的差别和昼

14、夜温度的变化，对风机风量的要求是不同的。上海第九棉纺厂和南通第二棉纺厂，在40kW的空调轴流通风机上采用耦合器调速，在每年约9个月的调风季节，每台风机年节电约7万kW·h，折合人民币3.5万元。 国内对该调速方法的调速范围要求不大，动态性能要求不高，且处于单象限运行的场合，获得广泛应用。其产品容量范围是72500kW。某电厂90 t/h锅炉引风机的额定功率为340kW，采用KGJF系列闸流管串级调速装置，锅炉满负荷工作时转速n=0.7ne，与原转子串电阻调速方法相比，可回收转差功率57kW，节电24.7%。鹤壁矿务局五矿鼓风机容量为1000kW，每隔半小时满、半风量交替一次，采用串电

15、阻调速时年耗电445万kW·h，采用串级调速时年耗电384万kW·h。两者相比，串级调速每年可多节电60万kW·h。青岛国棉五厂选用青岛整流器厂产品控制一台40kW绕线转子电动机，驱动轴流通风机，随时间调整电动机转速。与改造前采用的笼型电动机更换带轮调速相比，节电率为24%28.7%。陕西国棉十厂将不调速电动机改为绕线转子电动机配用串级调速装置后，实现了春秋两季两台风机变速运行，节电率达59%。 某热电厂的锅炉引风机轴功率200 kW,白天负载高峰期，基本运行在上限转速的80%附近，其它时间则多运行在上限转速的50%附近，年高峰工作时间3000h，其它工作时间50

16、00h。采用变频调速装置调节较挡板调节，每年可节电79.58万kW·h。按电价0.5元/kW·h计算，每年可节约电费39.79万元。 北京市新发地小区锅炉房，1999年第一期工程，安装两台20吨热水锅炉，每台炉配置90kW引风机和55kW鼓风机各一台。驱动风机的电动机全部变频调速，实际运行频率经常在30Hz以下，按每年运行135天计算，每年可节能39.8万kW·h。按电价0.5元/kW·h计算，每年节约电费19.9万元。4 节能风机的研制与应用4.1 主要节能风机产品系列 （1）用途：4-72系列风机可用作一般工厂及大型建筑物的室内通风换气，输送空气和其

17、它不自燃的、对人体无害的及对钢材无腐蚀的气体（具有腐蚀性及潮湿的气体可选用同型号的玻璃钢风机、塑料风机或不锈钢风机）。B4-72系列风机可用作易燃和挥发性气体的通风换气（防爆）。 （2）性能范围：该系列风机的规格为2.86（与电动机直联），流量113113353m3/h，压力1983187Pa，最高效率为86.1%；820（带有传动组），流量7968221730 m3/h，压力3763157 Pa，最高效率89%。 （1）用途：该系列风机为锅炉鼓、引风机，适用于火力发电厂中2670t/h蒸汽锅炉的鼓、引风机系统。在无其它特殊要求时，G4-73系列风机亦可用于矿井通风及一般通风。当输送的介质为空

18、气时，最高温度不得超过80；引风机输送的介质为烟气，最高温度不得超过250。 （2）性能范围：该系列风机的规格为820，流量16156320610 m3/h，压力14005837 Pa，最高效率为87%。 循环流化床锅炉具有效率高，燃用煤质广泛，体积小，环境污染少等特点，是我国今后重点推广的新型锅炉节能产品。与之相配套的风机分为一次风机、二次风机和引风机。其性能范围：流量11529369034 m3/h，压力2418122752 Pa，最高效率为87%。 这两种系列的风机一般用于锻冶炉及高压强制通风的场所，并可广泛用于输送物料、空气及无腐蚀性、不自燃、不含粘性物质的气体。适应的介质温度一般不超

19、过50（最高不超过80）。 （1）9-19系列风机性能范围：该系列风机的规格为416，流量82463305 m3/h，压力325313035 Pa，最高效率为81.5%。 （2）9-26系列风机性能范围：该系列风机的规格为416，流量2198123090 m3/h，压力340716250 Pa，最高效率为81.2%。 （1）用途：该系列风机主要用于厂房及其它建筑的通风换气，也可在较长的排气管道内间隔串联安装，以提高管道中的压力。 （2）性能范围：该系列风机的规格为2.811.2，流量61364852 m3/h，压力32361Pa，最高效率为77%。4.2 节能产品的开发与应用 为适应节能的需要

20、，风机行业先后开发了多种节能新产品，现简要介绍几种具有典型代表意义的产品。 该系列风机是沈阳鼓风机（集团）有限公司与山东矿业学院合作后开发的节能产品。（1）结构特点：该系列风机的结构比较简单，主要由一级子午加速叶轮、前后风筒和主风筒组成，配用KB型矿用防爆电动机，适于380V和660V两种电压的电源供电。其主要特点是效率曲线和功率曲线都比较平坦，高效区域宽，故适用于经常改变工况的场合，其噪声较低，较老式JBT型风机降低68dB(A)。 （2）性能范围：该系列风机的规格为3.29，流量368261029 m3/h，压力6401720Pa，最高效率为92%。 （3）经济效果：该系列风机的效率较JB

21、T老式风机提高约25%，每台风机每年可节电1.52.5万kW·h。目前，在全国运行的老式局扇约5万台，如能全部更新，则年节电量可达7.512.5亿kW·h。 该系列风机是武汉鼓风机有限公司研制的用于纺织厂空调的轴流通风机。 （1）结构特点：整个机组由主机、静叶调节装置、扩散筒和集流器等组成。叶片数分为5片、8片和10片3种。叶片扭转角可安装成8°、11°、14°、17°和20°等不同角度。采用双速防潮电动机驱动。静叶调节装置可通过手动机构或用气泵及伺服电动机来实现调节。 （2）性能范围：FZ-40型按叶轮直径分为814共6种

22、规格；FZ-35型为1622.4共4种规格。流量20000272000 m3/h，压力280900Pa，装置效率可达80%以上。 （3）经济效果：该系列风机的最高效率点与风机实际运行工况相吻合，运行效率普遍高于80%，有的甚至达到85%。与老产品相比，运行效率提高了10%以上。以一台30kW的风机为例，如一年运行6000h，仅效率提高一项，每年每台风机即可节电1.8万kW·h。 在纺织厂中，由于季节变化，对风量、风压有不同要求。但老产品的电动机不能调速，又没有静叶调节装置，所以冬季运行功率浪费很大。由于该系列风机装有静叶调节装置，可根据车间温度、湿度的不同需要，随时变换性能，从而达到

23、节能目的。以20风机为例，夏季运行需40kW，而冬季降速运行后只需17.5kW，若每台风机每年降速使用的时间按150天计算，可节电6万kW·h。 该系列风机是沈阳鼓风机（集团）有限公司引进丹麦诺文科公司技术，设计生产的火电厂用在运转中可变节距的轴流送、引风机。此种风机的最大特点是风机的高效率区与电站风机运行时的变工况范围相适应，因此不论是满负荷或部分负荷运行，风机的效率都较高，节能效益大。 （1）结构特点：该风机的静止部件采用钢板和型材焊接，轮毂采用球墨铸铁铸造，叶片采用高强度铸铝合金和锻铝合金（目前沈鼓集团已全部采用锻铝合金），引风机叶片前缘有一个表面镀铬的不锈钢耐磨鼻；控制系统采

24、用液压调节。 （2）性能范围：流量360005400000 m3/h，压力147119614Pa，锅炉100%负荷时最高效率为86.5%。 （3）经济效果：电厂若选用G4-7329.5F离心式送风机，单台风机年耗电量为325.5万kW·h，而选用ASN1950/1000型动叶可调轴流送风机单台年耗电量仅为194.35万kW·h，单台风机年节电量可达131.15万kW·h。一个机组两台风机，则年节电量为262.3万kW·h，节约电费130多万元。若选用ASN 3000/2000型动叶可调轴流引风机代替离心式引风机，两台引风机可节电355.7万kW·

25、;h，节约电费170多万元。 该型风机是上海鼓风机厂有限公司引进德国透平通风技术股份有限公司技术而设计制造的。可适用于电厂、隧道、矿井及风洞装置。 （1）结构特点：动叶采用锻钢、球墨铸铁、铸铝合金及锻铝合金4种材料，以适应不同的使用条件。对于含尘量大的介质，在钢叶片表面喷焊耐磨合金层。定子部件采用钢板焊接。动叶的调节机构采用液压调节装置。 （2）性能范围：流量为1800006480000 m3/h，压升为18633Pa，运行效率可保持在83%88%。 （3）经济效果：以30万kW负压锅炉发电机组为例，采用TLT轴流送、引风机各两台，比采用进口导叶调节的离心式送、引风机，每年可节电560万kW&

26、#183;h，节约电费280万元。 该系列风机是成都电力机械厂和沈阳鼓风机（集团）有限公司引进德国KKK公司技术设计生产的电站用静叶可调轴流通风机。 （1）结构特点：该系列风机既有进口导叶装置，又有出口导叶装置，以适应工况变化需要而进行调节。机壳内表面涂有防腐蚀涂层。机壳、叶轮的拆装十分方便。可在叶轮进口配置消除喘振的稳定装置。 （2）性能范围：流量401500 m3/s，压升为140kPa，最高效率为86%。 （3）经济效果：以30MW电站每台锅炉配两台风机为例，与双吸单速离心通风机相比，每年耗电减少687万kW·h。 该系列风机是沈阳鼓风机（集团）有限公司与东北大学合作，共同开发

27、的新型矿井节能风机。 （1）结构特点：该机为双级叶轮轴流通风机，叶片采用铸造铝合金，型线为机翼型扭曲式，安装角度可在20°50°之间调整。当需要返风时，可使通风机直接反转，不需要调整风机的任何装置。选用滚动轴承，用油脂润滑，轴承上装有铂热电阻温度计并连接二次仪表，可进行遥控。 （2）性能范围：该系列产品由18、24、30及36共4个机号组成，装置最高静压效率达85.3%。产品高效区域宽广，在静压效率大于80%的条件下，流量7200093600 m3/h，静压7003200Pa。 （3）经济效果：该系列风机的装置静压效率比老式风机70B2提高近14%。若每台风机按年工作876

28、0h，年需要量按150台计算，则全年可节电8462万kW·h。 该机是沈阳鼓风机（集团）有限公司利用引进技术设计制造的双轴4级离心压缩机，现已形成系列产品。该机主要用于大型企业的空气动力站及空气分离装置。 （1）结构特点：采用了先进的三元流动叶轮和进口导叶调节，每级叶轮均在最佳转速下工作，级间设有高效率的气体冷却器，接近等温压缩。传动机构为高精度齿轮。 （2）性能范围：该机共有14种规格，流量6000330000 m3/h，压比为10，整机效率可达82%。 （3）经济效果：该机的突出优点是高效节能。以1万m3空气分离装置的空气压缩机为例，比德国德马格公司的同类产品每年每台节电180万

29、kW·h；比古特霍夫农汉脱公司的产品节电560万kW·h；比国内老式的DA350-61离心压缩机节电1520万kW·h。目前国内有200台左右DA350型压缩机在运行，如全部更换为DH型产品，每年可节电30亿kW·h。 该型风机是沈阳鼓风机研究所于1992年为中低压离心通风机更新换代而开发成功的高效节能新产品。主要用于一般工厂及大型建筑物的室内通风换气。 （1）结构特点：采用了先进的三元流动设计方法，叶片为板型，结构简单、工艺性好、传动方式与4-72型风机相同，便于更新。 （2）性能范围：4-71型风机有3.1520等11种规格，通过切割叶片派生出4-7

30、4型34.75等5种规格，共16种规格。流量844221730 m3/h，压力1983187Pa，最高效率达90.5%。 （3）经济效果：由于该型风机的效率比老式风机提高4%，所以平均每台风机的年节电量约为2000kW·h。4.3 风机节能的潜力与主要对策 据不完全统计，目前全国风机行业制造厂的年产量约为200万台，如在设计制造方面设法使每台风机的效率提高1%，平均每台按20kW、年工作时间按3000h计算，则可年节电1200亿kW·h。 对于风机行业的高精尖产品（主要指离心式压缩机和轴流式压缩机），主要是发挥引进技术的作用。例如，沈阳鼓风机（集团）有限公司引进的意大利新比

31、隆公司的离心压缩机技术，陕西鼓风机（集团）有限公司引进的瑞士苏尔寿的轴流压缩机技术既达到了上述目的。 对于风机行业的量大面广的产品（主要指通风机），主要采取组织有关院所、高校与企业相结合，研制开发节能风机产品。 （1）研制开发矿用风机。研制中、小型煤矿用轴流和离心式通风机，每台可节电7500kW·h。（2）研制新型高效局部通风机。每台可节电1.2万kW·h，年产量可达930台左右，可节电共1116万kW·h。 （3）研制各种锅炉用高效节能风机。年产量可达2万台，可节电1亿kW·h。 提高风机本身的效率当然是基本的、重要的。风机研究单位和风机制造厂努力于搞三元流动叶轮设计，CAD/CAM一体化等项目，为使风机效率提高1%3%而绞尽脑汁；可是，现场使用中很多风机效率丢失10%30%却没有引起广泛的重视。也就是说，风机使用单位的节能潜力更大。设计、制造单位与用户结合，找出风机使用中存在的问题，是发掘风机节能潜力最有效的途径。 风机使用中经常存在的主要问题有如下几个方面。 （1）风机选型不当。一是对所需要的风量与压力层