炭素生产除尘系统节能控制方案探究

李永平

（山西宇通碳素有限公司，山西 晋中 030600）

炭素企业在生产过程中不免会产生大量的粉尘污染，除尘系统伴随着整个工艺生产流程，因此除尘设备是必不可少的。其工作原理就是利用引风机产生的负压通过管道把生产中产生的粉尘吸引过来，再经过旋风收集器和布袋过滤器把粉尘收集起来，而使风机排出的尾气达到所要求的排放标准。

伴随粉尘治理的要求不断提高，为保证除尘效果、降低有害粉尘对环境的污染，除尘系统的功耗也不断增加。由此，如何减少能量损耗，降低除尘设备维护费用，成为炭素行业亟待解决的重要问题之一[1]。

1 除尘系统的能耗分析

除尘系统包括输送原料除尘部分和锅炉烟尘处理部分，一般由烟尘捕集罩、除尘器、管道和风机等部分组成，其任务是将污染源散发的颗粒污染物捕集并送到除尘器净化后达标排放。

1.1 除尘系统的构成、能耗及常规结构缺点分析

除尘系统一般由烟尘捕集罩、除尘器、管道和风机等部分组成，其任务是将污染源散发的颗粒污染物捕集并送到除尘器净化后达标排放。除尘系统的能耗一般包括两部分，一是除尘设备处理灰尘气体的功率损耗，即处理所捕集的气体和克服系统阻力所消耗的功率；二是系统附加能耗，如湿式除尘器循环供水消耗的电功率，布袋除尘器反吹系统消耗的电能，输灰系统、电动阀门、烟气加热等消耗的电能等[2]。

很多企业常用的做法是给每一台或每一组设备配备一套由风机和除尘器等组成的除尘设备。这种结构最大的缺点就是设备过于分散，不便于管理，而且还有很多的潜在浪费，如设备已经停止工作，风机还在满负荷运转，从而造成大量的电能损失。

1.2 一种新设计方案的应用实践

当前能源过渡消耗弊端日益显现，可持续发展的理念已在全球广泛提倡。在我国更是提出了“绿水青山就是金山银山”的新 发展战略思路。本文正是基于在电力能源节约方面的想法，结合我们多年的工作实践，提出了一种方案：通过对除尘系统设备和工艺合理改进，使之在保证环境保护的前提下，尽量减少电力浪费，节约能源。以下就是此方案的基本思路。

1.2.1 取消小风机

原来小除尘器构成的多点除尘系统，每台或每组设备都要有除尘器、引风机，造成占地面积大、运转设备多、维修费用增加，通过对生产所需风量计算，选用功率比较大的风机和过滤面积比较大的布袋除尘器，系统的进风口通过合适管径的管道送到各个除尘点，同时在每个除尘点入口处安装一个由气缸控制的风门，用于调节每台设备的风量。这样就减少了设备台数，便于管理。

1.2.2 根据流体力学理论，自动和智能调节风量和风门

新方案对于整个系统的控制由“PLC+触摸屏+变频器”组成，根据生产设备的运转情况，自动调节风量和风门。设备运转，对应的风门打开，进行除尘，同时主风机转速上升。相反，设备停止对应的风门关闭，主风机转速下降。而且风机转速的调整量可以随时根据工艺的变化进行调整。

根据流体力学理论，风机轴功率计算公式为：

式中，Q-风量m3/h，H-风压N/m3，η-风机效率

由式(1)可见，风机轴功率与风量Q成正比，风量是受风门开度影响的，在满足使用要求情况下适当调节风门开度，可以减小轴功率。

其中ϱ——空气密度 kg/m3;C2U——出口扭曲速度 m/s

由上式可见，对于同一台风机其风压和转速的二次方成正比。

2） 两台同类型通风机的流量之比为

由此可见，对于同一台风机，其流量与转速成正比。

3）在相似工况下，η=η'，并把公式（2）和公式（3）代入公式（1），得到两台相同风机的轴功率之比为从上述分析可以得到这样的结论，风机负载所需的功率与其转速的三次方成正比。在保证生产工艺要求的前提下，采用变频器降低电动机转速，可以节约不少电能消耗。同时通过自动控制系统，根据设备运行情况打开或关闭相应的除尘阀，也能避免不必要的风力损耗，从而改善除尘效果，提高整个系统工作效率。

该方案在山西宇通炭素公司实践运行三年多，取得很好的效果，既能满足生产要求，又节省了大量的电能。在该公司老厂原料车间生产线上，除尘器和配套风机大大小小十余台，电动机规格从18.5～37kW不等。而且比较分散，管理十分不便，每天浪费电能1000多度。以平均电价0.5元/千瓦时估算，一个月损失1.5万元。

在2016年公司异地扩建项目中，设计和建设一改以往的思路，秉承节能降耗的理念，除尘系统采用新方案并取得了积极成效。还以原料车间举例：取消大大小小不等的除尘器，只装一台过滤面积为 700 平方米的布袋除尘器，配套风机电机功率110kW。安装了由PLC等组成的自动控制系统，科学合理地控制电动机运行速度和运行工况。此电机最大工况时运行频率50HZ，每班运行 2小时。大部分时间其运行平均频率仅35HZ，相比较盲目的满负荷运转，电能消耗节约40%，同时设备的损耗随之降低，维修投入也随之降低。

在该公司的中碎车间，按照设备分组，集中管理的原则配备有 6 台 37kW的风机，如果同时开启的话总电流可达440A，每小时电耗 210kwh。通过新设计，设备开风机转，设备停风机停；而且，设备开得多风机就转得快，设备开得少风机转得慢，避免了不必要的电能损耗，总运行电流仅250A，电能节省30%～40%。工艺流程详见图1，除尘系统控制面板及控制用气动蝶阀见图2、图3。

图1 宇通炭素公司除尘系统工艺流程图

图2 宇通炭素公司除尘系统控制图例

图3 控制用气动蝶阀3 结束语

综上所述，一个好的除尘系统除了能满足生产和环保要求外，低能耗也是重要指标之一。通过合理调整不同功率风机的数量结构，并采用智能系统调节风量和风门，就一定能减少能耗和设备维修维护费用。经过三年多的生产实际，新方案切实可行，具有良好的经济效益。