趙 兵 武韶微 賈 凡 李山水

（1.山東恒拓科技發(fā)展有限公司，山東 濟(jì)南 250000； 2.山東山水水泥集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250307）

0 引言

近年來，山水集團(tuán)調(diào)整創(chuàng)新發(fā)展思路，多措并舉緊緊圍繞節(jié)能減排持續(xù)發(fā)力。公司以水泥生產(chǎn)線的重點(diǎn)能耗設(shè)備作為切入點(diǎn)，對市場上種類眾多的節(jié)能降耗設(shè)備、技術(shù)手段進(jìn)行了大量調(diào)研論證和實(shí)地考察。風(fēng)機(jī)作為水泥生產(chǎn)線上諸多環(huán)節(jié)氣體流動(dòng)的動(dòng)力源，消耗的電力不可小覷。公司的調(diào)研結(jié)果為空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)替換傳統(tǒng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)創(chuàng)造了條件。本文僅就水泥廠空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)的正確選型與應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)組成及工作原理

空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)主要包括葉輪、空氣懸浮軸承、變頻器、高速永磁電機(jī)及其控制系統(tǒng)。電機(jī)主軸與風(fēng)機(jī)葉輪同軸，高速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)由空氣懸浮軸承實(shí)現(xiàn)“無接觸、無機(jī)械摩擦”式支撐?？諝鈶腋≥S承以空氣為工作介質(zhì)，以彈性平坦箔片為支撐面，以彈性波浪箔片為支撐構(gòu)件，最大限度地減少了摩擦，減少動(dòng)能損耗，達(dá)到節(jié)能目的。其主要結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)組成

空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)是在轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)（轉(zhuǎn)速可高達(dá)30000r/min），空氣在轉(zhuǎn)子與箔片軸承表面之間產(chǎn)生動(dòng)壓效應(yīng)，形成一個(gè)高壓氣膜而將轉(zhuǎn)子托浮起來，整個(gè)轉(zhuǎn)子在空氣中呈懸浮狀態(tài)、無機(jī)械摩擦地高效旋轉(zhuǎn)，見圖2所示。初始狀態(tài)（即開機(jī)前），葉輪轉(zhuǎn)子與軸承（即扁平箔和波紋箔）接觸（如圖2中5所示）；但起動(dòng)后轉(zhuǎn)子進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，由于空氣的黏性和楔塊的作用，平面間會(huì)產(chǎn)生動(dòng)壓效應(yīng)，在箔片和轉(zhuǎn)子表面，使扁平箔和波紋箔發(fā)生彈性變形，將扁平箔推開，然后使轉(zhuǎn)子處于懸浮狀態(tài)，同時(shí)由于轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)子和箔片之間形成高壓氣膜，對轉(zhuǎn)子形成動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的提升懸浮力[1]（如圖2中6所示）。

圖2 空氣懸浮風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子、軸承位置及狀態(tài)變化示意圖

可以看出，在箔軸承的啟動(dòng)和停止階段，當(dāng)速度低于臨界速度時(shí)，動(dòng)壓效應(yīng)不足以懸浮轉(zhuǎn)子，軸承的內(nèi)表面和轉(zhuǎn)子之間仍將存在接觸摩擦。雖然時(shí)間很短，但是扁平箔的磨損問題會(huì)縮短其使用壽命。目前的制造技術(shù)，已經(jīng)足以保證軸承使用壽命達(dá)到10萬小時(shí)、起動(dòng)次數(shù)不少于2萬次，故只要廠家的售后服務(wù)能做到及時(shí)和定期更換，生產(chǎn)運(yùn)行中是安全可靠的。

2 選型及應(yīng)用

經(jīng)過最近幾年的實(shí)踐，空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)在水泥行業(yè)的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成熟，使用范圍也逐漸由窯頭噴送煤粉、窯尾分解爐噴送煤粉、窯頭一次風(fēng)機(jī)，拓展至生料均化庫、水泥庫庫底等均化供風(fēng)場所。在滿足工藝要求的前提下，要實(shí)現(xiàn)節(jié)能最佳效果，必須正確選型和使用。

2.1 空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)的選型

（1）選型時(shí)，其中生產(chǎn)工藝所需要的風(fēng)量和風(fēng)壓是最重要的技術(shù)參數(shù)。確定風(fēng)壓、風(fēng)量參數(shù)時(shí)，一是要參照原有設(shè)備銘牌數(shù)據(jù)；二是務(wù)必要求設(shè)備廠家的技術(shù)人員到現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)際的測量、計(jì)算，同時(shí)要與工廠管理層和技術(shù)人員進(jìn)行充分的溝通，確定后續(xù)是否有提產(chǎn)需求；三是要充分掌握羅茨鼓風(fēng)機(jī)和空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)工作特性的區(qū)別。

羅茨風(fēng)機(jī)屬于容積式鼓風(fēng)機(jī)，是靠旋轉(zhuǎn)時(shí)葉片間的容積變化將空氣擠出機(jī)殼。理論上，如果轉(zhuǎn)子、機(jī)殼強(qiáng)度和電動(dòng)機(jī)功率足夠的話，其排氣壓力可以一直增加，也就是說其受到的阻力越大、排氣壓力就越大；這類風(fēng)機(jī)的另一特點(diǎn)是其排氣流量只與其轉(zhuǎn)速有關(guān)，排氣壓力有波動(dòng)時(shí)（峰值不超過其額定排氣壓力），只要轉(zhuǎn)速不改變，排氣量基本上也不變，屬恒流量風(fēng)機(jī)。

空氣懸浮風(fēng)機(jī)屬于離心式鼓風(fēng)機(jī)，是利用葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的離心力來擠壓空氣，以達(dá)到一定的風(fēng)量和風(fēng)壓并送出機(jī)殼。輸出功率不變的情況下，風(fēng)壓和風(fēng)量一般呈反比關(guān)系:風(fēng)壓高，風(fēng)量相對就低；風(fēng)量大，風(fēng)壓就低一些。對于水泥廠（熟料線或粉磨線）的生產(chǎn)，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量基本保持穩(wěn)定，其恒流量控制模式就能滿足正常生產(chǎn)時(shí)的需求。現(xiàn)場工況（比如窯尾煤粉輸送量短時(shí)波動(dòng)）造成輸送壓力脈動(dòng)時(shí)，風(fēng)機(jī)進(jìn)口處的流量檢測裝置實(shí)時(shí)檢測到這一變化，控制系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)與風(fēng)量給定值的偏差，提升或降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以保證實(shí)時(shí)流量。

同時(shí)，因?yàn)榭諝鈶腋★L(fēng)機(jī)屬于離心式鼓風(fēng)機(jī)，因此同樣存在有喘振和阻塞（即過流）兩種特性，其風(fēng)機(jī)性能曲線圖見圖3。為防止運(yùn)行時(shí)發(fā)生喘振，在設(shè)計(jì)選型時(shí)就要盡可能使其有較寬的穩(wěn)定工作區(qū)域（即圖3中喘振線和過流線之間的區(qū)域，此區(qū)域?yàn)榉€(wěn)定、安全工作區(qū)域）。選擇計(jì)算正常工況的工作點(diǎn)時(shí)，要距離喘振點(diǎn)（線）有一定的距離，一般選取喘振流量小于0.8倍的工況流量即可。

圖3 某空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)性能曲線圖

由圖3可知，壓力、流量只要在喘振線與過流線包括的區(qū)域內(nèi)波動(dòng)，又能滿足工況要求，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行就是安全可靠的，同時(shí)也就能有效地解決喘振、過流問題。

（2）特別要注意的是窯頭一次風(fēng)機(jī)，因?yàn)椴煌瑥S家的燃燒器，對風(fēng)量、風(fēng)壓都有嚴(yán)格、特殊的要求，風(fēng)壓或風(fēng)量匹配不好，會(huì)嚴(yán)重影響熟料煅燒和回轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)、質(zhì)量。目前，市場上的燃燒器廠家品牌較多，又分高風(fēng)壓、中低風(fēng)壓、大流量、中小流量等多種規(guī)格。

回轉(zhuǎn)窯點(diǎn)火期間，窯頭用煤需要風(fēng)量較小，一次風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓較低。隨著點(diǎn)火升溫時(shí)間的增長，需要陸續(xù)增加一次風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和風(fēng)量，直至回轉(zhuǎn)窯投料達(dá)到正常產(chǎn)量。因此，要求空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)能夠滿足回轉(zhuǎn)窯點(diǎn)火烘窯、低產(chǎn)量、正常產(chǎn)量時(shí)的多種工況。

（3）選型時(shí)要保證正常工況下，風(fēng)機(jī)運(yùn)行在其曲線圖的高效區(qū)域內(nèi)，以達(dá)到節(jié)能預(yù)期效果；如果不在高效區(qū)域內(nèi)，建議調(diào)整風(fēng)機(jī)選型甚至更換設(shè)備廠家。

（4）選型時(shí)提前做好與設(shè)備廠家的交流溝通，對將來可能提產(chǎn)的生產(chǎn)線，要提前說明，確保廠家在選型時(shí)預(yù)留風(fēng)量調(diào)節(jié)裕量以滿足未來需求。

（5）要關(guān)注工作場所是否是高海拔地區(qū)，如果地處海拔1000m以上，應(yīng)提前與廠家溝通。高海拔地區(qū)空氣稀薄，會(huì)影響風(fēng)壓、風(fēng)量參數(shù)。

風(fēng)機(jī)風(fēng)壓計(jì)算公式為：

式中：

P1——工作場所的風(fēng)壓，Pa；

P2——廠家設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)壓力，Pa；

B——工作場所大氣壓，mmHg；

T2——設(shè)計(jì)溫度，℃；

T1——工作場所工況介質(zhì)溫度，℃；

760mmHg——在海拔0m,空氣在20℃情況下的大氣壓。

工作場所海撥高度換算大氣壓：

(760mmHg)-(海撥高度÷12.75)=工作場所大氣壓(mmHg)

從公式中可以看出，工作地點(diǎn)海撥越高，空氣越稀薄（空氣密度?。?、大氣壓越低，如果不進(jìn)行參數(shù)修正，風(fēng)機(jī)的工作壓力就可能因?yàn)檫^低而不能滿足生產(chǎn)工藝要求。

由于風(fēng)機(jī)風(fēng)量和風(fēng)壓的關(guān)系是壓力之比等于風(fēng)量比的平方。依上述公式，根據(jù)提供的工作地點(diǎn)海拔高度，設(shè)備廠家一般按如下方法進(jìn)行初步修正：風(fēng)機(jī)流量在0～1000m海撥高度時(shí)可不修正；1000～1500m海撥高度時(shí)加2%的流量；1500～2500m海撥高度時(shí)加3%的流量；2500m以上海撥高度時(shí)加5%～8%的流量。

2.2 空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)的使用

空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)的維護(hù)較為便捷，但要保證設(shè)備的安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)，操作使用人員要做好以下事項(xiàng)：

（1）根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境清潔程度，定期清洗更換過濾棉。具體周期根據(jù)實(shí)際確定。濾棉變臟時(shí)，設(shè)備檢測到機(jī)柜內(nèi)外空氣壓差變大后，會(huì)聲光報(bào)警提示。對于較清潔的使用環(huán)境，可每三個(gè)月清洗一次過濾棉，每半年至一年更換一次過濾器。過濾棉一般都1用1備，可在線更換，不影響設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）注意大功率電氣設(shè)備的電磁干擾，要提前聯(lián)系設(shè)備廠家對周邊環(huán)境進(jìn)行評估勘查。施工時(shí)按規(guī)范敷設(shè)電纜，控制電纜、模擬量電纜應(yīng)選用屏蔽電纜并做好屏蔽層的接地。

（3）中控操作人員要注意運(yùn)行模式的靈活選用?？諝鈶腋」娘L(fēng)機(jī)擁有多種控制模式，在窯系統(tǒng)點(diǎn)火升溫期間，可通過變換系統(tǒng)控制模式，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的低轉(zhuǎn)速、低壓力和低流量輸出，滿足回轉(zhuǎn)窯點(diǎn)火投料過程中的工況需要。

3 應(yīng)用空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)效果對比

通過對空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)在水泥生產(chǎn)線上的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，充分驗(yàn)證了其優(yōu)越的性能指標(biāo)：節(jié)電率平均可達(dá)25%～40%（見表1、表2），噪音由原來的115dB降至80dB以下；其中對職工作業(yè)環(huán)境的改善、無油化免維護(hù)帶來的便捷性，更是得到了崗位工人的高度認(rèn)可。

表1 集團(tuán)某5000t/d熟料線節(jié)能數(shù)據(jù)對比

表2 集團(tuán)某3200t/d熟料線節(jié)能數(shù)據(jù)對比

4 結(jié)束語

本文的實(shí)踐證明，空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)在水泥行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)成熟，使用范圍由窯頭噴送煤粉、窯尾分解爐噴送煤粉、窯頭一次風(fēng)機(jī)，拓展至生料均化庫、水泥庫庫底等均化供風(fēng)場所。在滿足工藝要求的前提下，要實(shí)現(xiàn)節(jié)能最佳效果，必須正確選型和使用。總之，由于空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)具有節(jié)能高效、運(yùn)行穩(wěn)定、故障率低、維護(hù)便捷和易實(shí)現(xiàn)智能化操控的特點(diǎn)，成為水泥企業(yè)代替羅茨鼓風(fēng)機(jī)類設(shè)備節(jié)能改造和新建生產(chǎn)線的首選。