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优化除尘及烟雾过滤系统中的气流

- Lori Lehner,唐纳森 Torit 技术培训经理

延长滤芯使用寿命。 节能。 节省资金。

优化除尘及除烟雾系统中的气流控制为您带来了重大好处,包括延长滤芯使用寿命,进一步节能和节约总成本。 此外,在许多应用中,适量的气流对质量至关重要。 不锈钢焊接中,过量的气流会使保护气体与焊缝接触不足,导致接缝质量低劣;而过少的气流会使操作人员接触六价铬等有害化合物。

在可燃粉尘可能引发关注的材料加工应用中,适量的气流尤为重要,因为过量的气流会将有价值的产品从加工流程排到废气流中,而过少的气流则会使粉尘从加工过程逸出,并可能增加设施内的可燃粉尘危害。

在操作过程中,气流对滤芯使用寿命的影响经常被忽略,但在首次安装滤芯时这种影响可能会很显著。 操作上,新滤芯的低初始压力阻力会导致系统流量增加,这对操作而言没有什么影响,但会显著降低滤芯的总使用寿命(通常会减少一半以上)。 采用气流控制策略来维持设计气流可延长滤芯的整体性能寿命。

节能和总成本因气流控制策略而异,并在以下讨论中进行了概述。

控制气流的传统方法为手动调节除尘器风机上的出口风门。 系统条件会随时间变化,如果经常正确地进行上述调节,上述传统方法会成为气流控制的有效手段。 遗憾的是,并非所有操作人员都知道如何正确调整出气口风门,因此,工厂的滤芯使用寿命变短、产品质量下降、管理和运营成本增加是很常见的。

优化气流控制的其他方法包括:

  • 使用进气口叶片风门
  • 更换滑轮来调整风机
  • 采用变频驱动 (VFD) 数控系统

以下内容为各自的

进气口叶片风门

进气口叶片风门可使空气在进入风机时进行预旋,从而达到节能目的,这样风机运作可以稍微轻松一点。 该选择可节省马力、节能,且投资成本相对较低。 进气口叶片风门的缺点为,系统条件随时间变化,风门仍需手动调节,且可能需要对风门进行维护。 

通过更换电机和/或风机上的滑轮来调整风机

控制气流的另一种选择是通过在电机和/或风机上安装新的滑轮来实际改变风机转速。 低转速的风机降低了制动马力,节省了运营成本。 该调整可能具有成本效益,然而,在各种条件下调整风机速度并非易事。 此外,系统条件会随时间变化,通常还需要继续使用风门来对气流进行微调。 

更换滑轮的策略并不罕见,因为在系统设计期间通常会采用一些传统因素来维持系统速度。 确定并移除传统的设计估算可节省一部分能源。 在管道设计中,设计人员为防止出现意外阻力,通常会在风机中增加一两英寸的额外静压。 

传统设计实践的一项示例为粮食行业,考虑到系统的静态变化(粉尘堆积在滤芯上所致),该行业的许多设计人员采用每分钟 4,500 feet 英尺作为最小输送速度。 操作人员不得调节出气口风门(若有),以防止粉尘在管道内聚积,管道内聚积的粉尘为可燃粉尘,构成一定危害。 系统设计人员通常采用传统的、高于要求的速度来弥补气流的意外减少。

变频驱动 (VFD) 数控系统

优化除尘器内气流的有效方法为使用变频驱动 (VFD) 进行数控。1 该方法可监测系统参数,如管道中的速度压力或除尘器进气口处的静压 - 两者都可以直接与所需的操作参数(容积流率)绑定。 变频驱动数控系统可监控系统状态,并在系统条件随时间变化时自动调节气流。

数控变频驱动的主要优点为,其可以在系统条件随时间变化时自动维持设计气流。 确定设计气流,并在初始启动期间由技术人员设置数控器进行控制变量。 从而无需操作人员在系统条件发生改变时手动调节风门(即随着滤芯上的粉尘聚积,压降增加)。 数控变频驱动气流系统有助于在除尘罩处维持充足的捕获力,保持高生产率,保证本应留在加工过程的产品不被带出,并帮助确保工人呼吸区的高质量空气。  数控变频驱动系统还可确保一致的输送速度,从而减少管道中的材料堆积,最大限度地减少维护和管道火灾等潜在风险。 

数控变频驱动系统还可以通过降低最高要求负荷,来实现类似于电机软启动的节能效果。 使用数控变频驱动的另一个优点为降噪。  与使用出气口风门相比,适量的气流量和相关速度大大降低了噪音。 一位经营热喷涂车间的客户表示,在安装了配有该系统的除尘器后,噪音大幅降低,他计划用数控变频驱动改装所有除尘器。

数控变频驱动系统的一个缺点为其投资成本。 若考虑变频驱动控制系统,请通过 DSIRE™(国家可再生能源与效率激励政策数据库)等网站和当地电力和天然气公司寻求退税政策。  这些激励政策通常很可观,可抵消数控变频驱动系统的大部分投资成本。  值得注意的是,有些组织要求在发出购买设备的采购订单之前提交(甚至批准)申请。

例如,在 10"wg 英寸水柱(1 英寸水柱 = 25.4 毫米水柱)静压下,输送 25,000 cfm 立方英尺/分钟 (CFM) 的风机,在 1853 转/分钟 (RPM) 时将使用 49.8 制动马力 (BHP)。
通过电气控制系统和变频驱动节能

数控变频驱动系统可通过将风机速度 (RPM) 降到最低来控制气流,以实现节能。 这很有效,因为现有风机定律包含风机速度与制动马力或风机消耗的能量之间的立方关系。  公式如右侧所示。

假设每千瓦时 (kWh) 0.07 美元,则该风机每天运行 24 小时,每周运行 7 天的年运行费用为 17,000 美元。(建议您在线查看您所在地区的电费率。)

年运行费用 = HP x 0.746 kW/HP x $/kWh x 小时 / 电机效率

New York Blower Company 风机曲线允许值

如果您的系统静态附着平均为 7"wg 英寸水柱(1 英寸水柱 = 25.4 毫米水柱),而非当滤芯接近其使用有效期限时所需的 10 英寸水柱,则风机的平均速度(使用变频驱动)可降低至 1680 RPM。  那时的年运行成本只会更低。

在滤芯的大部分使用期限中,风机的成本为每年 12,500 美元,节约 4,500 美元,而这是整体节约。 这相当于该风机该系统的每英寸静压节约 1,500 美元,且每年都会产生这些节约。

同样的情况下,假设每 kWh 0.20 美元,则每年可节约 18,000 美元,即每英寸静压节约 6000 美元。

即使是与您的除尘器气流完全匹配的风机曲线,也会包含一两英寸的额外静压,以适应意外阻碍和过滤条件的变化。 在系统自动维持设计气流的情况下,气道中的材料从气流中掉落的风险降低,并且可选择不太保守的输送速度。

设计系统静态
累计节约

采用变频驱动气流控制器的系统最初成本较高,但仅基于节能的投资回报 (ROI) 通常不超过两年,且不包含更久的滤芯使用寿命及更好的流程控制所带来的任何额外节约。 

如何进一步优化您的系统并利用节能:

  • 使用优质滤材,使粉尘能够附着在其表面,而非嵌入其内部。 从而增强清洁效果,降低压降,并延长滤芯使用寿命。 谨记,每一英寸静压都有成本,与普通滤材相比,使用表面过滤滤材通常可节约一到两英寸平均静压。
     
  • 请对系统进行以下修复,以增加节能:
    • 拆下多余弯管以使气道更直,
    • 使用设计精良的进气箱代替风机正前方的任何弯管,
    • 将所有 T 型配件更换为传统 30 度支管接头,并重新设计或更换任何低效和/或损坏的除尘罩。

变频驱动气流控制器可优化除尘及除烟雾系统中的气流,进而延长滤芯使用寿命、节能,并最终节省资金,因而被证实为可靠的选择。

我们可以帮助您为您的应用获得解决方案。

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