风机节能改造
1. 引言
在当今全球能源紧张和环境保护意识日益增强的背景下，节能已成为各行各业不可回避的重要课题。作为工业领域中能耗较大的设备之一，风机的节能潜力巨大，实施节能措施不仅能显著降低企业运营成本，还能减少碳排放，实现经济效益与环境效益的双赢。
风机是输送气体的重要设备，在国民经济生产中占有相当重要的地位，风机是电老虎，据不完全统计，风机的耗电量约占全国发电量的10%，按照去年全国发电量计算，风机效率每提高1%，可节约电费综合约为3万亿元，减排90亿吨，可见风机节能的影响是巨大的。
2. 风机能耗现状
为了摸清国内风机的实际运行效率的情况，对测试过的工业大型风机的数据进行了汇总分析，测试的风机台数总共超过了300台。
测试结果表明，测试风机的实际运行效率平均为65%，具体分布如下图。
总体而言，国内的风机实际运行效率普遍不高，实际效率超过80%的风机数量只占测试风机数量的12%，实际效率在70%~80%之间的风机数量占测试风机数量的31%，实际效率在60%~70%之间的风机数量占测试风机数量的31%，实际效率低于60%的风机数量占测试风机数量的26%。
可见，风机的节能潜力巨大，通过优化设计，风机系统可实现10%~40%的节能效果。
3. 风机能耗高的原因
从上面的风机运行效率测试的数据分析结果来看，大部分的风机运行效率普遍较低，主要的原因有以下几方面：
设备效率低：
许多企业仍在使用老旧风机，其运行效率仅为50%~70%，远低于高效风机的80%~89%，国内的风机供货商很多，技术水平参差不齐，有些制造商技术落后、制造水平不高的企业，其风机实际运行效率比较低。
风机的设计裕量太大：
风机是按照给定的风压、风量来选型的，在做烟风系统设计时都会选择合适的经验系数来做计算，之后再根据计算结果加一定的裕量，如果裕量太大，就会导致风机实际运行的时候，实际系统阻力远低于理论系统阻力，即风机实际工作点远远偏离设计点，进而导致风机实际运行效率较低，这个也就是通常说的“大马拉小车”现象。另外，电机运行的效率也会大大降低，增加能耗。
风机的调节方式不合适：
风机是在系统中工作，实际的系统阻力难免与理论的系统阻力有偏差，因此实际运行中需要调节风机的工作点以适应系统实际的阻力需求。
风机的调节方式一般有下面几种，入口挡板调节、入口导叶调节、动叶调节以及变速调节，入口挡板调节和入口导叶调节造成的阻力损失较大，因此风机的效率会降低， 而动叶调节和变速调节通过调节叶片的角度以及转速来改变风机的性能，不会增加额外的阻力损失，因此风机效率较高，是高效节能的调节方式，应优先选用。
管网设计不合理：
官网包括风道、挡板、变径段等，风道弯头过多、变径频繁、走向迂回，都会导致气流紊乱，增加湍流损失，从而使风机的效率降低，增加能耗。
风道的截面突然增大或者缩小，会导致局部阻力过大；另外，法兰连接不严密、风道破损、检查门密封差，会导致漏风率过高，这些都会使能耗增加。
管径的大小直接影响气流的流速，管径过小，流速太高，气流损失大；管径过大，流速过低，会导致积灰，风机效率也会降低。
风机的运行管理不到位：
风机是输送生产过程中气体的设备，只有合理配风、精细运行才能降低不必要的浪费，进而达到节约能源的目的。但现实的情况是管理上需要改善的地方还比较多，比如管路系统的漏风、电厂暖风器的堵塞以及GGH和脱硫脱销装置的堵塞、钢厂烧结料层厚度的不合理增加、管路系统挡板门不能完全打开等等，这些都会导致风机增加无用功，降低风机的实际运行效率，导致企业的能耗增加。
4. 提高风机效率的关键技术
通过上面的分析可以看出，我国大部分行业风机的节能潜力非常大，在能源短缺、全球气候变暖的大环境下，每个企业都需要有节能减耗的社会责任。 那么，如何提高风机的效率进而达到节能减耗的目的呢？
变频调速技术（VFD）：
随着变频技术的发展，为风机的变频调节提供了可能。风机的变频原理就是通过改变风机的工作转速，来改变风机的性能，从而使风机能在相对较高的效率区运行，而达到节约能源的目的。
当风机的实际工作点偏离设计点的时候，变频调节能大幅提高风机的实际工作效率，偏离的越远，效率提高的幅度越大，因此是目前提高风机效率的最常用的方式。对于已经投入运行的风机，变频改造是达到节能目的的最有效的方式。
风机变频的确节能，但由于风机是体积比较大、转速较高的旋转机械，在采用变频改造时必须考虑诸如强度、转子疲劳、轴承润滑、失速等问题，否则会有非常大的安全隐患。
高效风机设计：
国内的风机设备技术水平参差不齐，风机的效率也差别很大，选用技术先进、高效节能的风机产品，是风机节能降耗的重要保证。
现代高效风机一般都采用三维扭曲叶片、高效蜗壳设计，并结合CFD仿真优化，使运行效率提高。
当然，高效节能的风机产品比技术落后的产品价格要高，企业在采购设备的时候不能只看设备的初始投资，应综合初始投资、运营成本、维护维修的成本，综合考虑，这样才能真正落实技术先进的设备在现场的应用，达到节能降耗的目的。
优化管网设计：
优化管网设计主要使选择合适的管道直径、合理设计管道的变径、合理布置管道，减少秋柳损失进而提高风机的效率。
另外，可以优化设计来降低局部阻力损失，比如弯头加装导叶、变径段采用合适的扩张角或者压缩角等。
管网设计不合理会显著增加风机能耗，通过优化布局、降低局部阻力、严控漏风、合理选径等措施，可明显降低阻力损失进而提高风机的效率。
合理的风机选型：
作为风机设备供应商，风机选型是关键，推荐客户使用合适的风机。
由前面的分析可知，风机的裕量太大，会导致风机的效率降低，因此风机参数的设计是否合理，直接影响风机的实际运行效率，是风机节能降耗的根本。
现在的风机技术有很大的发展，风机的性能是比较准确的，在设计风机的参数时，没有必要留太大的裕量，裕量的设计要符合适度的原则。
另外，国家不同行业的风机都有选型设计标准，标准中都对风机参数的裕量有规定，这些行业标准一般都是几十年前制定的标准，那个时候风机的技术发展比较落后，因此标准中规定的风机参数的裕量比较大，随着风机技术的发展，标准的更新严重滞后，受标准要求的风机参数裕量的约束，导致风机的设计裕量太大，“大马拉小车“的现象比较普遍，因此标准更新的滞后严重影响了风机的节能降耗工作。
另外，在做风机系统设计计算的时候，可以采用先进的CFD模拟技术来模拟计算系统的阻力、风量等参数，这样的计算能得到比较准确的结果，比传统的按经验系数计算的风机参数更接近实际情况。
对于改造的风机，可以先对系统的阻力、流量进行现场测试，然后根据实际情况选定新的风机，这样新风机的运行参数就会与实际需求比较接近，从而使风机运行的效率比较高。
提高设备运营的管理水平：
好的设备需要好的管理，提高设备运营的管理水平，对发挥设备的优势、提高设备运营的效率也是很关键的，建议企业可以从以下几方面入手，争取做到精细计划、按需通风，避免不必要的能源浪费。
精心安排生产，合理操控风机，力争实现按需通风。应用现代预测控和人工智能算法，实现系统整体能效最优化是设备管理的趋势。
提高设备管理人员的业务水平。
优化系统，避免不必要的系统阻力的增加。
设备维修保养要到位，避免“凑合着用“等管理观念。
建立完善的能效监测系统，实时跟踪风机性能指标，及时发现并解决效率下降问题。定期维护包括叶轮清洁、轴承润滑、对中校正等，可保持风机处于高效运行状态。
风机节能是一项技术性强、综合性高的工作，是一项系统性工程，需要从设计、选型、控制、运行、维护等多个环节协同推进。随着技术的进步和能效标准的提高，风机节能潜力将进一步释放。企业应抓住机遇，将节能改造纳入长期发展战略，既实现降本增效，又履行环境责任，为可持续发展做出贡献，为国家实现双碳的战略目标添砖加瓦。
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