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113年彰化縣政府淨零政策資訊 - 製程動力系統節能技術設備應用:氣浮式鼓風機技術
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更新日期   2024/03/13
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面對國內溫室氣體減量與國際溫室氣體排放管制趨勢,推動製造部門溫室氣體減量刻不容緩。由於製程技術或設備導入須考量之因素眾多,為協助工廠順利進行低碳生產新技術或設備導入之前期規劃,經濟部產業發展署辦理「低碳生產技術彙編」,藉由各產業專家所建議低碳生產技術設備之技術介紹及實務案例,以協助企業排除技術篩選之困擾與障礙,順利導入低碳生產製程技術。 
本系列內容將介紹四種不同製程動力系統節能技術,本篇說明「氣浮式鼓風機技術」,重點如下: 
 
製程動力系統節能技術:#3氣浮式鼓風機技術 
🎬 技術原理: 
傳統魯式鼓風機能量傳遞較複雜導致耗能,設備能量傳遞必須經過7階段;而氣浮式鼓風機馬達芯軸直接傳動葉輪,一體化構造使能量損失降至最低、極大化效能,且芯軸藉由無接觸式氣浮式軸承之運轉,其間空氣流通於芯軸和線圈中,使芯軸懸浮於空氣中,達成氣浮式軸承潤滑和自體散熱之功效,大幅降低維護需求,設備能量傳遞僅需經過4階段。 
氣浮式鼓風機之核心技術及節電技術說明如下: 
採用氣浮式軸承,沒有摩擦,無振動。 
採用高效高速永磁同步馬達,芯軸與葉輪採直接連結,使機械能量損失降至最低。 
採用高效離心式葉輪,並以變頻器控制轉速、風量、風壓、電功率等,達最適化輸出控制。 
出風口溫度因出口壓力需求而改變,相較傳統鼓風機約低15~17℃ (於任何出口壓力條件時),若應用於曝氣池則更有利微生物生長。 
相較於傳統鼓風機,體積小、重量輕、噪音低、運轉無振動,安裝空間較小且無需特別施做基礎台工程。 
可獨立將馬達散熱以管線方式銜接至鼓風機房外部,能大幅降低鼓風機房內部溫度,減少空氣壓縮之能耗。 
 
🎬 技術特點(相較單段壓縮): 
節能省電:採用變頻控制的空氣軸承高速渦輪鼓風機,與傳統魯式鼓風機相比約可節能20~40%,與傳統多段離心式鼓風機相比約可節能15~20%,與傳統齒輪單段高速渦輪鼓風機相比約可節能10~15%。 
友善環境:無振動、噪音低(約65~85 分貝)、使用壽命長(可超過15年)、不需使用潤滑油(脂)潤滑,沒有添加及處理廢棄油脂的問題。 
容易操作維護:使用變頻控制及人機介面操作,具有多種自動操控模式,維護方式只需定期更換空氣吸入過濾網,保養維護費用約只有傳統鼓風機的10% 左右。 
具有節能及操作維護簡便之優勢,反應於總操作維護成本之降低,與採購傳統鼓風機的價差回收年限約1~3 年。 
 
🎬 注意事項:  
依出風口風量/風壓、製程條件等需求項目進行規劃設計及本體材料選用。 
應考量現場環境溫度,系統入口溫度保護設定為60℃ (建議評估使用環境溫度低於40~45℃),系統馬達溫度保護設定為170℃。 
應考量入風口空氣品質,設備對於二氧化硫(SO2)、硫化氫(H2S)、氯氣(Cl)、氯化氫(HCl)、氟化氫(HF)、氨(NH3)、臭氧(O3)、二氧化氮(NO2) 等氣體設有平均濃度及最高濃度上限值,若環境含腐蝕性氣體需經設備製造商評估後方可使用。 
因氣浮式鼓風機技術,採用永磁式同步馬達轉動芯軸並直接驅動葉輪,其中氣浮式軸承為達成本身軸承潤滑和馬達本體散熱之設計,即是利用吸入之空氣產生空氣膜讓芯軸轉子懸浮之技術,故無法隔離芯軸轉子與馬達線圈中的空氣;因此,需避免安裝於含有高濃度腐蝕性氣體及高溫環境製程之現場使用,且本技術無法達到防爆設計,目前尚無法設置於防爆區使用。 
 
🎬 建議應用場域: 
物料運送、氣體類之升壓或輸送等製程需求及廢水處理之產業均可評估,建議應用產業包含水泥業、半導體業、面板業等。 
 
🎬 應用案例: 
國內某家印刷電路板(PBC)製造廠商,廠內原有1台40 hp魯式鼓風機,將其替換為40 hp氣浮離心式鼓風機,原先設備則作為備用機台,在額定功率不變下,額定風量從29.4 m^2/min,略為提升至35.2 m^2/min,額定風壓則從5,000Aq略為下降至3,500mmAq,效率值(比功率) 由1.502 kW/(m^3/min) 提升至1.147kW/(m^3/min),顯示改善為氣浮式鼓風機之節能率可達24%。透過替換氣浮離心式鼓風機,投資金額約為70~80萬(依管材閥件、訊號配置、安裝工程等條件而有所差異),節能效率可達24%以上,每年可節省25.8萬電費,減碳量可達43.7噸CO2e,預估僅需2~3年即可回本。 
國內某家工業用紙、紙器之製造廠商,其製程廢水處理程序生物曝氣池設置鼓風機,供應曝氣池適當之空氣量以維持微生物的好氧性分解能力。廠內原有3台275 hp魯式鼓風機,將其替換為2台350 hp氣浮式鼓風機。額定功率從275hp上升至350hp,額定風量從105 m^2/min,略為提升至195 m^2/min,額定風壓則維持不變,效率值(比功率) 由1.952 kW/(m^3/min) 提升至1.424kW/(m^3/min),顯示改善為氣浮式鼓風機之節能率可達27%。透過替換離心式鼓風機,投資金額約為350~400萬(依管材閥件、訊號配置、安裝工程等條件而有所差異),節能效率可達27%以上,每年可節省436萬電費,減碳量可達740噸CO2e,預估僅需1年即可回本。
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