一、概述：

　　鋼鐵廠(chǎng)以其資源密集、能耗密集、生產(chǎn)規模大、物流吞吐量大等特點(diǎn)，長(cháng)期以來(lái)一直被認為是煙塵排放量大、廢棄物多、污染大的企業(yè)。而電弧爐煉鋼是一些鋼鐵廠(chǎng)造成煙塵污染的主要來(lái)源之一。

　　電弧爐（簡(jiǎn)稱(chēng)電爐）主要是通過(guò)用廢鋼、鐵合金和部分渣料進(jìn)行配料冶煉，根據不同的鋼種要求，可以接受高炭鉻鐵水和脫磷鐵水，然后熔制出碳鋼或不銹鋼鋼水供煉鑄用。電爐煉鋼時(shí)產(chǎn)生的有害物污染主要體現在電爐加料、冶煉、出鋼三個(gè)階段。電爐冶煉一般分為熔化期、氧化期和還原期，其中氧化期強化脫炭，由于吹氧或加礦石而產(chǎn)生大量赤褐色濃煙。在上述三個(gè)冶煉期中，氧化期產(chǎn)生的煙氣量最大，含塵濃度和煙氣溫度最高。因此，電爐除塵系統按照氧化期的最大煙塵排量進(jìn)行設計。在系統最大風(fēng)量需求的基礎上增加1.1~1.3倍的安全閾度進(jìn)行除塵風(fēng)機選型設計。整個(gè)煉鋼過(guò)程中吹氧時(shí)期占30~35%，此時(shí)風(fēng)機處于較高負荷運行，而其余時(shí)間則處于較低運行工況。很顯然，除塵系統的利用率很低且系統效率差。

　　長(cháng)期以來(lái)，不論電爐處于哪一個(gè)運行階段，產(chǎn)生的粉塵大小均使除塵風(fēng)機全速運行，采用入口擋板開(kāi)度調節，效率低、功率大、造成大量的電能浪費。隨著(zhù)市場(chǎng)競爭的不斷加劇，節能降耗、提高生產(chǎn)效率成為企業(yè)發(fā)展提高競爭力的有效手段之一。

　　而在九十年代開(kāi)始廣泛應用的高壓大功率變頻調速技術(shù)則正是適應了市場(chǎng)的需求，在技術(shù)和應用領(lǐng)域上得到不斷的進(jìn)步和拓展?，F在，已廣泛應用于電力、石油化工、礦山、冶金、給排水、機車(chē)牽引等領(lǐng)域。

　　大冶特鋼集團某煉鋼廠(chǎng)正是在這種狀況下，對電爐除塵系統進(jìn)行高壓變頻技術(shù)改造研究的。該電弧爐除塵系統結構如下圖一所示。電爐在冶煉過(guò)程中的粉塵主要通過(guò)爐頂煙道經(jīng)沉降室沉積，水冷壁冷卻后經(jīng)除塵系統過(guò)濾排放；同時(shí)利用集塵罩將現場(chǎng)生產(chǎn)車(chē)間的粉塵和廢氣及時(shí)排走，以免危及電爐周邊工作人員的安全、污染環(huán)境。除塵風(fēng)機是將煙氣吸收排放的主要設備。

圖一 電弧爐除塵系統結構圖

二、系統技術(shù)方案研究：

　　大冶特鋼集團某煉鋼廠(chǎng)#8電爐為擴容的70t ABB交流電弧爐。除塵器系統采用TFMC布袋式除塵器，設計過(guò)濾面積11985m2，最大除塵風(fēng)量450000 m3／h。

　　#8電爐的煉鋼周期為70~85分鐘，其中裝料6~10%，送電熔化25~30%，吹氧30~35%，還原期15~20%，沖渣出鋼6~8%。在不同的生產(chǎn)工藝階段，電爐產(chǎn)生的煙氣量和煙氣溫度不同，且差異較大。加料過(guò)程中，主要是裝料時(shí)廢鋼及渣料產(chǎn)生的揚塵，需要的除塵風(fēng)量不大，要求粉塵不擴散，不污染電爐周邊工作環(huán)境為標準。送電過(guò)程中是原料送電拉弧加熱，引發(fā)可燃廢棄物燃燒產(chǎn)生廢氣。此時(shí)，電爐需要將爐料加熱至熔化狀態(tài)，要求煙塵能夠及時(shí)排出，又不能過(guò)多的帶走爐體熱量以保證煉鋼周期。而在吹氧期間，不僅要求除塵系統能夠及時(shí)迅速的將廢氣和粉塵排走，又必須保證爐體有合適的吹煉溫度，確保終點(diǎn)溫度。因此，對除塵系統要求較高。進(jìn)入還原期，吹氧告一段落，粉塵度再一次降低。在沖渣出鋼時(shí)，主要排放物是沖渣產(chǎn)生的水蒸汽和少量廢氣。

　　通過(guò)對冶煉工藝的分析：電爐在煉鋼過(guò)程的不同階段對除塵風(fēng)量的大小有明顯的不同，以吹氧冶煉為最大，加料除塵為最低。鑒于電爐除塵系統中除塵風(fēng)機的運行方式和設備特點(diǎn)，對除塵風(fēng)機的控制制定如下方案。

    2．1 設備參數：

    除塵風(fēng)機參數： 電動(dòng)機參數： 熱變電阻柜參數： 變頻器技術(shù)指標：

    型號：Y4-73 No31.5F 型號：Y6304-8 型號：HTR 5-2 型號：Harsvert-A06/220

    流量：456200m3/h 額定電壓：6000V 額定電壓：6000V 輸入電壓：6000V

    風(fēng)壓：352kPa 額定電流：185A 額定電流：200A 額定電流：220A

    軸轉速：730r/min 額定轉速：741r/min 額定頻率：50Hz 額定頻率：50Hz

    軸功率：1470kW 額定功率：1600kW 額定容量：2000kVA 輸出電壓：0~6000V

    輸出頻率：0~50Hz

    額定容量：2000kVA

2．2 系統電氣構成

　　根據現場(chǎng)生產(chǎn)工藝情況，選用利德華福生產(chǎn)的Harsvert-A型變頻器作為主件，該變頻調速系統具有諧波含量小，功率因數高、編程靈活、操作方便、模塊化結構、故障率低、免維護、易維修等特點(diǎn)。

    除塵風(fēng)機電氣系統的主接線(xiàn)結構圖如圖二所示。6kV電源通過(guò)母線(xiàn)段網(wǎng)側高壓開(kāi)關(guān)DL接入系統，采用多重化移相干式隔離變壓器進(jìn)行電源側電氣隔離，以減小對電網(wǎng)的諧波污染；變壓器輸出經(jīng)功率柜逆變輸出后直接驅動(dòng)三相異步電動(dòng)機，實(shí)現除塵風(fēng)量的控制。為保證除塵風(fēng)機安全可靠運行，系統設計了工／變頻兩套動(dòng)力系統。當系統變頻運行時(shí)，斷開(kāi)隔離開(kāi)關(guān)QS21、QS22；合隔離開(kāi)關(guān)QS11、QS12。由變頻器啟停設備，實(shí)現除塵風(fēng)機的轉速和風(fēng)量控制。當變頻線(xiàn)路出現故障時(shí)，系統切換至原工頻運行方式；斷開(kāi)隔離開(kāi)關(guān)QS11、QS12；合隔離開(kāi)關(guān)QS21、QS22。由原除塵系統通過(guò)熱變電阻柜啟動(dòng)風(fēng)機，入口擋板控制風(fēng)量。

圖二 除塵風(fēng)機電氣系統的主接線(xiàn)結構圖

2．3 系統控制方案

    由于不同工藝階段的煙氣溫度有明顯差異，因此溫度的高低直接反映了電爐的運行工況。系統并沒(méi)有采用檢測電爐工作中粉塵濃度的方式來(lái)直接控制除塵風(fēng)量，而是采集煙道溫度作為系統調節的基本參量，通過(guò)非線(xiàn)性函數關(guān)系推導出不同運行工況下的除塵風(fēng)量參與系統控制。從工程角度講，溫度變送器可以在惡劣的工業(yè)場(chǎng)合應用，抗干擾能力強、工作穩定性好、控制精度高、安全可靠、免維護且價(jià)格便宜。而粉塵濃度檢測裝置價(jià)格昂貴、穩定性差、故障率高、維護量大、現場(chǎng)檢測點(diǎn)數據采集很難具有廣泛代表性等缺點(diǎn)?；谏鲜鲈?，選用除塵煙道的煙氣溫度作為現場(chǎng)過(guò)程量。同時(shí)，以吹氧量和冷風(fēng)門(mén)開(kāi)度作為除塵風(fēng)量的修整參量，從而提高系統響應速度、改善控制品質(zhì)、達到良好的除塵效果、實(shí)現除塵風(fēng)量自動(dòng)控制、降低運行人員勞動(dòng)強度、提高系統效率，達到最佳的節電效果。具體的控制邏輯見(jiàn)圖三所示。

圖三

　　為了保證系統的可靠性，另外增加了除塵風(fēng)量手動(dòng)控制回路，對除塵風(fēng)量的控制采用分段調速的方式由爐前操作臺控制變頻運行的頻率點(diǎn)，從而實(shí)現不同運行工況下的風(fēng)量調節?？刂七壿媹D如圖四所示。

圖四

　　實(shí)踐證明：系統在設計了兩套控制方案后大大提高了系統的實(shí)用性和可操作性，很好的滿(mǎn)足了現場(chǎng)生產(chǎn)要求。同時(shí)，在改善現場(chǎng)工作環(huán)境，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低噸鋼能耗方面起到了積極作用。

三、系統特點(diǎn)：

    變頻調速技術(shù)在電爐除塵系統中應用后，主要體現了以下幾個(gè)特點(diǎn)：

    1． 除塵設備功耗隨電爐煉鋼生產(chǎn)工藝變負荷運行，提高了系統效率；實(shí)現了除塵系統的最佳工況運行。取得顯著(zhù)的節能效果。

    2． 大大有效降低了除塵系統負荷率，延長(cháng)了除塵器、除塵風(fēng)機、除塵電機、煙道等設備的使用壽命。

    3． 對降低爐內熱量損失，合理控制過(guò)程溫度，確保終點(diǎn)溫度起到一定的作用。

    4． 對除塵系統進(jìn)行變頻改造，有助于改善爐內吹煉工況，縮短煉鋼時(shí)間，提高鋼產(chǎn)量改善出鋼品質(zhì)。

    5． 降低補爐期間的能耗和爐襯散熱損失。

四、節能分析：

　　為了對除塵系統變頻改造后的效果進(jìn)行評價(jià)，在系統投入正常運行一個(gè)月后對設備實(shí)際使用和節電情況進(jìn)行了測定和數據分析。

　　隨機抽取一個(gè)正常生產(chǎn)日，將系統切換至工頻運行系統采用擋板控制調節風(fēng)量。采用網(wǎng)側有功電度表進(jìn)行耗電量計量，見(jiàn)表1。然后，連續采集變頻運行的7個(gè)正常生產(chǎn)日用電量進(jìn)行變頻運行工況下的單耗計算，以期變頻運行的數據更接近真實(shí)運行工況，具體數據采樣值見(jiàn)表1。

表一

　　通過(guò)對上表原始數據的處理，可以得出：除塵系統在變頻改造后較改造前，噸鋼除塵電耗降低了17.390kW·h。設備節電率高達58.63%，節能效果顯著(zhù)。

工頻運行時(shí)記錄曲線(xiàn)

變頻運行時(shí)記錄曲線(xiàn)

　　截取工頻運行時(shí)煉一爐鋼除塵風(fēng)機電流運行記錄曲線(xiàn)和變頻運行時(shí)煉一爐鋼的網(wǎng)側電流記錄曲線(xiàn)比較，可以直觀(guān)的看出風(fēng)機電流降低明顯，設備運行工況更符合實(shí)際生產(chǎn)工藝需要。

五、結論：

    通過(guò)對大冶特鋼集團某煉鋼廠(chǎng)#8電爐除塵系統變頻改造前后的技術(shù)分析，可以看出：在電弧爐除塵系統中應用高壓變頻調速技術(shù)不僅對有效改善現場(chǎng)生產(chǎn)狀況，提高鋼產(chǎn)量降低噸耗有著(zhù)重要的意義；而且每年可節約230萬(wàn)元左右的電費開(kāi)支。在電弧爐除塵系統中應用高壓變頻調速技術(shù)是完全正確的。