高壓變頻技術在電爐除塵系統中的應用探討

閆宇潔

長期以來，鋼鐵廠由于其資源十分密集，能耗消耗較大，生產規模較大以及物流發展速度較快等特點，被很多環境保護人員認為是煙塵排放量最大，廢棄物最多且污染最大的企業。而電爐產生的廢氣是當前造成鋼鐵廠產生大量煙塵污染的主要原因之一。為此，提高電爐中的除塵系統應用質量，在當前顯得尤為重要。

1 電爐除塵系統的應用現狀

電爐也稱電弧爐，主要是利用廢鋼、鐵合金或者是部分鋼鐵廠的渣料進行配料演練，能夠根據不同工種的要求進行演練，電爐可以接受高碳鉻鐵水和脫硫鐵水，其最終可以制作出碳鋼或者是不銹鋼鋼水。電爐在煉鋼過程中會出現對環境造成污染的有害污染物。而其中出現污染物的三個階段分別是電爐的加料、冶煉以及出鋼階段。其中在電爐的演練過程中，可以簡單地將其分為熔化期、還原期以及氧化劑，特別是在氧化期中，由于氧化期電爐會出現內部材料脫碳的現象，加之吹氧和加礦石，導致大量的赤褐色濃煙出現。而在冶煉期中氧化其所產生的赤褐色煙氣，無論是含量、含鉛濃度或者是溫度等都處于最高。為此，對于環境所帶來的負面影響也最大。在電爐除塵系統設計過程中，應按照氧化期最大煙塵排煙量進行設計，而電爐在冶煉過程中，其粉塵主要是利用爐頂煙道進行降塵，電爐壁經過水冷卻后在除塵系統中過濾并且排放，可以利用集成灶將現場車間中所生產出來的粉塵以及廢氣進行及時地排走，其目的既是為了避免對環境造成過分污染，同時也是為了電爐周邊所有工作人員自身的生命安全。為此，在整個生產過程中，除塵風機可謂是最為重要的設備之一，在大多數情況下，需要基于電爐所產生的最大風量需求上增加1.1 倍到1.3 倍左右進行除塵風機的選擇以及設計，其目的是為了提高對環境保護的整體質量，同時也降低鋼鐵企業在演練過程中，對人員可能帶來的傷害概率，而在整個煉鋼過程中，其缺氧時期約占30%～35%，在這一階段風機本身處于高負荷運行階段，而在其他時間風機則處于一種低運行狀態。但是一旦電爐運行，無論電爐本身處于怎樣的運行階段，要求除塵風機均應該處于全速運行中，且通過不斷地去調節入口擋板的來對粉塵進行清理，但是這種清理方式存在的問題是整體的清理效率相對較低，并且清理所需要消耗的功率較大，會造成大量的電能浪費。隨著我國社會主義市場經濟的飛速發展，近幾年鋼鐵企業所面對的市場競爭在不斷加劇，而節能降耗則成為了提高鋼鐵企業生產效率最為有效的競爭手段之一。自上世紀90 年代起，國外就已經開始使用高壓大頻率變頻調速技術，其既符合我國當前的市場需求，同時也符合可持續發展這一戰略需求。隨著技術在應用領域上不斷的進步和拓展，當前我國自主生產的高壓變頻技術已經廣泛地應用于冶煉、給排水、機車、電力、化工等各個不同的領域。為此，需要鋼鐵企業對電爐除塵系統進行技術改造，提高其整體的應用質量，真正的滿足生產需求，并且增強企業的經濟效益。

2 高壓變頻技術在電爐除塵系統中的應用方案

2.1 應用案例

為了更好地對電爐除塵系統進行設計應用，并且分析其技術方案，需要以某鋼鐵企業的煉鋼廠車間所使用的電爐為例。在該煉鋼廠中的四車間現有的#1、#3、#4、#5 電爐，需要對其進行擴容，進而變成30 噸EB 噸和EF 交流電弧爐。在該車間中所選擇的除塵器系統是利用高壓變頻技術除塵系統LDM 布袋式除塵器（在設計中一共計三套），在本次設計的過程中，其中過濾面積為8860m2，最大的除塵風量為600000m3/h。在實際進行方案改造的過程中，主要是以#3 電爐為例：其中#3 電爐的煉鋼周期為90min ～150min，在使用時其中裝料6%～10%，送電熔化為25%～30%，吹氧為30%～35%，還原期為15%～20%，沖渣出鋼為6%～8%。在使用電爐的過程中，由于不同的生產工藝階段，電爐所產生的煙氣量或是煙氣溫度等均存在不同，本身的差異性較大。要求在加料的過程中，由于其主要裝料包括了廢鋼以及其他材料，會產生一定的揚塵。在這一階段，對除塵的風量要求并不大，而在煉鋼廠中對周圍環境的標準進行判斷，主要是以粉塵不擴散，不污染電爐周邊為主，在送電的過程中，其主要利用的原料是電爐加熱會直接引發已經廢棄的物品進行燃燒，進而會產生其他廢氣。為此，在使用電爐時需要將爐料加熱至熔化狀態，其目的是為了確保所有的煙塵能夠在第一時間內進行排出，也不會過多地帶走電爐本身的熱量，既可以保證煉鋼廠煉鋼時的煉鋼周期，同時也能夠提高煉鋼的整體效率。而在對電爐進行吹氧期間，則要求所有的除塵系統能夠在第一時間內將廢棄和粉塵進行排走，但是在這一階段又需要確保電爐主體本身就有合適的煉鋼的溫度，導致對除塵系統的設計要求較高而進入，而當電爐進入還原期時吹氧這一工作告一段落，出現的粉塵、污染物程度則會再一次出現降低的現象。在沖渣出鋼時，由于會產生一定的排放物，同樣也會產生少量的煙塵、廢氣。

2.2 高壓變頻技術在電爐除塵系統中的應用設備參數

以該工廠為例，通過對電爐冶煉工藝的分析，能發現電爐在煉鋼過程中不同的階段，其使用的除塵風量大小有著極為明顯的區別。為此，在進行吹氧冶煉過程中，其除塵風量使用最大，并且加料除塵最低，需要根據已有的電爐除塵系統中除塵風機在運行時的運行方式和運行設備進行分析，才能夠更好地對高壓變頻技術在電爐除塵系統中的應用實踐制定良好的方案。其中涉及了以下幾種不同的設備參數，分別是：除塵風機參數、電動機參數以及變頻器技術指標。其中除塵風機的型號為：電爐生產4-73-11No31.5F、流量為：600000m3h、風壓為：3660Pa、軸轉速為：580rmin、軸功率為：900KW；電動機的型號為：電爐生產KK630-10-W、額定電壓為：6000V、額定電流為：115A、額定轉速為：580rmin、額定功率為：900KW；變頻器的型號為：Harsver 噸-A06120、技術指標為輸入電壓：6000V、額定電流為：120A、額定頻率為：50Hz、輸出電壓為：0 ～6000V、輸出頻率為：0 ～50Hz、額定容量：1130kVA。

2.3 系統電氣構成

在本次高壓變頻技術除塵系統使用過程中，需要結合電爐生產的現場生產工藝情況。在電爐生產中其主要選擇的是來自于利德華福生產的Harsver 噸-A 型變頻器以此作為主件，選擇該變頻器的原因是，這一種變頻調速系統本身具有以下特點：第一，Harsver 噸-A 型變頻器諧波含量小，第二，功率因數高、編程靈活，第三，操作方便、模塊化結構，第四，故障率低、免維護、易維修的特點。在使用高壓變頻技術除塵系統的過程中，其主要是利用6kV 電源通過母線段網側高壓開關QF 接入到鋼鐵廠的生產系統中，并且在本系統中，其選擇多重化移相干式隔離變壓器進行電源側的電氣隔離，其目的是為了在第一時間內有效的去減少高壓變頻技術除塵系統以及電爐生產過程中對電網的諧波污染；其中變壓器輸出經功率柜逆變輸出后可以直接驅動三相異步電動機，其所實現的是對高壓變頻技術除塵系統中除塵風量的控制。為了保證高壓變頻技術除塵系統在運行過程中的安全性和可靠性，本次系統設計的過程中，其選擇設計了工/變頻兩套動力系統。其中當系統變頻運行時，會出現斷開隔離開關QS3；合隔離開關QS1、QS2。并且利用變頻器啟停設備，實現對高壓變頻技術除塵系統的轉速和風量控制。如果變頻線路出現故障時，系統則會自動的去切換至原工頻運行方式；同時斷開隔離開關QS1、QS2；合隔離開關QS3?？梢岳贸龎m系統通過上位機啟動風機，入口擋板則能有效的去控制風量。

2.4 系統控制方案

由于在使用電爐除塵系統時不同的工藝階段，電爐本身所產生的煙氣溫度有著極為明顯的差別。為此，溫度的高低會直接反映出在本次煉鋼過程中電爐的運行情況。大部分情況下系統并沒有應用直接檢測電爐工作中所蘊含的粉塵濃度這種方式來控制風除塵，而更多的是采用煙道溫度來作為調節。在本次系統運行過程中，利用的是非線性函數關系，進而推導出在電爐運行過程中不同的工況以及除塵風量?；诠こ虒W的角度進行分析，溫度變送器可以在相對較惡劣的工業場合下進行應用，原因是溫度變送器的抗干擾能力極強，工作穩定性很好，并且能夠實現高精度控制，安全可靠，便于維護，經濟效益相對較高。而粉塵檢測裝置在使用時存在的問題則是價格十分昂貴，穩定性差，經常容易出現故障，需要大量的維護，而在現場檢測點中，其由于不同檢測點的數據不同，很難具有廣泛代表性。為此，需要選用除塵煙道中的煙氣溫度作為冶煉現場最重要的控制量，同時基于吹氧量和冷風門的開度來作為儲存風量的修正參量，從而有效地提高系統在開展過程中的響應速度，有效地改善控制品質，最終達到良好的儲存效果，而實現除塵風量自動控制，不斷降低進行人員的勞動強度，以此來提高運行系統的整體效率，最終達到最佳的節電效果。

為了保證系統在使用時的可靠性，采用的是工業可視電視，同時加之上位機手動控制調節變頻器工作的頻率點。與此同時，也增加了除塵風量，手動控制回路，其是為了保證系統在使用時的可靠性，對儲存風量進行控制，所采用的方式是分段調速方式，利用爐前操作臺便于控制變頻運行的頻率點，從而實現在不同工況下對整體的風量進行調節。通過實踐證明，將這兩種不同的控制方案應用在系統中，能夠提高系統的實用性和可操作性，滿足煉鋼企業在當前進行經營管理時的現場生產要求，直接改善了現場的工作環境，既可以提高鋼鐵企業產品質量，同時也降低了在煉鋼過程中所需要消耗的能耗，其對于電爐除塵系統的應用帶來了非常正面的影響。

2.5 系統特點

將變頻調速技術應用在鋼鐵廠的電爐除塵系統中，其主要具有以下幾個特點：第一，使用高壓變頻技術后的電爐除塵系統會隨著電爐煉鋼生產過程中生產工藝的負荷改變進行改變，這種方式能夠在最短時間內提高系統在運行時的整體效率，在使用過程中能夠實現對系統生產效果的最佳分析，同時確保除塵系統達到最佳工況運行狀態，取得節約顯著的節能效果。對鋼鐵廠的生產以及儲存自身發展而言，會帶來極為積極且正面的影響。第二，使用高壓變頻技術的電爐除塵系統能有效地降低傳統除塵系統的負荷率，并且直接延長除塵系統在使用時的使用效率。無論是除塵風機或者是除塵電機、煙道等使用設備的壽命均會在這一階段得到明顯的增加。第三，在使用高壓變頻技術的電爐除塵系統中，由于其技術出現了改變，對于爐內而言帶來的影響則是熱量損失在不斷降低，當前合理地控制在除塵系統使用過程中的使用溫度，其最終的目的仍就是確保當到達終點溫度時，其終點溫度能夠滿足在整個系統使用時的使用需求，對于系統發展而言帶來正面影響。第四，在除塵系統使用時由于其所采用的是變頻技術，該技術對除塵系統而言，能夠有效地改善爐內的吹煉工況，在有限時間內可以明顯地縮短在實際煉鋼時所需要消耗的時間，既能夠提高鋼產量，同時也可以改善出品的高品質。第五，在第一時間內降低補爐期間所需要消耗的能耗，以及爐襯熱散損失。由此可見，使用高壓變頻技術，在電爐除塵系統中能夠有效提高電爐使用的質量，既可以增強鋼品質，提高鋼產量，同時也能夠有效地降低鋼鐵廠對我國環境發展帶來的負面影響。在使用高壓變頻技術電爐除塵系統過程中，也需要定期對該技術進行升級，確保技術的使用質量能夠始終符合我國社會發展需求，同時更能讓鋼鐵廠的經營管理質量得到提升，讓鋼鐵廠在提高生產效率的同時，為我國環境發展作出貢獻，真正的實現能源的可持續發展，久而久之也能夠降低煉鋼本身所需要消耗的經濟成本，增強鋼鐵廠經營管理的質量。

3 高壓變頻技術除塵系統的節能分析

為了進一步探討在高壓變頻技術除塵系統中電爐生產的使用效果，需要結合實際情況進行數據分析，以此才能更好地分析高壓變頻技術除塵系統的節能質量。以該鋼鐵廠為例，經過對除塵系統的更新后，對該鋼鐵廠在2018 年度設備實際使用情況以及在使用高壓變頻技術除塵系統后的節電情況進行了統計以及數據的分析?？梢缘贸鲆韵聝热莨玻?018 年度全年產鋼一共為：115966 噸；在整體生產過程中，為了確保環境發展質量以及遵循我國可持續發展戰略需要，鋼鐵廠在生產過程中所選擇的三套除塵系統全年總運行總時間為：12328.75h；如果在生產的過程中其選擇的生產方式為采用完全采用工頻，那么在經歷了運行全年的生產過程中，其需要消耗的電量為1099565kW·h

根據所獲得的結果以及該鋼鐵廠的年產量進行分析能夠得出本次折算噸的鋼耗電量為94.5kW·h/噸，而如果采用完全變頻運行，該鋼鐵廠在日常的運行中全年實際耗電為：5635204kW·h；其中折算噸鋼耗電量47.0kW·h/噸，可以得出實際節電：5456471kW·h；其中噸鋼節電48.5kW·h/噸；得出在使用高壓變頻技術除塵系統之后鋼鐵廠全年節約電費成本2890889.63 元。

在本次計算成本的過程中，其中電費計價按峰值、谷值、平值電價的平均值計算，而該鋼鐵廠所選擇的三套高壓變頻系統在投資的過程中其成本為267 萬。由此可見，使用高壓變頻技術除塵系統能夠有效地節約鋼鐵廠的耗電量，與此同時，也能為鋼鐵廠帶來更高的經濟效益，即可以滿足鋼鐵廠對經濟發展的需求，同時也滿足可持續發展理念，為我國環境保護發展帶來正面影響。

再比如，B 鋼鐵廠同樣選擇了高壓變頻技術除塵系統，在實際進行使用的過程中發現，在2018 年12 月B 鋼鐵廠在生產的過程中其鋼產量為36416 噸，在12 月1 日工作人員對除塵風機電機功率表進行讀數，其得到的數據為1838460kW·h，而在12 月30 日時，除塵風機的電機功率表讀數則出現了改變，為2118590kW·h。為此，在B 鋼鐵廠中12 月除塵風機工頻運行時共消耗電量為280130kW·h，由此可見，在B 鋼鐵廠中平均每天消耗電量為9658.3kW·h。

而在2019 年4 月，當B 鋼鐵廠完成對除塵系統的改造后，應用高壓變頻技術除塵系統，其鋼產量為36436 噸，2019 年4 月1 日除塵風機電機功率表讀數為2899620kW·h，4 月30 日功率表讀數為3075340kW·h。當除塵系統變頻器投用后，2019 年4 月份共消耗電冠為174720kW·h，其中平均每天消耗電量為6228.3kW·h。根據上述數據進行分析，當B 鋼鐵廠選擇使用高壓變頻技術除塵系統后，其有著明顯的電量節約，其中平均每天節約電量為3632kW·h，節電率已經達到37.6%則每年節約電量為307260kW·h，得出每年可節約電費66.4 萬元。

4 結語

綜上所述，利用高壓變頻技術在電爐除塵系統中的應用，能夠提高其除塵效果，并且有效地改善鋼鐵廠在現場生產時的狀況，既可以不斷提高鋼產量，同時也能夠降低損耗，減少煙塵的污染，對環境保護而言，其帶來了積極的影響。通過技術改造后，企業不僅降低了煙塵，也節約了費用。由此可見，在電爐除塵系統中使用高壓變頻技術是非常正確的，既符合我國可持續發展這一政策，同時也滿足鋼鐵企業節能環保的需求。