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利德華福高壓變頻在電弧爐除塵的應(yīng)用

http://mamafrist.com 2015年09月19日        

一 概述:


  鋼鐵廠以其資源密集、能耗密集、生產(chǎn)規(guī)模大、物流吞吐量大等特點,長期以來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造成煙塵污染的主要來源之一。

  電弧爐(簡稱電爐)主要是通過用廢鋼、鐵合金和部分渣料進行配料冶煉,根據(jù)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。電爐煉鋼時產(chǎn)生的有害物污染主要體現(xiàn)在電爐加料、冶煉、出鋼三個階段。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(tǒng)按照氧化期的最大煙塵排量進行設(shè)計。在系統(tǒng)最大風(fēng)量需求的基礎(chǔ)上增加1.1~1.3倍的安全閾度進行除塵風(fēng)機選型設(shè)計。整個煉鋼過程中吹氧時期占30~35%,此時風(fēng)機處于較高負荷運行,而其余時間則處于較低運行工況。很顯然,除塵系統(tǒng)的利用率很低且系統(tǒng)效率差。

  長期以來,不論電爐處于哪一個運行階段,產(chǎn)生的粉塵大小均使除塵風(fēng)機全速運行,采用入口擋板開度調(diào)節(jié),效率低、功率大、造成大量的電能浪費。隨著市場競爭的不斷加劇,節(jié)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。

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

  大冶特鋼集團某煉鋼廠正是在這種狀況下,對電爐除塵系統(tǒng)進行高壓變頻技術(shù)改造研究的。該電弧爐除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖一所示。電爐在冶煉過程中的粉塵主要通過爐頂煙道經(jīng)沉降室沉積,水冷壁冷卻后經(jīng)除塵系統(tǒng)過濾排放;同時利用集塵罩將現(xiàn)場生產(chǎn)車間的粉塵和廢氣及時排走,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(shè)備。

  大冶特鋼集團某煉鋼廠#8電爐為擴容的70tABB交流電弧爐。除塵器系統(tǒng)采用TFMC布袋式除塵器,設(shè)計過濾面積11985m2,最大除塵風(fēng)量450000m3/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。加料過程中,主要是裝料時廢鋼及渣料產(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(biāo)準。送電過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,電爐需要將爐料加熱至熔化狀態(tài),要求煙塵能夠及時排出,又不能過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(tǒng)能夠及時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,確保終點溫度。因此,對除塵系統(tǒng)要求較高。進入還原期,吹氧告一段落,粉塵度再一次降低。在沖渣出鋼時,主要排放物是沖渣產(chǎn)生的水蒸汽和少量廢氣。

  通過對冶煉工藝的分析:電爐在煉鋼過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(tǒng)中除塵風(fēng)機的運行方式和設(shè)備特點,對除塵風(fēng)機的控制制定如下方案。

 
   二  設(shè)備參數(shù):

   除塵風(fēng)機參數(shù):電動機參數(shù): 熱變電阻柜參數(shù): 變頻器技術(shù)指標(biāo):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(zhuǎn)速:730r/min額定轉(zhuǎn)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

    2.1系統(tǒng)電氣構(gòu)成

  根據(jù)現(xiàn)場生產(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(diào)速系統(tǒng)具有諧波含量小,功率因數(shù)高、編程靈活、操作方便、模塊化結(jié)構(gòu)、故障率低、免維護、易維修等特點。除塵風(fēng)機電氣系統(tǒng)的主接線結(jié)構(gòu)圖如圖二所示。6kV電源通過母線段網(wǎng)側(cè)高壓開關(guān)DL接入系統(tǒng),采用多重化移相干式隔離變壓器進行電源側(cè)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(qū)動三相異步電動機,實現(xiàn)除塵風(fēng)量的控制。為保證除塵風(fēng)機安全可靠運行,系統(tǒng)設(shè)計了工/變頻兩套動力系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)變頻運行時,斷開隔離開關(guān)QS21、QS22;合隔離開關(guān)QS11、QS12。由變頻器啟停設(shè)備,實現(xiàn)除塵風(fēng)機的轉(zhuǎn)速和風(fēng)量控制。當(dāng)變頻線路出現(xiàn)故障時,系統(tǒng)切換至原工頻運行方式;斷開隔離開關(guān)QS11、QS12;合隔離開關(guān)QS21、QS22。由原除塵系統(tǒng)通過熱變電阻柜啟動風(fēng)機,入口擋板控制風(fēng)量。

    2.2系統(tǒng)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(tǒng)并沒有采用檢測電爐工作中粉塵濃度的方式來直接控制除塵風(fēng)量,而是采集煙道溫度作為系統(tǒng)調(diào)節(jié)的基本參量,通過非線性函數(shù)關(guān)系推導(dǎo)出不同運行工況下的除塵風(fēng)量參與系統(tǒng)控制。從工程角度講,溫度變送器可以在惡劣的工業(yè)場合應(yīng)用,抗干擾能力強、工作穩(wěn)定性好、控制精度高、安全可靠、免維護且價格便宜。而粉塵濃度檢測裝置價格昂貴、穩(wěn)定性差、故障率高、維護量大、現(xiàn)場檢測點數(shù)據(jù)采集很難具有廣泛代表性等缺點?;谏鲜鲈?,選用除塵煙道的煙氣溫度作為現(xiàn)場過程量。同時,以吹氧量和冷風(fēng)門開度作為除塵風(fēng)量的修整參量,從而提高系統(tǒng)響應(yīng)速度、改善控制品質(zhì)、達到良好的除塵效果、實現(xiàn)除塵風(fēng)量自動控制、降低運行人員勞動強度、提高系統(tǒng)效率,達到最佳的節(jié)電效果。

  為了保證系統(tǒng)的可靠性,另外增加了除塵風(fēng)量手動控制回路,對除塵風(fēng)量的控制采用分段調(diào)速的方式由爐前操作臺控制變頻運行的頻率點,從而實現(xiàn)不同運行工況下的風(fēng)量調(diào)節(jié)。

  實踐證明:系統(tǒng)在設(shè)計了兩套控制方案后大大提高了系統(tǒng)的實用性和可操作性,很好的滿足了現(xiàn)場生產(chǎn)要求。同時,在改善現(xiàn)場工作環(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(tǒng)特點:變頻調(diào)速技術(shù)在電爐除塵系統(tǒng)中應(yīng)用后,主要體現(xiàn)了以下幾個特點:1.除塵設(shè)備功耗隨電爐煉鋼生產(chǎn)工藝變負荷運行,提高了系統(tǒng)效率;實現(xiàn)了除塵系統(tǒng)的最佳工況運行。取得顯著的節(jié)能效果。2.大大有效降低了除塵系統(tǒng)負荷率,延長了除塵器、除塵風(fēng)機、除塵電機、煙道等設(shè)備的使用壽命。3.對降低爐內(nèi)熱量損失,合理控制過程溫度,確保終點溫度起到一定的作用。4.對除塵系統(tǒng)進行變頻改造,有助于改善爐內(nèi)吹煉工況,縮短煉鋼時間,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(jié)能分析:

  為了對除塵系統(tǒng)變頻改造后的效果進行評價,在系統(tǒng)投入正常運行一個月后對設(shè)備實際使用和節(jié)電情況進行了測定和數(shù)據(jù)分析。

   隨機抽取一個正常生產(chǎn)日,將系統(tǒng)切換至工頻運行系統(tǒng)采用擋板控制調(diào)節(jié)風(fēng)量。采用網(wǎng)側(cè)有功電度表進行耗電量計量,見表1。然后,連續(xù)采集變頻運行的7個正常生產(chǎn)日用電量進行變頻運行工況下的單耗計算,以期變頻運行的數(shù)據(jù)更接近真實運行工況。

  通過對上表原始數(shù)據(jù)的處理,可以得出:除塵系統(tǒng)在變頻改造后較改造前,噸鋼除塵電耗降低了17.390kW·h。設(shè)備節(jié)電率高達58.63%,節(jié)能效果顯著。

  截取工頻運行時煉一爐鋼除塵風(fēng)機電流運行記錄曲線和變頻運行時煉一爐鋼的網(wǎng)側(cè)電流記錄曲線比較,可以直觀的看出風(fēng)機電流降低明顯,設(shè)備運行工況更符合實際生產(chǎn)工藝需要。五、結(jié)論:通過對大冶特鋼集團某煉鋼廠#8電爐除塵系統(tǒng)變頻改造前后的技術(shù)分析,可以看出:在電弧爐除塵系統(tǒng)中應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)不僅對有效改善現(xiàn)場生產(chǎn)狀況,提高鋼產(chǎn)量降低噸耗有著重要的意義;而且每年可節(jié)約230萬元左右的電費開支。在電弧爐除塵系統(tǒng)中應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)是完全正確的。

   參考文獻:[1]邱紹岐,祝桂華編著.電爐煉鋼原理與工藝.北京:冶金工業(yè)出版社,1996[2]沈才芳等編著.電弧爐煉鋼工藝與設(shè)備(第2版).北京:冶金工業(yè)出版社,2001[3]高壓變頻器應(yīng)用資料匯編.冶金行業(yè):北京利德華福電氣技術(shù)有限公司。

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