湖北新冶鋼某煉鋼廠70t交流電弧爐。除塵器系統(tǒng)采用布袋式除塵器，最大除塵風(fēng)量160000 m3／h。
電爐的煉鋼周期為70～85分鐘，其中裝料5～8分鐘，送電熔化20～25分鐘，吹氧25～28分鐘，還原期12～16分鐘，沖渣出鋼5～7分鐘。在不同的生產(chǎn)工藝階段，電弧爐產(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(shí)廢鋼及渣料產(chǎn)生的揚(yáng)塵，需要的除塵風(fēng)量不大，要求粉塵不擴(kuò)散，不污染電爐周邊工作環(huán)境為標(biāo)準(zhǔn)。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(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(shí)迅速地將爐口大量棕紅色的煙氣和粉塵排走，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(duì)除塵系統(tǒng)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。
通過對(duì)冶煉工藝的分析：電弧爐在煉鋼過程的不同階段對(duì)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。通過對(duì)電弧爐除塵系統(tǒng)中除塵風(fēng)機(jī)的運(yùn)行方式和過程的分析，對(duì)除塵風(fēng)機(jī)的控制設(shè)計(jì)于下方案。
2．1 設(shè)備參數(shù)：
風(fēng)機(jī)參數(shù)
風(fēng)機(jī)型號(hào)： AY-FR2760
流量：160000m3/h
風(fēng)壓：3500Pa
軸轉(zhuǎn)速：730r/min
軸功率：1470Kw
電機(jī)參數(shù)
電動(dòng)機(jī)型號(hào)：YKS650-8
額定電壓：：6000V
額定電流：189A
額定轉(zhuǎn)速：736r/min
變頻器技術(shù)指標(biāo)
型號(hào)：SH-HVF-Y6000/2000
額定容量：2000kVA
輸入電壓：6000V
輸出電壓：0～6000V
額定電流：200A
輸出頻率：0～50Hz
2．2 系統(tǒng)電氣構(gòu)成
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝情況，選用湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司研究開發(fā)生產(chǎn)的高壓變頻器作為主件，該變頻調(diào)速系統(tǒng)具有諧波含量小，功率因數(shù)高、模塊化結(jié)構(gòu)、可靠性高等特點(diǎn)。除塵風(fēng)機(jī)電氣系統(tǒng)的主接線結(jié)構(gòu)圖如圖2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(jìn)行電源側(cè)電氣隔離，以減小對(duì)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(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)除塵風(fēng)量的控制。為保證整個(gè)除塵風(fēng)機(jī)系統(tǒng)可靠性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中我們還采用工頻旁路。當(dāng)系統(tǒng)變頻運(yùn)行時(shí)，斷開隔離開關(guān)K3，合隔離開關(guān)K1、K2。K2與K3之間還設(shè)計(jì)了機(jī)械互鎖，在變頻器運(yùn)行時(shí)絕對(duì)保證K3不可以誤合閘。在變頻運(yùn)行時(shí)，由遠(yuǎn)程PLC起停變頻器；轉(zhuǎn)速由微機(jī)控制系統(tǒng)給定，實(shí)現(xiàn)除塵風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和風(fēng)量控制。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)切換至原工頻運(yùn)行方式；斷開隔離開關(guān)K1、K2；合隔離開關(guān)K3。由原除塵系統(tǒng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，入口擋板控制風(fēng)量。
系統(tǒng)接線圖2
2．3 系統(tǒng)控制方案
由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(yùn)行工況。系統(tǒng)并沒有采用檢測(cè)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，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算和綜合輸出4～20mA電流作為高壓變頻器的頻率給定信號(hào)系統(tǒng)控制。同時(shí)，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(dá)到良好的除塵效果、實(shí)現(xiàn)除塵風(fēng)量自動(dòng)控制、降低運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度、提高系統(tǒng)效率，達(dá)到最佳的節(jié)電效果。具體的控制邏輯見圖三所示。
自動(dòng)控制示意圖3
為了保證系統(tǒng)的可靠性，另外增加了除塵風(fēng)量手動(dòng)控制回路，對(duì)除塵風(fēng)量的控制采用分段調(diào)速的方式由爐前操作臺(tái)控制變頻運(yùn)行的頻率點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)行工況下的風(fēng)量調(diào)節(jié)?？刂七壿媹D如圖四所示。
手動(dòng)控制示意圖4
實(shí)踐證明：系統(tǒng)在設(shè)計(jì)了兩套控制方案后大大提高了系統(tǒng)的實(shí)用性和可操作性，很好的滿足了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)要求。同時(shí)，在改善現(xiàn)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(tǒng)特點(diǎn)：
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(gè)特點(diǎn)：
1、提高了功率因數(shù)，大大降低了起動(dòng)電流（起動(dòng)電流從1200A左右降到不足30A），實(shí)現(xiàn)了最佳的軟起動(dòng)。
2、除塵設(shè)備功耗隨電爐煉鋼生產(chǎn)工藝變負(fù)荷運(yùn)行，提高了系統(tǒng)效率；取得顯著的節(jié)能效果。
3、降低了除塵系統(tǒng)用電負(fù)荷，減少了直接起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的電流沖擊，同時(shí)也減少了對(duì)電機(jī)、除塵風(fēng)機(jī)的沖擊，延長(zhǎng)了除塵器、除塵布袋、除塵風(fēng)機(jī)、除塵電機(jī)、煙道等設(shè)備的使用壽命。
4、對(duì)降低爐內(nèi)熱量損失，合理控制過程溫度，做到爐溫控制的最優(yōu)化。
5、對(duì)除塵系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造，縮短煉鋼時(shí)間，提高鋼的品質(zhì)。
四、節(jié)能分析：
為了對(duì)除塵系統(tǒng)變頻改造后的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，在系統(tǒng)投入正常運(yùn)行1個(gè)月后對(duì)設(shè)備實(shí)際使用和節(jié)電情況進(jìn)行了測(cè)定和數(shù)據(jù)分析。
對(duì)變頻改造后的節(jié)能情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,將除塵風(fēng)機(jī)切到工頻連續(xù)運(yùn)行72小時(shí)，統(tǒng)計(jì)這段時(shí)間的耗電量和煉鋼量;再將除塵風(fēng)機(jī)切到變頻工況下連續(xù)運(yùn)行，按同樣的方法統(tǒng)計(jì)這段時(shí)間的耗電量和煉鋼量。
變頻運(yùn)行參數(shù)
表1
變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行對(duì)比
表2
通過對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的分析處理，我們可以得出于下結(jié)論：除塵系統(tǒng)在變頻改造后，功率因數(shù)從0.83左右提高到0.973;噸鋼除塵電耗降低了 16.4kW·h，設(shè)備節(jié)電率高達(dá)59.3%，平均每年可節(jié)電660萬kWh，按結(jié)算電費(fèi)0.35元/ kWh計(jì)算，每年節(jié)能效益達(dá)230萬元，值得大力推廣。
參考文獻(xiàn) :
[1] 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
[2] 湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司 SH-HVF系列高壓變頻器手冊(cè)