智能除塵系統(tǒng)的研制及應(yīng)用

麻林偉，馮太偉，張 巖，李福山，菅成志

(1.河南奧鑫合金有限公司，河南 鄭州 452481；2.鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450000)

原鐵合金電爐除塵設(shè)備的能力是按電爐各煙塵量最大時(shí)設(shè)計(jì)的。鐵合金電爐每個(gè)工藝時(shí)段中，煙塵量的差異較大，一般為6～10萬m3/h，而在爐子悶燒時(shí)段煙塵量幾乎為零。但是，除塵風(fēng)機(jī)一直保持在額定功率下運(yùn)行，不僅浪費(fèi)了大量的電能、熱能，而且影響除塵設(shè)備的使用壽命。為此，就6.6MV·A礦熱電爐生產(chǎn)硅鋇鈣（SiBaCa）合金工藝及煙塵量進(jìn)行分析，研究開發(fā)了礦熱電爐煙塵濃度監(jiān)測設(shè)備，以調(diào)控變頻風(fēng)機(jī)速度，實(shí)現(xiàn)智能除塵技術(shù)。該技術(shù)的順利實(shí)施，不僅達(dá)到了環(huán)境保護(hù)要求，還有降低生產(chǎn)成本等諸多優(yōu)點(diǎn)。

一、冶煉工藝與煙塵量的差異分析

礦熱電爐在冶煉時(shí)，由于爐內(nèi)電極間電弧的放電，產(chǎn)生大量的爐氣，爐氣中的CO在煙罩內(nèi)燃燒后產(chǎn)生煙氣。中小型半封閉矮煙罩鐵合金電爐，煙氣量為每噸產(chǎn)品大約產(chǎn)生1 500～2 000m3爐氣。煙氣量用下式計(jì)算。

Q=P·N·Z

式中：Q——煙氣量，m3/h；

P——電爐變壓器的容量，kV·A；

N——標(biāo)準(zhǔn)工況單位煙氣量，10～12m3/h；

Z——電爐變壓器的超載系數(shù)，取1.3。

根據(jù)上式計(jì)算，6.6MV·A礦熱電爐煙塵量Q=102960m3/h。在上料焙燒時(shí)段，電爐變壓器功率為額定功率的65%～75%，煙氣量51 480～59 400m3/h；在悶燒時(shí)部分料面蹋料小面積刺火時(shí)段，煙塵量達(dá)到79 200m3/h；在大面積蹋料壓料、出爐時(shí)，電爐變壓器超載30%，煙塵量為102 960m3/h。硅鋇鈣（SiBaCa）合金生產(chǎn)工藝與煙塵量曲線圖見圖1。

二、煙塵濃度檢測與變頻智能調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.煙塵濃度傳感器

根據(jù)電容量計(jì)算公式C=εa/d，當(dāng)兩個(gè)極板相對(duì)面積a、間距d不變的情況下，介電系數(shù)ε隨煙塵量的大小發(fā)生變化，電介質(zhì)信號(hào)電容量C就發(fā)生變化。因此，電容信號(hào)可作為檢測礦熱電爐煙塵濃度指標(biāo)。當(dāng)流通的煙塵量增加時(shí)，電介質(zhì)的介電系數(shù)ε變大，電容量C就變大；當(dāng)流通的的煙塵量減小時(shí)，電介質(zhì)的介電系數(shù)ε變小，電容量C就變小。經(jīng)電子信號(hào)放大器，把電容信號(hào)轉(zhuǎn)換生成4～12mA的電流信號(hào)至高低壓變頻器，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)電機(jī)智能變頻調(diào)速（見圖2）。

圖1 生產(chǎn)工藝與煙塵量曲線圖

圖2 電爐煙塵傳感器及智能變頻系統(tǒng)

2.定時(shí)清吹灰系統(tǒng)

為防止電容信號(hào)傳感器被煙塵附著，影響傳感器靈敏度，設(shè)計(jì)了定時(shí)吹清灰系統(tǒng)。清吹灰空氣壓力設(shè)計(jì)0.8～1.5MPa，時(shí)間設(shè)定0.5h吹清灰一次，每次2～5s。通過電氣聯(lián)動(dòng)控制（雙延時(shí)繼電器）實(shí)現(xiàn)定時(shí)吹清灰。

三、經(jīng)濟(jì)效益

6.6MV·A礦熱電爐硅鋇鈣合金，配備環(huán)保除塵風(fēng)機(jī)型號(hào)JY8-48，電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y352-4，額定功率315kW/380V，額定轉(zhuǎn)速1 488r/min，額定電流577A。智能變頻調(diào)速除塵風(fēng)機(jī)投入運(yùn)行后，在上料時(shí)段，變頻器頻率為20Hz時(shí)，風(fēng)機(jī)的效率33.6%，電機(jī)電流230.8A；在變頻器頻率為30Hz時(shí)，風(fēng)機(jī)效率60%，電機(jī)電流246.2A；在風(fēng)機(jī)效率為100%時(shí)，額定轉(zhuǎn)速1 488r/min，額定電流577A。經(jīng)濟(jì)效益分析見表1。

根據(jù)表1計(jì)算得知：年節(jié)電620 568kW·h，折合標(biāo)煤2 028.89t；電價(jià)按0.616元/kW·h計(jì)算，年節(jié)約電費(fèi)38萬余元。

四、結(jié)語

礦熱電爐煙塵濃度檢測技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保風(fēng)機(jī)智能變頻調(diào)速，經(jīng)過1年多的試運(yùn)行，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好，不僅達(dá)到礦熱電爐清潔生產(chǎn)要求，而且節(jié)約電能約30%。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了爐內(nèi)的熱能損失降低、原材料節(jié)約及設(shè)備使用壽命延長等諸多效益，是值得推廣應(yīng)用的一項(xiàng)環(huán)保除塵節(jié)能技術(shù)。

表1 經(jīng)濟(jì)效益分析表