電爐煙塵量檢測(cè)在除塵風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)中應(yīng)用的研究

麻林偉 周楠 馬麗 李福山 張巖 菅成志

(1.河南奧鑫合金有限公司;2.鄭州大學(xué))

電爐煙塵量檢測(cè)在除塵風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)中應(yīng)用的研究

麻林偉1周楠1馬麗1李福山2張巖2菅成志2

(1.河南奧鑫合金有限公司;2.鄭州大學(xué))

根據(jù)礦熱電爐生產(chǎn)工藝特點(diǎn)分析，各工藝時(shí)段煙塵量差異較大，一般在60000 m3/h～100000 m3/h，而配套的環(huán)保除塵風(fēng)機(jī)一直保持在額定功率狀態(tài)下運(yùn)行，不僅浪費(fèi)大量的電能，而且，造成爐內(nèi)熱能的損失、除塵設(shè)備的使用壽命降低等諸多不利因素。為此，通過(guò)對(duì)煙塵量實(shí)施檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保除塵風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)，不僅達(dá)到良好的除塵效果，而且，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

礦熱電爐 生產(chǎn)工藝 煙塵量 傳感器 清吹灰 變頻調(diào)速

0 前言

礦熱電爐屬于高能耗用電企業(yè)，電能的消耗占主導(dǎo)成本，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)力度的加強(qiáng)及人們對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，鐵合金生產(chǎn)企業(yè)積極投入環(huán)保除塵設(shè)備，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。由于鐵合金電爐環(huán)保除塵設(shè)備的設(shè)計(jì)是根據(jù)電爐每個(gè)工藝時(shí)段煙塵量最大時(shí)配套的電機(jī)容量(kW)、風(fēng)機(jī)風(fēng)量(m3/h)，而鐵合金電爐每個(gè)工藝過(guò)程中，煙塵量的差異較大，一般在60000 m3/h～100000 m3/h，有時(shí)煙塵量差異可達(dá)到三分之二有余。但是，環(huán)保除塵風(fēng)機(jī)一直保持在額定功率下運(yùn)行，不僅浪費(fèi)大量的電能，而且對(duì)爐子的熱能損失、除塵設(shè)備的使用壽命有著諸多不利因素的影響。

河南奧鑫合金有限公司與鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院建立“產(chǎn)學(xué)研”課題，就6600 kVA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(kāi)發(fā)礦熱電爐煙塵濃度檢測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)電機(jī)自動(dòng)變頻調(diào)速技術(shù)。該技術(shù)的順利實(shí)施，不僅達(dá)到環(huán)境保護(hù)要求，而且降低公司生產(chǎn)成本等諸多優(yōu)點(diǎn)。

1 冶煉工藝與煙塵量的差異分析

1.1 生產(chǎn)工藝過(guò)程與煙塵量的關(guān)系［1］

礦熱電爐在冶煉時(shí)，由于爐內(nèi)電極間電弧的放電，同時(shí)伴隨著爐內(nèi)物理、化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，產(chǎn)生大量的爐氣，爐氣聚集到一定限度，穿過(guò)料層上升至煙罩上部，爐氣中的Co在煙罩內(nèi)與空氣中的氧結(jié)合，燃燒后產(chǎn)生煙氣。鐵合金電爐煙塵量與各個(gè)工藝過(guò)程有著直接的關(guān)系，對(duì)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1500 m3～2000 m3爐氣。煙氣量用下式計(jì)算［2］:

Q=P·N·Z

式中:Q——煙氣量，m3/h;

P——電爐變的容量，kVA;

N——標(biāo)準(zhǔn)工況單位煙氣量(10～12 m3/h);

Z——電爐變的超載系數(shù)(取 1.3)。

根據(jù)上式，以6600 kVA礦熱電爐煙塵量:Q=6600(kVA)×12(m3/h)×1.3=102960(m3/h)，每小時(shí)產(chǎn)生最大煙氣量按10萬(wàn)m3/h計(jì)算。硅鋇鈣(SiBaCa)合金生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

在上料焙燒電機(jī)工藝時(shí)段，電爐變壓器由額定功 率65% ～75%［2］，煙氣量范圍:51480m3/h～59400 m3/h范圍(包括搗爐時(shí)段)，按60000 m3/h計(jì)算;在悶燒時(shí)部分料面蹋料，小面積刺火時(shí)段，電爐變變壓器額定功率前提下煙塵量達(dá)到79200 m3/h，按80000 m3/h計(jì)算;在大面積蹋料，壓料、出爐時(shí)，電爐變壓器超載30%，這時(shí)煙塵量達(dá)到最大102960 m3/h，按100000 m3/h計(jì)算。生產(chǎn)工藝與煙塵量曲線如圖2所示。

圖1 硅鋇鈣合金生產(chǎn)工藝流程圖

圖2 生產(chǎn)工藝與煙塵量曲線圖

1.2 不利因素的分析

上述礦熱電爐生產(chǎn)硅鋇鈣(SiBaCa)合金各個(gè)工藝過(guò)程中［3］，煙塵量的差異較大，正常生產(chǎn)在60000 m3/h～100000 m3/h，有時(shí)在剛壓上料燜燒時(shí)段時(shí)，煙塵幾乎零排放，對(duì)礦熱電爐及除塵設(shè)備造成以下影響:

1)環(huán)保除塵電機(jī)(kW)、風(fēng)機(jī)風(fēng)量(m3/h)一直保持在額定功率下運(yùn)行，浪費(fèi)大量的電能。

2)礦熱電爐冶煉效率主要取決爐溫及保溫，爐溫來(lái)自于電極間電弧放電所產(chǎn)生，而環(huán)保除塵風(fēng)機(jī)一直保持在額定功率下運(yùn)行，造成爐內(nèi)熱能被風(fēng)機(jī)抽至除塵系統(tǒng)排空，大量的熱能損失浪費(fèi)。

3)風(fēng)機(jī)一直保持在額定狀態(tài)下運(yùn)行，當(dāng)上料時(shí)，隨著原材料(碎焦末)的飛揚(yáng)，被抽至除塵系統(tǒng)，造成原材料的損耗廢棄。

4)除塵設(shè)備的使用壽命大大降低，特別是除塵布袋壽命及設(shè)備維護(hù)、維修工作量增大。

2 煙塵濃度檢測(cè)與變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

近年來(lái)，礦熱電爐除塵風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)已得到行業(yè)推廣及應(yīng)用，也取得了一定的技術(shù)進(jìn)步。但是，只是人工判斷煙塵量來(lái)調(diào)節(jié)變頻器頻率，有時(shí)，判斷調(diào)節(jié)不準(zhǔn)確會(huì)造成環(huán)境污染問(wèn)題。

2.1 煙塵濃度傳感器

所謂的煙塵濃度傳感器就是兩個(gè)套裝的金屬管形成兩個(gè)極板，作為煙塵流通空間，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)＆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［4］。因此，電容信號(hào)作為檢測(cè)礦熱電爐煙塵濃度指標(biāo)。當(dāng)流通的的煙塵量增加時(shí)，電介質(zhì)的介電系數(shù)ε變大，電容量就變大;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 mA～12 mA的電流信號(hào)，至高、低壓變頻器，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻調(diào)速。煙塵濃度檢測(cè)、變頻系統(tǒng)原理如圖3所示。

圖3 電爐煙塵傳感器及變頻系統(tǒng)

2.2 定時(shí)清吹灰系統(tǒng)

為了防止電容信號(hào)傳感器空間煙塵附著、顆粒氧化物沉淀、聚集，影響傳感器電容信號(hào)輸出誤差，設(shè)計(jì)定時(shí)吹清灰系統(tǒng)。清吹灰空氣壓力設(shè)計(jì)0.8～1.5 MPa，時(shí)間設(shè)定0.5 h 吹清灰一次，2 s～5 s。通過(guò)電氣聯(lián)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)定時(shí)吹清灰。

3 效果分析

6600 kVA礦熱電爐硅鋇鈣(SiBaCa)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315 kW/380 V，額定轉(zhuǎn)速1488 r/min，額定電流577 A。投運(yùn)電爐煙塵濃度檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保除塵風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速后，當(dāng)在上料時(shí)段，變頻器頻率20 Hz時(shí)，風(fēng)機(jī)的效率33.6%，實(shí)測(cè)電機(jī)電流230.8 A;當(dāng)變頻器頻率30 Hz時(shí)，風(fēng)機(jī)效率60%，實(shí)測(cè)電機(jī)電流346.2 A;當(dāng)變頻器頻率50 Hz時(shí)段，風(fēng)機(jī)效率100%，轉(zhuǎn)速1488 r/min，實(shí)測(cè)電機(jī)電流577 A。經(jīng)濟(jì)效益分析見(jiàn)表1。

根據(jù)經(jīng)濟(jì)效益分析得出:年節(jié)電(2016－1441.4)×3(班)×30(天)×12(月)=620524.8 kW·h。折合標(biāo)煤:2028.89 t;按每度電0.616元計(jì)算，年節(jié)約電費(fèi)38萬(wàn)元多。

4 結(jié)語(yǔ)

礦熱電爐煙塵濃度檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速。經(jīng)過(guò)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)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(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)， 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

［1］ 孫倬主編.冶煉煙氣收塵通用工程常用數(shù)據(jù)卷.北京:冶金工業(yè)出版社，1996:165－167

［2］ 麻林偉，崔宏軍，周楠，等.電爐煙塵溫度檢測(cè)在除塵中應(yīng)用.節(jié)能與環(huán)保，2009(4):48－49.

［3］ 趙乃成，張啟軒.鐵合金生產(chǎn)實(shí)用技術(shù)手冊(cè).北京:冶金工業(yè)出版社，2003:862－872.

［4］ 劉寶林主編.電氣設(shè)備選擇、施工安裝設(shè)計(jì)應(yīng)用手冊(cè).北京:中國(guó)水利水電出版社，1997:216－218.

APPLICATION RESEARCH ON EAF DUST VOLUME DETECTION IN FREQUENCY SYSTEM OF DUST FAN

Ma Linwei1Zhou Nan1Ma Li1Li Fushan2Zhang Yan2Jian Chengzhi2
(1.Henan Aoxin Alloy Ltd;2.Zhengzhou University)

Through analyzing the process characteristics of smelting EAF，it is found that dust volumes in various stages are different，generally 60000 m3/h －100000 m3/h under rated power operation condition for dustfan，thus not only waste a great deal of electric energy，but heat loss in furnace and reduce dedusting equipments life.Therefore，frequency speed － regulating technology of dust fan on the based of dust volume detection can achieve better dust efficiency and economic benefits.

smelting EAF process dust volume sensor blowing dust frequency speed－regulating

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*河南省鄭州市重大科技支撐項(xiàng)目(N2010G0618)

聯(lián)系人:麻林偉，高級(jí)工程師，中國(guó)設(shè)備工程高級(jí)專(zhuān)家，總工程師，河南.登封(452481)，河南奧鑫合金有限公司;

2012—2—31