智能除塵系統的研制及應用

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.鄭州大學材料科學與工程學院，河南 鄭州 450000)

原鐵合金電爐除塵設備的能力是按電爐各煙塵量最大時設計的。鐵合金電爐每個工藝時段中，煙塵量的差異較大，一般為6～10萬m3/h，而在爐子悶燒時段煙塵量幾乎為零。但是，除塵風機一直保持在額定功率下運行，不僅浪費了大量的電能、熱能，而且影響除塵設備的使用壽命。為此，就6.6MV·A礦熱電爐生產硅鋇鈣（SiBaCa）合金工藝及煙塵量進行分析，研究開發了礦熱電爐煙塵濃度監測設備，以調控變頻風機速度，實現智能除塵技術。該技術的順利實施，不僅達到了環境保護要求，還有降低生產成本等諸多優點。

一、冶煉工藝與煙塵量的差異分析

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

Q=P·N·Z

式中：Q——煙氣量，m3/h；

P——電爐變壓器的容量，kV·A；

N——標準工況單位煙氣量，10～12m3/h；

Z——電爐變壓器的超載系數，取1.3。

根據上式計算，6.6MV·A礦熱電爐煙塵量Q=102960m3/h。在上料焙燒時段，電爐變壓器功率為額定功率的65%～75%，煙氣量51 480～59 400m3/h；在悶燒時部分料面蹋料小面積刺火時段，煙塵量達到79 200m3/h；在大面積蹋料壓料、出爐時，電爐變壓器超載30%，煙塵量為102 960m3/h。硅鋇鈣（SiBaCa）合金生產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速系統的設計

1.煙塵濃度傳感器

根據電容量計算公式C=εa/d，當兩個極板相對面積a、間距d不變的情況下，介電系數ε隨煙塵量的大小發生變化，電介質信號電容量C就發生變化。因此，電容信號可作為檢測礦熱電爐煙塵濃度指標。當流通的煙塵量增加時，電介質的介電系數ε變大，電容量C就變大；當流通的的煙塵量減小時，電介質的介電系數ε變小，電容量C就變小。經電子信號放大器，把電容信號轉換生成4～12mA的電流信號至高低壓變頻器，實現風機電機智能變頻調速（見圖2）。

圖1 生產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

2.定時清吹灰系統

為防止電容信號傳感器被煙塵附著，影響傳感器靈敏度，設計了定時吹清灰系統。清吹灰空氣壓力設計0.8～1.5MPa，時間設定0.5h吹清灰一次，每次2～5s。通過電氣聯動控制（雙延時繼電器）實現定時吹清灰。

三、經濟效益

6.6MV·A礦熱電爐硅鋇鈣合金，配備環保除塵風機型號JY8-48，電動機型號Y352-4，額定功率315kW/380V，額定轉速1 488r/min，額定電流577A。智能變頻調速除塵風機投入運行后，在上料時段，變頻器頻率為20Hz時，風機的效率33.6%，電機電流230.8A；在變頻器頻率為30Hz時，風機效率60%，電機電流246.2A；在風機效率為100%時，額定轉速1 488r/min，額定電流577A。經濟效益分析見表1。

根據表1計算得知：年節電620 568kW·h，折合標煤2 028.89t；電價按0.616元/kW·h計算，年節約電費38萬余元。

四、結語

礦熱電爐煙塵濃度檢測技術的應用，實現了環保風機智能變頻調速，經過1年多的試運行，各項經濟指標良好，不僅達到礦熱電爐清潔生產要求，而且節約電能約30%。同時實現了爐內的熱能損失降低、原材料節約及設備使用壽命延長等諸多效益，是值得推廣應用的一項環保除塵節能技術。

表1 經濟效益分析表