電爐煙塵量檢測在除塵風機變頻系統中應用的研究

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)

電爐煙塵量檢測在除塵風機變頻系統中應用的研究

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)

根據礦熱電爐生產工藝特點分析，各工藝時段煙塵量差異較大，一般在60000 m3/h～100000 m3/h，而配套的環保除塵風機一直保持在額定功率狀態下運行，不僅浪費大量的電能，而且，造成爐內熱能的損失、除塵設備的使用壽命降低等諸多不利因素。為此，通過對煙塵量實施檢測，實現環保除塵風機變頻調速技術，不僅達到良好的除塵效果，而且，取得較好的經濟效益。

礦熱電爐 生產工藝 煙塵量 傳感器 清吹灰 變頻調速

0 前言

礦熱電爐屬于高能耗用電企業，電能的消耗占主導成本，隨著國家對環境保護力度的加強及人們對環境保護意識的提高，鐵合金生產企業積極投入環保除塵設備，實現清潔生產。由于鐵合金電爐環保除塵設備的設計是根據電爐每個工藝時段煙塵量最大時配套的電機容量(kW)、風機風量(m3/h)，而鐵合金電爐每個工藝過程中，煙塵量的差異較大，一般在60000 m3/h～100000 m3/h，有時煙塵量差異可達到三分之二有余。但是，環保除塵風機一直保持在額定功率下運行，不僅浪費大量的電能，而且對爐子的熱能損失、除塵設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材料科學與工程學院建立“產學研”課題，就6600 kVA礦熱電爐生產硅鋇鈣(SiBaCa)合金工藝及煙塵量進行分析，研究開發礦熱電爐煙塵濃度檢測設備，實現風機電機自動變頻調速技術。該技術的順利實施，不僅達到環境保護要求，而且降低公司生產成本等諸多優點。

1 冶煉工藝與煙塵量的差異分析

1.1 生產工藝過程與煙塵量的關系［1］

礦熱電爐在冶煉時，由于爐內電極間電弧的放電，同時伴隨著爐內物理、化學反應機理，產生大量的爐氣，爐氣聚集到一定限度，穿過料層上升至煙罩上部，爐氣中的Co在煙罩內與空氣中的氧結合，燃燒后產生煙氣。鐵合金電爐煙塵量與各個工藝過程有著直接的關系，對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1500 m3～2000 m3爐氣。煙氣量用下式計算［2］:

Q=P·N·Z

式中:Q——煙氣量，m3/h;

P——電爐變的容量，kVA;

N——標準工況單位煙氣量(10～12 m3/h);

Z——電爐變的超載系數(取 1.3)。

根據上式，以6600 kVA礦熱電爐煙塵量:Q=6600(kVA)×12(m3/h)×1.3=102960(m3/h)，每小時產生最大煙氣量按10萬m3/h計算。硅鋇鈣(SiBaCa)合金生產工藝流程如圖1所示。

在上料焙燒電機工藝時段，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(包括搗爐時段)，按60000 m3/h計算;在悶燒時部分料面蹋料，小面積刺火時段，電爐變變壓器額定功率前提下煙塵量達到79200 m3/h，按80000 m3/h計算;在大面積蹋料，壓料、出爐時，電爐變壓器超載30%，這時煙塵量達到最大102960 m3/h，按100000 m3/h計算。生產工藝與煙塵量曲線如圖2所示。

圖1 硅鋇鈣合金生產工藝流程圖

圖2 生產工藝與煙塵量曲線圖

1.2 不利因素的分析

上述礦熱電爐生產硅鋇鈣(SiBaCa)合金各個工藝過程中［3］，煙塵量的差異較大，正常生產在60000 m3/h～100000 m3/h，有時在剛壓上料燜燒時段時，煙塵幾乎零排放，對礦熱電爐及除塵設備造成以下影響:

1)環保除塵電機(kW)、風機風量(m3/h)一直保持在額定功率下運行，浪費大量的電能。

2)礦熱電爐冶煉效率主要取決爐溫及保溫，爐溫來自于電極間電弧放電所產生，而環保除塵風機一直保持在額定功率下運行，造成爐內熱能被風機抽至除塵系統排空，大量的熱能損失浪費。

3)風機一直保持在額定狀態下運行，當上料時，隨著原材料(碎焦末)的飛揚，被抽至除塵系統，造成原材料的損耗廢棄。

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

2 煙塵濃度檢測與變頻調速系統設計

近年來，礦熱電爐除塵風機變頻調速節能技術已得到行業推廣及應用，也取得了一定的技術進步。但是，只是人工判斷煙塵量來調節變頻器頻率，有時，判斷調節不準確會造成環境污染問題。

2.1 煙塵濃度傳感器

所謂的煙塵濃度傳感器就是兩個套裝的金屬管形成兩個極板，作為煙塵流通空間，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＆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［4］。因此，電容信號作為檢測礦熱電爐煙塵濃度指標。當流通的的煙塵量增加時，電介質的介電系數ε變大，電容量就變大;當流通的的煙塵量減小時，電介質的介電系數ε變小，電容量就變小;經電子信號放大器，把電容信號轉換生成4 mA～12 mA的電流信號，至高、低壓變頻器，實現風機電機變頻調速。煙塵濃度檢測、變頻系統原理如圖3所示。

圖3 電爐煙塵傳感器及變頻系統

2.2 定時清吹灰系統

為了防止電容信號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輸出誤差，設計定時吹清灰系統。清吹灰空氣壓力設計0.8～1.5 MPa，時間設定0.5 h 吹清灰一次，2 s～5 s。通過電氣聯動控制實現定時吹清灰。

3 效果分析

6600 kVA礦熱電爐硅鋇鈣(SiBaCa)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315 kW/380 V，額定轉速1488 r/min，額定電流577 A。投運電爐煙塵濃度檢測，實現環保除塵風機變頻調速后，當在上料時段，變頻器頻率20 Hz時，風機的效率33.6%，實測電機電流230.8 A;當變頻器頻率30 Hz時，風機效率60%，實測電機電流346.2 A;當變頻器頻率50 Hz時段，風機效率100%，轉速1488 r/min，實測電機電流577 A。經濟效益分析見表1。

根據經濟效益分析得出:年節電(2016－1441.4)×3(班)×30(天)×12(月)=620524.8 kW·h。折合標煤:2028.89 t;按每度電0.616元計算，年節約電費38萬元多。

4 結語

礦熱電爐煙塵濃度檢測，實現環保風機變頻調速。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優點， 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

［1］ 孫倬主編.冶煉煙氣收塵通用工程常用數據卷.北京:冶金工業出版社，1996:165－167

［2］ 麻林偉，崔宏軍，周楠，等.電爐煙塵溫度檢測在除塵中應用.節能與環保，2009(4):48－49.

［3］ 趙乃成，張啟軒.鐵合金生產實用技術手冊.北京:冶金工業出版社，2003:862－872.

［4］ 劉寶林主編.電氣設備選擇、施工安裝設計應用手冊.北京:中國水利水電出版社，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目(N2010G0618)

聯系人:麻林偉，高級工程師，中國設備工程高級專家，總工程師，河南.登封(452481)，河南奧鑫合金有限公司;

2012—2—31