電弧爐煉鋼廠關鍵環節節能設計探究

魏亮

摘 要：降低電弧爐煉鋼生產過程中的能耗，是電弧爐煉鋼企業降低生產成本、提高經濟效益的重要環節。在電弧爐煉鋼廠設計過程中，重視節能設計，采用先進的節能技術，余熱回收再利用，且在大用電設備上安裝節能裝置，尤為重要。本文對這幾個方面進行了研究分析，在節能降耗方面具有一定的參考價值。

關鍵詞：節能降耗；節能措施；余熱再利用

1 節能設計的原則

鋼水在吹煉過程中，需要極高的溫度且調節溫度、控制溫度，才能煉出高品質的鋼鐵；而且在這一過程中需要消耗氧氣、氮氣、蒸汽等能源，能源消耗巨大。為降低煉鋼成本，煉鋼廠在建設生產線前，要統籌規劃，重視節能，還要增加先進的煤氣、蒸汽回收工藝，這樣一方面可提高煤氣、蒸汽的回收量，另一方面降低吹煉過程中的能源消耗，從而實現負能煉鋼。在自動控制、智能時代，設計煤氣、蒸汽自動回收，設計氧氣、氮氣的消耗，都使設定并自動調節成為可能。然而，原有生產線的一些工藝參數是按照常規情況設計的，還需要進行技術改造或優化，如轉爐在吹煉過程中會產生大量的熱，從而生成大量的蒸汽。這些蒸汽經過干法除塵系統回收，一部分送入公司的蒸汽管網，另一部分供RH爐抽真空使用，還有一小部分用于轉爐煙道的加熱升溫。在設計原則上要注意把握：一是不影響產品的質量、性能和產量；二是不造成車間內、外環境的污染；三是投入產出比高，能在短期內回收投資費用。

2 節能措施

2.1 采用Cansteel電弧爐

與傳統電爐相比，由于采用廢鋼預熱，Consteel一直處于連續熔化/精煉狀態，電弧穩定并被泡沫渣覆蓋，因此Consteel電弧爐具有節能的特點。電弧與熔池間的熱傳遞非常有效，可以減少輻射到耐材、爐壁和爐蓋水冷盤上的熱量損失。與頂裝料的電爐相比，Consteel電爐變壓器的功率（相同的小時產量）較低。由于一直處于連續精煉狀態（不采用頂裝料而節省了時間），在整個冶煉周期內（頂裝料電爐在穿井時需降低功率）可最大限度地使用變壓器的輸入功率，從而相應降低了變壓器的裝機容量。這就意味著節省了變壓器本身、變電站和SVC的投資費用。與具有相同生產率的傳統電爐相比，Consteel要求的裝機容量較小，所以能降低變壓器功率，極大地降低了電耗。

2.2 采用電爐余熱回收措施

本工程將燃燒沉降室和煙道由傳統的水冷方式改為汽化冷卻方式。在高溫煙氣段采用輻射受熱面，在低溫煙氣段設置熱管換熱器將煙氣冷卻降溫，回收電爐煙氣的余熱，產生低壓蒸汽，供應全廠生產、生活蒸汽用戶。汽化冷卻和水冷卻相比，不僅產生了蒸汽，而且大量節約電能，不必設置冷卻塔，節省了占地面積，這樣不僅能減少噸鋼能耗指標，而且能回收大量熱能，提高全廠的循環經濟效益。

2.3 變壓器節能

電弧爐煉鋼廠變壓器包括冶煉變壓器和動力配電變壓器。由于冶煉變壓器容量大和動力配電變壓器數量多、運行時間長，總消耗相當大，因此在變壓器的選擇和使用上存在巨大的節能潛力。冶煉變壓器是電弧爐煉鋼最關鍵的大型配套設備之一，本工程采用新型殼式節能型電爐變壓器，選用S11系列低損耗油浸式變壓器，其卷鐵芯改變了傳統的疊片式鐵心結構，為硅鋼片連續卷制、鐵芯無接縫，極大地減少了空載損耗及空載電流，使空載電流降低60%～80%。由于鐵芯（橫截面為純圓形）連續卷繞，充分利用了硅鋼片的取向性，使空載損耗降低了20%～30%。同容量S11系列變壓器空載損耗比S9系列降低30%，年綜合電量損耗降低35%以上，節電效果明顯。另外，變壓器與配電裝置應盡可能靠近布置，以減少出線線路壓降及節省電力電纜或銅排等耗材長度，降低電氣投資。

2.4 電動機節能

合理選用電動機類型，選用效率高、節能、啟動性能好的電機，同時需要合理選用電動機的額定容量。對于中小容量的風機、水泵、壓縮機，在需要調速的工況下，采用變頻調速技術，調速范圍大，靜態穩定性好，調速精度高，啟動電流小，減少了電源設備的容量；啟動平滑，消除機械的沖擊力，保護機械設備；具有顯著的節電效果，節電率一般為20%～50%。

2.5 無功補償及濾波節電技術

高功率電弧爐和鋼包精煉爐在冶煉過程中會產生大量的高次諧波，負荷變化大且波動頻繁，對電網產生沖擊，引起電網電壓波動，電網電壓波形畸變，電壓閃變，并對電網產生公害，給其他用電設備帶來危害，如損壞電機、電容器等。由于電壓波形發生畸變，造成變流裝置調節系統紊亂，甚至使生產不能正常運行，因此本工程在煉鋼中心變電所35kV冶煉段母線側裝設靜態補償裝置（SVC）一套，使補償后的PCC點電壓畸變和流入系統的諧波電流限制在電網允許水平以內，將冶煉用電功率因數提高到0.92以上。動力用電采用分散和集中相結合的補償方式，在負荷集中的低壓母線設就地補償電容器，主要是在配電變壓器或整流變壓器兩側0.4～1kV電壓母線裝設電容器、電抗器元件，實現低壓側就地濾波補償功能。采用接觸器投切或晶閘管過零投切方式，在負載處就地解決諧波濾波和無功補償問題，大大降低諧波和無功通過變壓器造成的損耗；另在煉鋼中心變電所10kV母線設集中補償。

2.6 其他節能措施

電氣節能的措施是多樣的，上述各項措施不能一一概全，還有其他電氣節能措施，如電力電纜合理布局敷設，節能橋架應用，電能的分時、分地計量等，在工程設計中應選擇性選用，使電氣設計真正達到安全、經濟、節能、環保的要求。

3 結束語

降低損耗、節約能源具有重大意義，不僅可以提高企業的經濟效益，而且利國利民，能使有限的電力創造出更多的社會財富。

參考文獻

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[3]方大千，方立.電氣設備節能技術與工程實例[M].金盾出版社，2011.

（作者單位：中冶華天南京工程技術有限公司）