萊鋼高爐除塵系統(tǒng)高壓變頻器技術(shù)改造

于光學(xué)

(山東鋼鐵集團萊蕪集團公司設(shè)備維修中心，山東 萊蕪 271104）

1 背景

高爐冶煉程中污染主要源于出鐵口主溝、鐵水溝、渣溝、渣嘴、鐵水罐和開堵出鐵口操作以，及鐵水入罐時的煙塵。因此除塵新技術(shù)的應(yīng)用在降低煉鐵設(shè)備環(huán)保壓力方面具有舉足輕重的作用。前期，受投資成本與技術(shù)水平的限制，1880高爐除塵系統(tǒng)采用高壓液變電阻式軟啟動器。近幾年隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展和穩(wěn)定行的不斷提高，高壓變頻技術(shù)也日趨成熟，而且價格也趨于合理，高壓變頻器的價格與液力調(diào)速裝置的投資成本已相差不大。萊鋼廣大技術(shù)人員經(jīng)過多方收集材料并結(jié)合萊鋼實際，與部分變頻器廠家技術(shù)人員進行論證分析，認(rèn)為對萊鋼主要泵類和大風(fēng)機進行高壓變頻改造是可行的，具備節(jié)能、環(huán)保的潛力并能低噸鋼產(chǎn)品的消耗。

2 解決方案

2.1 工藝概況

據(jù)統(tǒng)計出鐵口散發(fā)的粉塵量約占整個出鐵場煙塵量的85%，粉塵排除過程具有出塵點集中，可回收效率高的特點。高爐和礦槽除塵工藝如圖1所示。

圖1 高爐除塵工藝圖

2.2 設(shè)備狀況

根據(jù)工藝及設(shè)備要求，礦槽和高爐除塵系統(tǒng)按最惡劣環(huán)境設(shè)計。配套除塵器及電機規(guī)格如表1。

2.3 改造原則

本次改造著重從最小改動、最大可靠性、最優(yōu)經(jīng)濟性幾點考慮，要求實現(xiàn)以下功能。

（1）系統(tǒng)要具有明顯的節(jié)能環(huán)保效果、降低用戶運行成本，減少故障，改善工藝，提高生產(chǎn)效率。

（2）根據(jù)煉鐵工藝具周期性的特點，新改造系統(tǒng)必須具備頻繁啟動功能，能最大限度減少對電網(wǎng)和電機等的電氣和機械沖擊。

（3）采用高壓變頻器直接對電網(wǎng)高壓進行整流和逆變，具備較小的諧波電流和噪音。

（4）有較為完善的人機界面和故障顯示功能，對設(shè)備運行狀況做自動監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制。

（5）保證系統(tǒng)具有較高的運行可靠性，設(shè)計工頻旁路方案以實現(xiàn)風(fēng)機工頻、變頻之間的自由切換。

2.4 方案確定

經(jīng)過對高壓變頻市場各種設(shè)備性價比的對比，結(jié)合萊鋼設(shè)備概況及工藝要求，我們采用Honeywell公司的SolidDrive10/10-1800系列高壓變頻裝置為此次改造最優(yōu)設(shè)備。

3 具體做法

3.1 關(guān)鍵技術(shù)及特點

SolidDrive10/10-1800系列高壓變頻調(diào)速裝置采用單元串聯(lián)多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（見圖2），它主要由輸入變壓器、功率單元和控制單元三大部分組成。輸入部分是一臺移相變壓器，原邊Y形連接，副邊采用沿邊三角形連接。功率單元采用模塊化設(shè)計，由24個功率單元組成，每8個功率單元串聯(lián)組成一相，三相Y接，直接給10kV高壓電機供電。每個功率單元采用高壓場控大功率的IGBT功率模塊，耐壓值為690V，單元串聯(lián)多電平技術(shù)由于采用功率單元相互串聯(lián)的辦法解決了高壓的難題而得名。該項技術(shù)無需輸出變壓器，更不需要任何形式的濾波器。控制單元采用光纖通訊技術(shù)，提高了抗干擾能力和可靠性。該變頻器還具備如下特點：

表1

圖2 SolidDrive10/10-1800高壓變頻調(diào)速裝置總體結(jié)構(gòu)

（1）采用多重化PWM方式控制，輸出電壓波形接近正弦波。

（2）功率因數(shù)高，輸入諧波小。

（3）模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，維護方便。

（4）直接高壓輸出，無需輸出變壓器。

（5）功率單元自動旁通電路，能夠?qū)崿F(xiàn)故障不停機功能（見圖3）。

圖3 功率單元自動旁路技術(shù)

3.2 高爐除塵工藝的優(yōu)化

在高爐鐵場除塵系統(tǒng)利用上位機操作系統(tǒng)和監(jiān)控軟件對除塵器進出口壓差、入口流量和溫度、電機運行狀態(tài)進行檢測。

4 實施效果

改造后，高爐除塵系統(tǒng)風(fēng)機可根據(jù)出鐵時間自行調(diào)節(jié)工作頻率，從而實現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo).在圖6中，1到2、5到6為高爐出鐵間斷時間，平均為40min；2到3、6到7為升速時間，可以適當(dāng)作一調(diào)節(jié)；3到4、7到8為高爐出鐵時間、也就是除塵系統(tǒng)集中工作時間；4到5、8到9為降速時間，同樣也可以調(diào)節(jié)。高爐出鐵時間根據(jù)需要，需要加大吸塵量，變頻器頻率可以調(diào)整到45Hz左右，高爐出鐵間斷時間內(nèi)，爐前環(huán)境相對較好，可適當(dāng)降低變頻器速率，頻率可調(diào)整為10HZ左右。

圖6 高爐出鐵場除塵工藝周期圖

高爐鐵場在出鐵時，正常運行時電機轉(zhuǎn)速為670r/min，由于風(fēng)機、泵類負(fù)載軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，理論上節(jié)能效率為69%。實際運行中由于系統(tǒng)自身各種損耗、在出鐵間隔期間需降低功率低速旋轉(zhuǎn)。因此不能達(dá)到這一理想狀態(tài)。經(jīng)過長期電量統(tǒng)計，改造前月均耗能85萬度，改造后月均耗能為55萬度，節(jié)能為30萬度，節(jié)電率達(dá)到35.3%。電能按0.65元/度計算每年減少電費234萬元。同時實現(xiàn)以下效果。

（1）每年減少CO2、SO2、各類金屬顆粒排放量千萬噸以上，極大降低了環(huán)境壓力；

（2）減少了電機啟動對電網(wǎng)的沖擊，減少了設(shè)備故障，降低了設(shè)備維護量和工人勞動強度；

（3）采用功率單元自動旁路技術(shù)，減少了停機時間，降低高爐休風(fēng)機率；

（4）根據(jù)鋼鐵工業(yè)污染指數(shù)規(guī)定，高爐排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行GB9078－1996《工業(yè)爐窖大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的二級標(biāo)準(zhǔn)，其它污染源排放執(zhí)行GB16297—1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的二級標(biāo)準(zhǔn)。高爐新建環(huán)保設(shè)施粉塵排放濃度標(biāo)準(zhǔn)≤100mg/Nm3，其它污染源新建環(huán)保設(shè)施粉塵排放濃度標(biāo)準(zhǔn)≤120mg/Nm3。我們現(xiàn)在現(xiàn)場崗位粉塵濃度9.1mg/m3≤規(guī)定的10mg/Nm3，風(fēng)機噪音在85db以下，改造達(dá)到了理想的目標(biāo)。