烘房電加熱設備技術改造實踐

毛海東，喻建樑，潘雪青

（寶武特種冶金有限公司電爐廠，上海 200940）

0 引言

隨著國家對環境保護、能源利用的日益重視，相關法律法規的逐步完善，以及相關技術的日臻成熟，一些依賴蒸汽的工藝過程逐漸被電力方式所取代，比如真空精煉爐的蒸汽噴射泵被機械泵取代，傳統的管道蒸汽伴熱被電伴熱取代，一些冶金企業耐材烘房的蒸汽加熱設備也逐漸被電加熱設備所取代。

1 耐材烘房蒸汽加熱方式與電加熱方式效果對比

1.1 蒸汽加熱方式

每間烘房配置蒸汽進出管道，為烘房內若干套蒸汽盤管供汽，蒸汽盤管散發熱量加熱室溫，其缺點如下：①控溫精度低。蒸汽加熱裝置未配置溫控設備，室內溫度由操作人員根據室內實際溫度，手動調節蒸汽閥的開度來調節蒸汽流量，從而起到調節室內溫度的作用，此方法控溫精度低，往往達不到生產工藝所要求的溫度，對工藝質量有一定影響；②蒸汽有造成燙傷、爆炸、導致設備損壞、人身傷害的風險；③蒸汽供應環節難免由于檢修或故障造成停供，這將直接影響和制約生產；④隨著蒸汽供應單位蒸汽供應總量的縮減，蒸汽單價逐年攀升，部門的蒸汽使用成本逐年增加。

1.2 電加熱方式

電加熱方式的優點如下：①可大大降低生產運營成本（電加熱成本是蒸汽使用成本的50%左右）；②可以精確控制烘房溫度，更有利于提升工藝質量水平；③采用自動控溫方式，可減少操作人員的工作量。

2 電加熱設備

2.1 電加熱設備的組成

2.1.1 主配電柜

烘房的電加熱設備設計總功率1000 kW 左右，配置兩臺低壓配電柜，總計8 路電源輸出，分別為8 間烘房的電加熱控制柜供電。

2.1.2 電加熱控制柜

每間烘房配置一臺電加熱控制柜，控制柜就近布置在每間烘房附近，控制柜具備防塵功能，并采用防塵式通風散熱方式，柜內主要元器件見表1。

2.1.3 電加熱箱

電加熱箱安裝在烘房內，是發熱裝置，主要由固定支架、U形電加熱管組、安全罩及安全防護網組成。每個烘房根據自身尺寸和存放物料類型配置合適數量的電加熱箱，分散布置在烘房內的各個加熱點，可獲得較均勻的加熱效果。

（1）U 形電加熱管組。U 形電加熱管由無縫不銹鋼外管、螺旋狀熱電阻絲、導熱性及絕緣性良好的結晶氧化鎂粉及高溫封口材料組成，整體耐溫650 ℃，額定功率2 kW。常規由12 支電加熱管并聯組成1 個加熱管組。每支加熱管可以單獨拆裝，便于日常維護。

（2）固定支架。固定支架采用優質Q235 型鋼組焊而成，用于安裝加熱管組、安全罩及安全防護網，每個支架上部設置接線端子，便于連接電源線。

2.2 電加熱設備的控制原理

每個烘房配置一套電加熱設備，其控制原理如圖1 所示，其主電路由空氣開關、接觸器、快速熔斷器、可控硅及電加熱器組成，控制及輔助電路的元器件有溫度控制儀、調功器、測溫熱敏電阻、多功能電能表、電流表、電壓表等。

圖1 電加熱設備控制原理

2.2.1 主電路

在主電路中，空氣開關將3 相交流380 V 電源通過接觸器、快速熔斷器供電至3 個雙向可控硅。在收到調功器的脈沖觸發信號前，可控硅處于截止狀態，此時電加熱器無電流流過，處于加熱停止狀態，一旦可控硅收到調功器的脈沖觸發信號，系統將按設定功率對電加熱箱供電，從而實現烘房的加熱功能。

2.2.2 溫控電路

烘房的實際溫度值由溫度控制儀、PT100 測溫熱敏電阻實時測定，溫度控制儀將溫度設定值與實際溫度值進行比較，采用PID 算法計算出當前所需功率值，此功率設定值以4～20 mA 信號發送至調功器，調功器按此值向可控硅輸出帶相應導通角的觸發信號，對其輸出功率進行控制，從而最終實現對烘房室內溫度的控制。

（1）溫度控制儀。采用FP93 型高精度智能溫度控制儀，該控制儀對PID 等參數按經驗值進行設置后，就可以獲得較好的控制效果，可以實現快速升溫和良好的控溫精度。還可以利用其在線自整定功能，能獲得更佳的PID 參數，從而達到更理想的升溫速率、控溫精度。此外，該控制儀還具備超溫、熱電阻斷線報警、保護功能。

（2）調功器。調功器接收來自溫度控制儀的4～20 mA 功率設定值信號，并按此設定值向可控硅發出脈沖觸發信號，實現對加熱功率的控制。

（3）數顯多功能電能表。每臺控制柜配置一塊數顯多功能電能表，用于記錄累計電耗，并能顯示即時功率、功率因數、電流等電信號。

（4）雙向可控硅。每個控制柜的主回路配置3 個雙向可控硅，雙向可控硅是在普通可控硅基礎上發展而來的，可以代替兩個反極性并聯的可控硅，和普通可控硅一樣，也是3 個電極（2 個主電極和1 個控制級），觸發電路也只需1 個。由于雙向可控硅具有無觸點控制、靈活調壓及其特有的雙向導通特性，不僅大大簡化了主電路結構，而且提高了設備的運行穩定性和使用壽命。在此電加熱設備中，只需控制3 個可控硅的導通角，即可在額定功率范圍內獲得無極可調的加熱功率。

2.3 系統安全保護功能

除了常規的接地、短路、過載保護，系統還具備超溫、熱敏電阻斷線保護功能，當發生超溫、熱敏電阻斷線故障時，溫度控制儀將輸出開關量信號，切斷主回路接觸器，從而使主電路斷電，并發出聲、光報警，以警示操作人員立即采取相應維護措施。溫度控制儀可以設定一個功率限定值，將輸出最大功率控制在此值以下，從而避免設備超負荷運行。烘房室溫進入保溫環節后，一旦實際溫度低于設定點3 ℃以下，系統將發出聲光報警。

3 設備檢查、調試、維護

3.1 設備投運前檢查

（1）檢查各電加熱控制回路的接線，并用儀器測量主回路直流阻抗及對地絕緣電阻，確保系統不存在由于接線錯誤或元器件故障造成的短路、開路、對地、絕緣異常或串線。

（2）采用指針式多用表，用極間阻值法測量雙向可控硅3 個電極間的直流阻抗，判斷其狀態是否良好。

（3）檢查各電氣元器件，并在通電后觀察其外觀及顯示狀態。

（4）檢查電加熱設備全部接線端子，確保接線緊固。對于主回路，須確保每個端子都帶防止接觸不良的彈簧墊片并連接緊固。

3.2 設備調試及首次維護

（1）依次合上各級電源開關。

（2）手動設定一個20%的額定輸出功率，然后逐步增加功率，直至100%額定功率，期間檢查控制柜、電加熱箱的運行狀態，檢查各儀表顯示的實際溫度、電信號，用便攜溫度計檢測室內實際溫度，確保加熱系統各環節都正常隨功率輸出的變化而相應變化，并且無接觸不良、發熱、電信號、聲音等異常現象。

（3）投入自動溫控模式，設定目標溫度，觀察設備運行狀態，確保生產工藝標準要求的升溫速率和控溫精度。

（4）設備運行一周內，每日定時點檢設備運行狀態。一周后停電，全面檢查各元器件和電路線纜，全面緊固各接線端子。

4 設備運行效果

該電加熱設備于2020 年10 月投入運行，至今已2 年時間，主要效果如下：①利用多功能電能表記錄的電耗數據，與往年的蒸汽成本數據進行對比，電加熱的電費僅為蒸汽的50%左右，每年節約成本100 萬元左右；②要烘房獲得恒定室溫，只需在溫度控制儀上設定好目標溫度，并操作控制柜上的啟動按鈕，設備即進入自動溫控模式，大大減輕了操作人員的工作量；③由于溫控精度高，提升了生產工藝質量水平；④徹底消除原來蒸汽管道和加熱器存在的燙傷、爆炸等安全隱患。

5 系統技術改造展望

隨著公司產業結構調整，該套烘房設備即將搬遷，為了適應公司信息化、智慧制造的管理理念和新產線集中控制的生產模式，該套烘房設備將在搬遷過程中同步進行技術改造，將在原有設備基礎上增加一套PLC 控制器和HMI 操作計算機，并接入煉鋼生產線的基礎自動化網絡，最終實現在集中控制大廳的HMI操作計算機上遠程監控這套烘房設備，并可實現遠程故障診斷，具體實現如下功能：①啟、停烘房電加熱設備；②按工藝需求修改設定溫度；③顯示實時電壓、電流、溫度值，并可查看3 年內歷史溫度數據記錄；④實時顯示控制系統的短路、過載、超溫、熱電阻斷線等報警信號，并保存3 年歷史報警記錄。

另外，通過生產線配套的工業電視及大屏幕顯示設備，操作人員可以直觀查看、掌握現場烘房電加熱設備的運行使用狀況，確保設備穩定、安全運行。

6 結束語

目前這套電加熱設備運行安全、穩定，滿足生產工藝要求，該設備經過搬遷后的技術改造，將能融入公司信息化、智慧制造的發展戰略，在新產線繼續發揮重要作用。