智能除尘系统的研制及应用

麻林伟，冯太伟，张 岩，李福山，菅成志

(1.河南奥鑫合金有限公司，河南 郑州 452481；2.郑州大学材料科学与工程学院，河南 郑州 450000)

原铁合金电炉除尘设备的能力是按电炉各烟尘量最大时设计的。铁合金电炉每个工艺时段中，烟尘量的差异较大，一般为6～10万m3/h，而在炉子闷烧时段烟尘量几乎为零。但是，除尘风机一直保持在额定功率下运行，不仅浪费了大量的电能、热能，而且影响除尘设备的使用寿命。为此，就6.6MV·A矿热电炉生产硅钡钙（SiBaCa）合金工艺及烟尘量进行分析，研究开发了矿热电炉烟尘浓度监测设备，以调控变频风机速度，实现智能除尘技术。该技术的顺利实施，不仅达到了环境保护要求，还有降低生产成本等诸多优点。

一、冶炼工艺与烟尘量的差异分析

矿热电炉在冶炼时，由于炉内电极间电弧的放电，产生大量的炉气，炉气中的CO在烟罩内燃烧后产生烟气。中小型半封闭矮烟罩铁合金电炉，烟气量为每吨产品大约产生1 500～2 000m3炉气。烟气量用下式计算。

Q=P·N·Z

式中：Q——烟气量，m3/h；

P——电炉变压器的容量，kV·A；

N——标准工况单位烟气量，10～12m3/h；

Z——电炉变压器的超载系数，取1.3。

根据上式计算，6.6MV·A矿热电炉烟尘量Q=102960m3/h。在上料焙烧时段，电炉变压器功率为额定功率的65%～75%，烟气量51 480～59 400m3/h；在闷烧时部分料面蹋料小面积刺火时段，烟尘量达到79 200m3/h；在大面积蹋料压料、出炉时，电炉变压器超载30%，烟尘量为102 960m3/h。硅钡钙（SiBaCa）合金生产工艺与烟尘量曲线图见图1。

二、烟尘浓度检测与变频智能调速系统的设计

1.烟尘浓度传感器

根据电容量计算公式C=εa/d，当两个极板相对面积a、间距d不变的情况下，介电系数ε随烟尘量的大小发生变化，电介质信号电容量C就发生变化。因此，电容信号可作为检测矿热电炉烟尘浓度指标。当流通的烟尘量增加时，电介质的介电系数ε变大，电容量C就变大；当流通的的烟尘量减小时，电介质的介电系数ε变小，电容量C就变小。经电子信号放大器，把电容信号转换生成4～12mA的电流信号至高低压变频器，实现风机电机智能变频调速（见图2）。

图1 生产工艺与烟尘量曲线图

图2 电炉烟尘传感器及智能变频系统

2.定时清吹灰系统

为防止电容信号传感器被烟尘附着，影响传感器灵敏度，设计了定时吹清灰系统。清吹灰空气压力设计0.8～1.5MPa，时间设定0.5h吹清灰一次，每次2～5s。通过电气联动控制（双延时继电器）实现定时吹清灰。

三、经济效益

6.6MV·A矿热电炉硅钡钙合金，配备环保除尘风机型号JY8-48，电动机型号Y352-4，额定功率315kW/380V，额定转速1 488r/min，额定电流577A。智能变频调速除尘风机投入运行后，在上料时段，变频器频率为20Hz时，风机的效率33.6%，电机电流230.8A；在变频器频率为30Hz时，风机效率60%，电机电流246.2A；在风机效率为100%时，额定转速1 488r/min，额定电流577A。经济效益分析见表1。

根据表1计算得知：年节电620 568kW·h，折合标煤2 028.89t；电价按0.616元/kW·h计算，年节约电费38万余元。

四、结语

矿热电炉烟尘浓度检测技术的应用，实现了环保风机智能变频调速，经过1年多的试运行，各项经济指标良好，不仅达到矿热电炉清洁生产要求，而且节约电能约30%。同时实现了炉内的热能损失降低、原材料节约及设备使用寿命延长等诸多效益，是值得推广应用的一项环保除尘节能技术。

表1 经济效益分析表