高压变频技术在电炉除尘系统中的应用探讨

闫宇洁

长期以来，钢铁厂由于其资源十分密集，能耗消耗较大，生产规模较大以及物流发展速度较快等特点，被很多环境保护人员认为是烟尘排放量最大，废弃物最多且污染最大的企业。而电炉产生的废气是当前造成钢铁厂产生大量烟尘污染的主要原因之一。为此，提高电炉中的除尘系统应用质量，在当前显得尤为重要。

1 电炉除尘系统的应用现状

电炉也称电弧炉，主要是利用废钢、铁合金或者是部分钢铁厂的渣料进行配料演练，能够根据不同工种的要求进行演练，电炉可以接受高碳铬铁水和脱硫铁水，其最终可以制作出碳钢或者是不锈钢钢水。电炉在炼钢过程中会出现对环境造成污染的有害污染物。而其中出现污染物的三个阶段分别是电炉的加料、冶炼以及出钢阶段。其中在电炉的演练过程中，可以简单地将其分为熔化期、还原期以及氧化剂，特别是在氧化期中，由于氧化期电炉会出现内部材料脱碳的现象，加之吹氧和加矿石，导致大量的赤褐色浓烟出现。而在冶炼期中氧化其所产生的赤褐色烟气，无论是含量、含铅浓度或者是温度等都处于最高。为此，对于环境所带来的负面影响也最大。在电炉除尘系统设计过程中，应按照氧化期最大烟尘排烟量进行设计，而电炉在冶炼过程中，其粉尘主要是利用炉顶烟道进行降尘，电炉壁经过水冷却后在除尘系统中过滤并且排放，可以利用集成灶将现场车间中所生产出来的粉尘以及废气进行及时地排走，其目的既是为了避免对环境造成过分污染，同时也是为了电炉周边所有工作人员自身的生命安全。为此，在整个生产过程中，除尘风机可谓是最为重要的设备之一，在大多数情况下，需要基于电炉所产生的最大风量需求上增加1.1 倍到1.3 倍左右进行除尘风机的选择以及设计，其目的是为了提高对环境保护的整体质量，同时也降低钢铁企业在演练过程中，对人员可能带来的伤害概率，而在整个炼钢过程中，其缺氧时期约占30%～35%，在这一阶段风机本身处于高负荷运行阶段，而在其他时间风机则处于一种低运行状态。但是一旦电炉运行，无论电炉本身处于怎样的运行阶段，要求除尘风机均应该处于全速运行中，且通过不断地去调节入口挡板的来对粉尘进行清理，但是这种清理方式存在的问题是整体的清理效率相对较低，并且清理所需要消耗的功率较大，会造成大量的电能浪费。随着我国社会主义市场经济的飞速发展，近几年钢铁企业所面对的市场竞争在不断加剧，而节能降耗则成为了提高钢铁企业生产效率最为有效的竞争手段之一。自上世纪90 年代起，国外就已经开始使用高压大频率变频调速技术，其既符合我国当前的市场需求，同时也符合可持续发展这一战略需求。随着技术在应用领域上不断的进步和拓展，当前我国自主生产的高压变频技术已经广泛地应用于冶炼、给排水、机车、电力、化工等各个不同的领域。为此，需要钢铁企业对电炉除尘系统进行技术改造，提高其整体的应用质量，真正的满足生产需求，并且增强企业的经济效益。

2 高压变频技术在电炉除尘系统中的应用方案

2.1 应用案例

为了更好地对电炉除尘系统进行设计应用，并且分析其技术方案，需要以某钢铁企业的炼钢厂车间所使用的电炉为例。在该炼钢厂中的四车间现有的#1、#3、#4、#5 电炉，需要对其进行扩容，进而变成30 吨EB 吨和EF 交流电弧炉。在该车间中所选择的除尘器系统是利用高压变频技术除尘系统LDM 布袋式除尘器（在设计中一共计三套），在本次设计的过程中，其中过滤面积为8860m2，最大的除尘风量为600000m3/h。在实际进行方案改造的过程中，主要是以#3 电炉为例：其中#3 电炉的炼钢周期为90min ～150min，在使用时其中装料6%～10%，送电熔化为25%～30%，吹氧为30%～35%，还原期为15%～20%，冲渣出钢为6%～8%。在使用电炉的过程中，由于不同的生产工艺阶段，电炉所产生的烟气量或是烟气温度等均存在不同，本身的差异性较大。要求在加料的过程中，由于其主要装料包括了废钢以及其他材料，会产生一定的扬尘。在这一阶段，对除尘的风量要求并不大，而在炼钢厂中对周围环境的标准进行判断，主要是以粉尘不扩散，不污染电炉周边为主，在送电的过程中，其主要利用的原料是电炉加热会直接引发已经废弃的物品进行燃烧，进而会产生其他废气。为此，在使用电炉时需要将炉料加热至熔化状态，其目的是为了确保所有的烟尘能够在第一时间内进行排出，也不会过多地带走电炉本身的热量，既可以保证炼钢厂炼钢时的炼钢周期，同时也能够提高炼钢的整体效率。而在对电炉进行吹氧期间，则要求所有的除尘系统能够在第一时间内将废弃和粉尘进行排走，但是在这一阶段又需要确保电炉主体本身就有合适的炼钢的温度，导致对除尘系统的设计要求较高而进入，而当电炉进入还原期时吹氧这一工作告一段落，出现的粉尘、污染物程度则会再一次出现降低的现象。在冲渣出钢时，由于会产生一定的排放物，同样也会产生少量的烟尘、废气。

2.2 高压变频技术在电炉除尘系统中的应用设备参数

以该工厂为例，通过对电炉冶炼工艺的分析，能发现电炉在炼钢过程中不同的阶段，其使用的除尘风量大小有着极为明显的区别。为此，在进行吹氧冶炼过程中，其除尘风量使用最大，并且加料除尘最低，需要根据已有的电炉除尘系统中除尘风机在运行时的运行方式和运行设备进行分析，才能够更好地对高压变频技术在电炉除尘系统中的应用实践制定良好的方案。其中涉及了以下几种不同的设备参数，分别是：除尘风机参数、电动机参数以及变频器技术指标。其中除尘风机的型号为：电炉生产4-73-11No31.5F、流量为：600000m3h、风压为：3660Pa、轴转速为：580rmin、轴功率为：900KW；电动机的型号为：电炉生产KK630-10-W、额定电压为：6000V、额定电流为：115A、额定转速为：580rmin、额定功率为：900KW；变频器的型号为：Harsver 吨-A06120、技术指标为输入电压：6000V、额定电流为：120A、额定频率为：50Hz、输出电压为：0 ～6000V、输出频率为：0 ～50Hz、额定容量：1130kVA。

2.3 系统电气构成

在本次高压变频技术除尘系统使用过程中，需要结合电炉生产的现场生产工艺情况。在电炉生产中其主要选择的是来自于利德华福生产的Harsver 吨-A 型变频器以此作为主件，选择该变频器的原因是，这一种变频调速系统本身具有以下特点：第一，Harsver 吨-A 型变频器谐波含量小，第二，功率因数高、编程灵活，第三，操作方便、模块化结构，第四，故障率低、免维护、易维修的特点。在使用高压变频技术除尘系统的过程中，其主要是利用6kV 电源通过母线段网侧高压开关QF 接入到钢铁厂的生产系统中，并且在本系统中，其选择多重化移相干式隔离变压器进行电源侧的电气隔离，其目的是为了在第一时间内有效的去减少高压变频技术除尘系统以及电炉生产过程中对电网的谐波污染；其中变压器输出经功率柜逆变输出后可以直接驱动三相异步电动机，其所实现的是对高压变频技术除尘系统中除尘风量的控制。为了保证高压变频技术除尘系统在运行过程中的安全性和可靠性，本次系统设计的过程中，其选择设计了工/变频两套动力系统。其中当系统变频运行时，会出现断开隔离开关QS3；合隔离开关QS1、QS2。并且利用变频器启停设备，实现对高压变频技术除尘系统的转速和风量控制。如果变频线路出现故障时，系统则会自动的去切换至原工频运行方式；同时断开隔离开关QS1、QS2；合隔离开关QS3。可以利用除尘系统通过上位机启动风机，入口挡板则能有效的去控制风量。

2.4 系统控制方案

由于在使用电炉除尘系统时不同的工艺阶段，电炉本身所产生的烟气温度有着极为明显的差别。为此，温度的高低会直接反映出在本次炼钢过程中电炉的运行情况。大部分情况下系统并没有应用直接检测电炉工作中所蕴含的粉尘浓度这种方式来控制风除尘，而更多的是采用烟道温度来作为调节。在本次系统运行过程中，利用的是非线性函数关系，进而推导出在电炉运行过程中不同的工况以及除尘风量。基于工程学的角度进行分析，温度变送器可以在相对较恶劣的工业场合下进行应用，原因是温度变送器的抗干扰能力极强，工作稳定性很好，并且能够实现高精度控制，安全可靠，便于维护，经济效益相对较高。而粉尘检测装置在使用时存在的问题则是价格十分昂贵，稳定性差，经常容易出现故障，需要大量的维护，而在现场检测点中，其由于不同检测点的数据不同，很难具有广泛代表性。为此，需要选用除尘烟道中的烟气温度作为冶炼现场最重要的控制量，同时基于吹氧量和冷风门的开度来作为储存风量的修正参量，从而有效地提高系统在开展过程中的响应速度，有效地改善控制品质，最终达到良好的储存效果，而实现除尘风量自动控制，不断降低进行人员的劳动强度，以此来提高运行系统的整体效率，最终达到最佳的节电效果。

为了保证系统在使用时的可靠性，采用的是工业可视电视，同时加之上位机手动控制调节变频器工作的频率点。与此同时，也增加了除尘风量，手动控制回路，其是为了保证系统在使用时的可靠性，对储存风量进行控制，所采用的方式是分段调速方式，利用炉前操作台便于控制变频运行的频率点，从而实现在不同工况下对整体的风量进行调节。通过实践证明，将这两种不同的控制方案应用在系统中，能够提高系统的实用性和可操作性，满足炼钢企业在当前进行经营管理时的现场生产要求，直接改善了现场的工作环境，既可以提高钢铁企业产品质量，同时也降低了在炼钢过程中所需要消耗的能耗，其对于电炉除尘系统的应用带来了非常正面的影响。

2.5 系统特点

将变频调速技术应用在钢铁厂的电炉除尘系统中，其主要具有以下几个特点：第一，使用高压变频技术后的电炉除尘系统会随着电炉炼钢生产过程中生产工艺的负荷改变进行改变，这种方式能够在最短时间内提高系统在运行时的整体效率，在使用过程中能够实现对系统生产效果的最佳分析，同时确保除尘系统达到最佳工况运行状态，取得节约显著的节能效果。对钢铁厂的生产以及储存自身发展而言，会带来极为积极且正面的影响。第二，使用高压变频技术的电炉除尘系统能有效地降低传统除尘系统的负荷率，并且直接延长除尘系统在使用时的使用效率。无论是除尘风机或者是除尘电机、烟道等使用设备的寿命均会在这一阶段得到明显的增加。第三，在使用高压变频技术的电炉除尘系统中，由于其技术出现了改变，对于炉内而言带来的影响则是热量损失在不断降低，当前合理地控制在除尘系统使用过程中的使用温度，其最终的目的仍就是确保当到达终点温度时，其终点温度能够满足在整个系统使用时的使用需求，对于系统发展而言带来正面影响。第四，在除尘系统使用时由于其所采用的是变频技术，该技术对除尘系统而言，能够有效地改善炉内的吹炼工况，在有限时间内可以明显地缩短在实际炼钢时所需要消耗的时间，既能够提高钢产量，同时也可以改善出品的高品质。第五，在第一时间内降低补炉期间所需要消耗的能耗，以及炉衬热散损失。由此可见，使用高压变频技术，在电炉除尘系统中能够有效提高电炉使用的质量，既可以增强钢品质，提高钢产量，同时也能够有效地降低钢铁厂对我国环境发展带来的负面影响。在使用高压变频技术电炉除尘系统过程中，也需要定期对该技术进行升级，确保技术的使用质量能够始终符合我国社会发展需求，同时更能让钢铁厂的经营管理质量得到提升，让钢铁厂在提高生产效率的同时，为我国环境发展作出贡献，真正的实现能源的可持续发展，久而久之也能够降低炼钢本身所需要消耗的经济成本，增强钢铁厂经营管理的质量。

3 高压变频技术除尘系统的节能分析

为了进一步探讨在高压变频技术除尘系统中电炉生产的使用效果，需要结合实际情况进行数据分析，以此才能更好地分析高压变频技术除尘系统的节能质量。以该钢铁厂为例，经过对除尘系统的更新后，对该钢铁厂在2018 年度设备实际使用情况以及在使用高压变频技术除尘系统后的节电情况进行了统计以及数据的分析。可以得出以下内容共：2018 年度全年产钢一共为：115966 吨；在整体生产过程中，为了确保环境发展质量以及遵循我国可持续发展战略需要，钢铁厂在生产过程中所选择的三套除尘系统全年总运行总时间为：12328.75h；如果在生产的过程中其选择的生产方式为采用完全采用工频，那么在经历了运行全年的生产过程中，其需要消耗的电量为1099565kW·h

根据所获得的结果以及该钢铁厂的年产量进行分析能够得出本次折算吨的钢耗电量为94.5kW·h/吨，而如果采用完全变频运行，该钢铁厂在日常的运行中全年实际耗电为：5635204kW·h；其中折算吨钢耗电量47.0kW·h/吨，可以得出实际节电：5456471kW·h；其中吨钢节电48.5kW·h/吨；得出在使用高压变频技术除尘系统之后钢铁厂全年节约电费成本2890889.63 元。

在本次计算成本的过程中，其中电费计价按峰值、谷值、平值电价的平均值计算，而该钢铁厂所选择的三套高压变频系统在投资的过程中其成本为267 万。由此可见，使用高压变频技术除尘系统能够有效地节约钢铁厂的耗电量，与此同时，也能为钢铁厂带来更高的经济效益，即可以满足钢铁厂对经济发展的需求，同时也满足可持续发展理念，为我国环境保护发展带来正面影响。

再比如，B 钢铁厂同样选择了高压变频技术除尘系统，在实际进行使用的过程中发现，在2018 年12 月B 钢铁厂在生产的过程中其钢产量为36416 吨，在12 月1 日工作人员对除尘风机电机功率表进行读数，其得到的数据为1838460kW·h，而在12 月30 日时，除尘风机的电机功率表读数则出现了改变，为2118590kW·h。为此，在B 钢铁厂中12 月除尘风机工频运行时共消耗电量为280130kW·h，由此可见，在B 钢铁厂中平均每天消耗电量为9658.3kW·h。

而在2019 年4 月，当B 钢铁厂完成对除尘系统的改造后，应用高压变频技术除尘系统，其钢产量为36436 吨，2019 年4 月1 日除尘风机电机功率表读数为2899620kW·h，4 月30 日功率表读数为3075340kW·h。当除尘系统变频器投用后，2019 年4 月份共消耗电冠为174720kW·h，其中平均每天消耗电量为6228.3kW·h。根据上述数据进行分析，当B 钢铁厂选择使用高压变频技术除尘系统后，其有着明显的电量节约，其中平均每天节约电量为3632kW·h，节电率已经达到37.6%则每年节约电量为307260kW·h，得出每年可节约电费66.4 万元。

4 结语

综上所述，利用高压变频技术在电炉除尘系统中的应用，能够提高其除尘效果，并且有效地改善钢铁厂在现场生产时的状况，既可以不断提高钢产量，同时也能够降低损耗，减少烟尘的污染，对环境保护而言，其带来了积极的影响。通过技术改造后，企业不仅降低了烟尘，也节约了费用。由此可见，在电炉除尘系统中使用高压变频技术是非常正确的，既符合我国可持续发展这一政策，同时也满足钢铁企业节能环保的需求。