冶金行業除塵系統風機的節電改造

一、現狀
自進入二十一世紀以來，冶金行業進行了大規模的技術改造，根據國家的環保要求，其煙塵治理已達到新的水平：
1、 各生產工段已普遍采用除塵設備（布袋除塵器或電除塵器），除塵系統運行基本良好，滿足了環保要求；
2 、除塵系統主風機裝機功率容量大，液力偶合器、變頻器等調速裝置已普遍應用于風機的啟動、調速運行；
3 、一些斷續生產的工段，根據生產工藝特點，自動控制除塵系統主風機高速、低速運行，具有良好的節電效果；如焦化除塵、高爐除塵、轉爐一次除塵等;
4 、另一些斷續生產的工段，由于自動控制較復雜，運行方式以最大煙塵量設定風機參數長期運行，耗電量大，調速裝置未達到最佳應用狀態；如電爐除塵、轉爐二次除塵等。
5、一些連續生產工段，煙塵排放點比較多，但每個排放點煙塵量較小，除塵系統煙塵撲集罩較分散，采用一套除塵系統收塵，除塵系統主風機以最大風量長期運行，采用調節風管閥門控制風量來滿足煙塵排放點的收塵，此運行方式耗電量也比較大。
根據以上情況，深入分析實際的生產工藝，利用現有設備，采用有效的自動控制手段，可進一步降低除塵系統風機的耗電量，達到最佳的節電效果。
二、節電方案
1、 加強除塵系統設備的管理，保證除塵系統管道及除塵設備的阻力參數在允許的范圍內運行, 盡量維持風機以較低轉速運行；
2、 根據生產工藝過程的要求，通過檢測煙塵撲集罩內的有關參數及生產工藝過程的其它參數，自動調節風機的轉速，根據風機功率與風機轉速的3次方成正比的關系，盡量降低風機轉速，以達到最佳的節電效果。
三、自動控制方案
方案一： 根據生產工藝的要求，除塵風機與相關生產設備聯鎖，開爐時自動達到風機低速位，閉爐冶煉時自動使風機達到高速位，該開關量信號的傳送可采用控制電纜送至風機控制計算機或PLC，另外，亦可采用無線傳輸設備進行信號的傳送。
方案二： 檢測煙塵撲集罩的有關煙氣參數及工藝參數，根據其參數值自動調節除塵風機的轉速而達到節電的目的，信號傳送可采用電纜或無線傳送。
四、具體方案分析
1、電爐車間除塵系統風機節電方案分析：
（1）工藝過程
某鋼廠電爐為擴容的70t ABB交流電弧爐, 除塵器系統采用布袋式除塵器，設計過濾面積11985m2，最大除塵風量450000 m3／h。
電爐煉鋼周期為70~85分鐘左右，其中裝料6~10%，送電熔化25~30%，吹氧30~35%，還原期15~20%，沖渣出鋼6~8%。在不同的生產工藝階段，電爐產生的煙氣量和煙氣溫度不同，且差異較大。加料過程中,主要是裝料時廢鋼及渣料產生的揚塵，需要的除塵風量不大，要求粉塵不擴散，不污染電爐周邊工作環境為標準。送電過程中是原料送電拉弧加熱，引發可燃廢棄物燃燒產生廢氣。此時，電爐需要將爐料加熱至熔化狀態，要求煙塵能夠及時排出，又不能過多的帶走爐體熱量以保證煉鋼周期。而在吹氧期間，不僅要求除塵系統能夠及時迅速的將廢氣和粉塵排走，又必須保證爐體有合適的吹煉溫度，確保終點溫度。因此，對除塵系統要求較高。進入還原期，吹氧告一段落，粉塵度再一次降低。在沖渣出鋼時，主要排放物是沖渣產生的水蒸汽和少量廢氣。
　　通過對冶煉工藝的分析：電爐在煉鋼過程的不同階段對除塵風量的大小有明顯的不同，以吹氧冶煉為最大，加料除塵為最低。原電爐車間已配置一次除塵系統, 二次除塵系統、精練爐除塵系統；除塵系統風機均配置了液力偶合器調速裝置。鑒于電爐除塵系統中除塵風機的運行方式和設備特點，對除塵風機的控制制定如下方案。
（2）系統控制方案
由于不同工藝階段的煙氣溫度有明顯差異，因此溫度的高低直接反映了電爐的
運行工況。采集煙道進口溫度作為系統調節的基本參量，從工程角度講，溫度變送器可以在惡劣的工業場合應用，抗干擾能力強、工作穩定性好、控制精度高、安全可靠、免維護且價格便宜。基于此原因，選用除塵煙道進口煙氣溫度作為系統調節的基本參量，同時以吹氧量和冷風門開度作為除塵風量的修整參量；通過ROLCOX多變量控制器進行除塵風機轉速的自動控制，控制系統具有響應速度快、控制品質高,從而可實現除塵風量的自動控制，達到良好的除塵效果,降低運行人員勞動強度,提高系統效率，控制邏輯見圖一所示。

圖一
為了保證系統的可靠性，另外增加除塵風量手動控制回路，對除塵風量的控制
采用分段調速的方式由爐前操作臺控制風機轉速，從而實現不同運行工況下的風量調節。控制邏輯圖如下。

圖二
（3）控制系統特點
a、 除塵系統風機功耗隨電爐煉鋼生產工藝變負荷運行，提高了系統效率；實現了除塵系統的最佳工況運行。可取得顯著的節能效果。
b、大大有效降低了除塵系統負荷率，延長了除塵器、除塵風機、除塵電機、煙道等設備的使用壽命。
c、對降低爐內熱量損失，合理控制過程溫度，確保終點溫度起到一定的作用。
d、對除塵系統進行調速改造，有助于改善爐內吹煉工況，縮短煉鋼時間，提高鋼產量改善出鋼品質。
e、降低補爐期間的能耗和爐襯散熱損失。
2、轉爐車間除塵系統風機節電方案分析：
（1）工藝過程
某鋼廠轉爐吹煉工藝周期對除塵風機的工藝要求如下


圖三
A到B為兌鐵加廢鋼時間,
B到C為風機升速時間，
C到D為吹氧時間，
D點風機開始減速，
D到E為倒爐測溫取樣時間，
E到F為出鋼時間，
F到G為濺渣時間，
整個吹煉工藝周期約40分鐘，其中風機高速運行時間（C到D）15分鐘,其他時間風機低速運行。
（2）系統控制方案
在上圖B點，將爐前、爐后和氧氣流量信號送到除塵系統PLC站，通過用戶程序處理后，輸出到繼電器，由繼電器提供一對閉合節點（繼電器吸合時，風機高速運轉；繼電器釋放時，風機低速運行），當在爐前操作并有氧流量時，繼電器吸合，風機開始從低速向高速升速，在C點現場操作工進行吹煉。在D點，準備出鋼; 爐前工轉換開關轉到爐后或沒有吹煉的時間超過15分鐘，繼電器釋放，風機開始降速，降速時間不作具體要求，但在減速過程中如果需要提速，風機應能滿足提速要求。

圖四
一般轉爐車間一次除塵系統風機已經按以上工藝進行控制,但是二次除塵系統風機等是不調速運行，浪費大量電能。
2X45T轉爐車間二次除塵系統風機控制系統如下:

圖五
3、多煙塵撲集罩除塵系統風機節電方案分析：
（1）工藝過程
大型高爐一般設2個以上出鐵口，輪換出鐵操作，出鐵口的大量煙塵通
過煙塵撲集罩送至同一除塵系統排出，出鐵口工作時打開煙罩閥門，非工作時關閉閥門；除塵系統的總風量應等于或大于所有出鐵口工作打開煙罩閥門時風量的總和。除塵系統風機一直以最大風量運行，不調速,消耗大量電能。
在滿足各出鐵口煙塵撲集罩正常吸塵風量的情況下，如果采用開閉閥門與
除塵風機轉速相結合的控制方式，盡量降低風機轉速，則可達到節約電能的目的。
（2）系統控制方案
當所有的出鐵口煙塵撲集罩閥門全部打開時，風機以最高轉速運行，其它
情況在保證每一煙罩除塵效果的前提下，根據煙罩閥門的開、關情況自動調節風機轉速，盡量降低風機轉速。
控制系統圖如下(以三個出鐵口為例):

圖六
五、節電效益分析
以某鋼廠90T電爐除塵系統為例:
1、除塵系統風機配置：
一次除塵系統風機功率 2700KW 額定轉速 996RPM(液力偶合器調速)
二次除塵系統風機功率 1600KW 額定轉速 990RPM(液力偶合器調速)
精練爐除塵系統風機功率 500KW 額定轉速 1491RPM(液力偶合器調速)
2、運行狀況
一次除塵系統 風機電流 121A 轉速 750RPM（不調速）
二次除塵系統 風機電流 46A 轉速 666RPM（不調速）
精練爐除塵系統 風機電流 23A 轉速 1150RPM（不調速）
3、節電分析
采用以上的控制方案，風機轉速以平均下降20%，每天運行10小時，其它時間按現狀況轉速運行，每年運行330天，電費0.68元/度,根據風機功率與風機轉速的3次方成正比進行計算:
電爐一次除塵系統、二次除塵系統、精練爐除塵系統每年合計可節電300萬度,節約電費200余萬元。
如果風機轉速平均下降30%，每天運行10小時，其它時間按現狀況轉速運行，每年運行330天，電費0.68元/度, 除塵系統每年合計可節電400余萬度,節約電費275萬元。
六、投資 （一套除塵系統）
1、一次檢測元件及信號傳輸設備和電纜 3.8萬元；
2、除塵系統PLC增加ROLCOX控制模塊 6.8萬元；
3、軟件編程、安裝、調試 8.8萬元；
4、其它 2.0萬元
合計:21.4 萬元；
七、節電方案實施步驟
1、了解現有生產工藝的運行方式，統計、檢測除塵系統的有關參數。
2、根據實際的運行情況選擇控制方案，購置設備。
3、設備安裝、調試、運行、檢測。
八、結論
在冶金行業的一些生產工段, 除塵系統風機雖然配置有調速設備,但是生產過程中一直以較高風速運行,浪費大量電能.在深入分析實際生產工藝的基礎上，利用現有的調速設備，采用有效的自動控制方案，增加極少的改造費用，即可進一步降低除塵系統風機的耗電量，達到最佳的節電效果