高壓變頻技術在電弧爐除塵系統中的應用

摘要在分析電弧爐設備的運行現狀和研究電弧爐除塵系統特點的基礎上，通過采用高壓變頻器在煉鋼廠除塵系統改造中的應用實例，介紹了高壓變頻技術在煉鋼廠電弧爐除塵系統中實現節能降耗，提高自動化控制水平方面的應用效果。

關鍵字：高壓變頻技術，電弧爐，除塵風機，節能

1 概述

長期以來鋼鐵廠因其資源密集、能耗密集、生產規模大、物流吞吐量大等特點，被認為是煙塵排放量大、廢棄物多、污染大的企業。而采用電弧爐煉鋼是一些鋼鐵廠造成煙塵污染的主要來源之一。

電弧爐（簡稱電爐）主要是通過用廢鋼、鐵合金和部分渣料進行配料冶煉，根據不同的鋼種要求，可以接受高炭鉻鐵水和脫磷鐵水，然后熔制出碳鋼或不銹鋼鋼水供連鑄用。電爐煉鋼時產生的有害污染物主要是在電爐加料、冶煉、出鋼三個階段。電爐冶煉一般分為熔化期、氧化期和還原期，其中氧化期強化脫炭，由于吹氧或加礦石而產生大量赤褐色濃煙。在上述三個冶煉期中，氧化期產生的煙氣量最大，含塵濃度和煙氣溫度最高。因此，電爐除塵系統是按照氧化期的最大煙塵排量進行設計的。電爐在冶煉過程中的粉塵主要通過爐頂煙道經沉降室沉積，水冷壁冷卻后經除塵系統過濾排放；同時利用集塵罩將現場生產車間的粉塵和廢氣及時排走，以免污染環境和危及電爐周邊工作人員的安全。因此，除塵風機是將煙氣吸收排放的主要設備。一般情況下，在系統最大風量需求的基礎上增加1.1耀1.3倍的安全裕度進行除塵風機選型設計。整個煉鋼過程中吹氧時期占30%耀35%，此時風機處于較高負荷運行，而其余時間則處于較低運行工況。但不論電爐處于哪一個運行階段，除塵風機均全速運行，采用調節入口擋板開度來清理產生的粉塵，效率低、功率大、造成大量的電能浪費。隨著市場競爭的不斷加劇，節能降耗、提高生產效率成為企業發展提高競爭力的有效手段之一。

在上世紀90年代開始使用的高壓大功率變頻調速技術則正是適應了市場的需求，在技術和應用領域上得到不斷的進步和拓展，當時只是使用進口的高壓變頻器。進入21世紀，隨著我國科學技術的發展，自主研發的高壓變頻技術已廣泛應用于電力、石油化工、礦山、冶金、給排水、機車牽引等領域。

太鋼不銹鋼股份有限公司某煉鋼廠正是在這種狀況下，對電爐除塵系統進行了高壓變頻技術改造。

2 系統技術方案研究

太鋼不銹鋼股份有限公司某煉鋼廠的電爐為交流電弧爐。除塵器系統采用布袋式除塵器，設計過濾面積5200m2，最大除塵風量280000m3轅h。

該電爐的煉鋼周期為70耀80min，其中裝料6%耀10%，送電熔化25%耀30%，吹氧30%耀35%，還原期15%耀20%，沖渣出鋼6%耀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氣和少量廢氣。

通過對冶煉工藝進行分析，電爐在煉鋼過程的不同階段對除塵風量的大小要求有明顯的不同，以吹氧冶煉為最大，加料除塵為最低。鑒于電爐除塵系統中除塵風機的運行方式和設備特點，對除塵風機的控制系統制定了如下方案。