电炉烟尘量检测在除尘风机变频系统中应用的研究

麻林伟 周楠 马丽 李福山 张岩 菅成志

(1.河南奥鑫合金有限公司;2.郑州大学)

电炉烟尘量检测在除尘风机变频系统中应用的研究

麻林伟1周楠1马丽1李福山2张岩2菅成志2

(1.河南奥鑫合金有限公司;2.郑州大学)

根据矿热电炉生产工艺特点分析，各工艺时段烟尘量差异较大，一般在60000 m3/h～100000 m3/h，而配套的环保除尘风机一直保持在额定功率状态下运行，不仅浪费大量的电能，而且，造成炉内热能的损失、除尘设备的使用寿命降低等诸多不利因素。为此，通过对烟尘量实施检测，实现环保除尘风机变频调速技术，不仅达到良好的除尘效果，而且，取得较好的经济效益。

矿热电炉 生产工艺 烟尘量 传感器 清吹灰 变频调速

0 前言

矿热电炉属于高能耗用电企业，电能的消耗占主导成本，随着国家对环境保护力度的加强及人们对环境保护意识的提高，铁合金生产企业积极投入环保除尘设备，实现清洁生产。由于铁合金电炉环保除尘设备的设计是根据电炉每个工艺时段烟尘量最大时配套的电机容量(kW)、风机风量(m3/h)，而铁合金电炉每个工艺过程中，烟尘量的差异较大，一般在60000 m3/h～100000 m3/h，有时烟尘量差异可达到三分之二有余。但是，环保除尘风机一直保持在额定功率下运行，不仅浪费大量的电能，而且对炉子的热能损失、除尘设备的使用寿命有着诸多不利因素的影响。

河南奥鑫合金有限公司与郑州大学材料科学与工程学院建立“产学研”课题，就6600 kVA矿热电炉生产硅钡钙(SiBaCa)合金工艺及烟尘量进行分析，研究开发矿热电炉烟尘浓度检测设备，实现风机电机自动变频调速技术。该技术的顺利实施，不仅达到环境保护要求，而且降低公司生产成本等诸多优点。

1 冶炼工艺与烟尘量的差异分析

1.1 生产工艺过程与烟尘量的关系［1］

矿热电炉在冶炼时，由于炉内电极间电弧的放电，同时伴随着炉内物理、化学反应机理，产生大量的炉气，炉气聚集到一定限度，穿过料层上升至烟罩上部，炉气中的Co在烟罩内与空气中的氧结合，燃烧后产生烟气。铁合金电炉烟尘量与各个工艺过程有着直接的关系，对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1500 m3～2000 m3炉气。烟气量用下式计算［2］:

Q=P·N·Z

式中:Q——烟气量，m3/h;

P——电炉变的容量，kVA;

N——标准工况单位烟气量(10～12 m3/h);

Z——电炉变的超载系数(取 1.3)。

根据上式，以6600 kVA矿热电炉烟尘量:Q=6600(kVA)×12(m3/h)×1.3=102960(m3/h)，每小时产生最大烟气量按10万m3/h计算。硅钡钙(SiBaCa)合金生产工艺流程如图1所示。

在上料焙烧电机工艺时段，电炉变压器由额定功 率65% ～75%［2］，烟气量范围:51480m3/h～59400 m3/h范围(包括捣炉时段)，按60000 m3/h计算;在闷烧时部分料面蹋料，小面积刺火时段，电炉变变压器额定功率前提下烟尘量达到79200 m3/h，按80000 m3/h计算;在大面积蹋料，压料、出炉时，电炉变压器超载30%，这时烟尘量达到最大102960 m3/h，按100000 m3/h计算。生产工艺与烟尘量曲线如图2所示。

图1 硅钡钙合金生产工艺流程图

图2 生产工艺与烟尘量曲线图

1.2 不利因素的分析

上述矿热电炉生产硅钡钙(SiBaCa)合金各个工艺过程中［3］，烟尘量的差异较大，正常生产在60000 m3/h～100000 m3/h，有时在刚压上料焖烧时段时，烟尘几乎零排放，对矿热电炉及除尘设备造成以下影响:

1)环保除尘电机(kW)、风机风量(m3/h)一直保持在额定功率下运行，浪费大量的电能。

2)矿热电炉冶炼效率主要取决炉温及保温，炉温来自于电极间电弧放电所产生，而环保除尘风机一直保持在额定功率下运行，造成炉内热能被风机抽至除尘系统排空，大量的热能损失浪费。

3)风机一直保持在额定状态下运行，当上料时，随着原材料(碎焦末)的飞扬，被抽至除尘系统，造成原材料的损耗废弃。

4)除尘设备的使用寿命大大降低，特别是除尘布袋寿命及设备维护、维修工作量增大。

2 烟尘浓度检测与变频调速系统设计

近年来，矿热电炉除尘风机变频调速节能技术已得到行业推广及应用，也取得了一定的技术进步。但是，只是人工判断烟尘量来调节变频器频率，有时，判断调节不准确会造成环境污染问题。

2.1 烟尘浓度传感器

所谓的烟尘浓度传感器就是两个套装的金属管形成两个极板，作为烟尘流通空间，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＆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［4］。因此，电容信号作为检测矿热电炉烟尘浓度指标。当流通的的烟尘量增加时，电介质的介电系数ε变大，电容量就变大;当流通的的烟尘量减小时，电介质的介电系数ε变小，电容量就变小;经电子信号放大器，把电容信号转换生成4 mA～12 mA的电流信号，至高、低压变频器，实现风机电机变频调速。烟尘浓度检测、变频系统原理如图3所示。

图3 电炉烟尘传感器及变频系统

2.2 定时清吹灰系统

为了防止电容信号传感器空间烟尘附着、颗粒氧化物沉淀、聚集，影响传感器电容信号输出误差，设计定时吹清灰系统。清吹灰空气压力设计0.8～1.5 MPa，时间设定0.5 h 吹清灰一次，2 s～5 s。通过电气联动控制实现定时吹清灰。

3 效果分析

6600 kVA矿热电炉硅钡钙(SiBaCa)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315 kW/380 V，额定转速1488 r/min，额定电流577 A。投运电炉烟尘浓度检测，实现环保除尘风机变频调速后，当在上料时段，变频器频率20 Hz时，风机的效率33.6%，实测电机电流230.8 A;当变频器频率30 Hz时，风机效率60%，实测电机电流346.2 A;当变频器频率50 Hz时段，风机效率100%，转速1488 r/min，实测电机电流577 A。经济效益分析见表1。

根据经济效益分析得出:年节电(2016－1441.4)×3(班)×30(天)×12(月)=620524.8 kW·h。折合标煤:2028.89 t;按每度电0.616元计算，年节约电费38万元多。

4 结语

矿热电炉烟尘浓度检测，实现环保风机变频调速。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优点， 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

［1］ 孙倬主编.冶炼烟气收尘通用工程常用数据卷.北京:冶金工业出版社，1996:165－167

［2］ 麻林伟，崔宏军，周楠，等.电炉烟尘温度检测在除尘中应用.节能与环保，2009(4):48－49.

［3］ 赵乃成，张启轩.铁合金生产实用技术手册.北京:冶金工业出版社，2003:862－872.

［4］ 刘宝林主编.电气设备选择、施工安装设计应用手册.北京:中国水利水电出版社，1997:216－218.

APPLICATION RESEARCH ON EAF DUST VOLUME DETECTION IN FREQUENCY SYSTEM OF DUST FAN

Ma Linwei1Zhou Nan1Ma Li1Li Fushan2Zhang Yan2Jian Chengzhi2
(1.Henan Aoxin Alloy Ltd;2.Zhengzhou University)

Through analyzing the process characteristics of smelting EAF，it is found that dust volumes in various stages are different，generally 60000 m3/h －100000 m3/h under rated power operation condition for dustfan，thus not only waste a great deal of electric energy，but heat loss in furnace and reduce dedusting equipments life.Therefore，frequency speed － regulating technology of dust fan on the based of dust volume detection can achieve better dust efficiency and economic benefits.

smelting EAF process dust volume sensor blowing dust frequency speed－regulating

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*河南省郑州市重大科技支撑项目(N2010G0618)

联系人:麻林伟，高级工程师，中国设备工程高级专家，总工程师，河南.登封(452481)，河南奥鑫合金有限公司;

2012—2—31