电弧炉炼钢厂关键环节节能设计探究

魏亮

摘 要：降低电弧炉炼钢生产过程中的能耗，是电弧炉炼钢企业降低生产成本、提高经济效益的重要环节。在电弧炉炼钢厂设计过程中，重视节能设计，采用先进的节能技术，余热回收再利用，且在大用电设备上安装节能装置，尤为重要。本文对这几个方面进行了研究分析，在节能降耗方面具有一定的参考价值。

关键词：节能降耗；节能措施；余热再利用

1 节能设计的原则

钢水在吹炼过程中，需要极高的温度且调节温度、控制温度，才能炼出高品质的钢铁；而且在这一过程中需要消耗氧气、氮气、蒸汽等能源，能源消耗巨大。为降低炼钢成本，炼钢厂在建设生产线前，要统筹规划，重视节能，还要增加先进的煤气、蒸汽回收工艺，这样一方面可提高煤气、蒸汽的回收量，另一方面降低吹炼过程中的能源消耗，从而实现负能炼钢。在自动控制、智能时代，设计煤气、蒸汽自动回收，设计氧气、氮气的消耗，都使设定并自动调节成为可能。然而，原有生产线的一些工艺参数是按照常规情况设计的，还需要进行技术改造或优化，如转炉在吹炼过程中会产生大量的热，从而生成大量的蒸汽。这些蒸汽经过干法除尘系统回收，一部分送入公司的蒸汽管网，另一部分供RH炉抽真空使用，还有一小部分用于转炉烟道的加热升温。在设计原则上要注意把握：一是不影响产品的质量、性能和产量；二是不造成车间内、外环境的污染；三是投入产出比高，能在短期内回收投资费用。

2 节能措施

2.1 采用Cansteel电弧炉

与传统电炉相比，由于采用废钢预热，Consteel一直处于连续熔化/精炼状态，电弧稳定并被泡沫渣覆盖，因此Consteel电弧炉具有节能的特点。电弧与熔池间的热传递非常有效，可以减少辐射到耐材、炉壁和炉盖水冷盘上的热量损失。与顶装料的电炉相比，Consteel电炉变压器的功率（相同的小时产量）较低。由于一直处于连续精炼状态（不采用顶装料而节省了时间），在整个冶炼周期内（顶装料电炉在穿井时需降低功率）可最大限度地使用变压器的输入功率，从而相应降低了变压器的装机容量。这就意味着节省了变压器本身、变电站和SVC的投资费用。与具有相同生产率的传统电炉相比，Consteel要求的装机容量较小，所以能降低变压器功率，极大地降低了电耗。

2.2 采用電炉余热回收措施

本工程将燃烧沉降室和烟道由传统的水冷方式改为汽化冷却方式。在高温烟气段采用辐射受热面，在低温烟气段设置热管换热器将烟气冷却降温，回收电炉烟气的余热，产生低压蒸汽，供应全厂生产、生活蒸汽用户。汽化冷却和水冷却相比，不仅产生了蒸汽，而且大量节约电能，不必设置冷却塔，节省了占地面积，这样不仅能减少吨钢能耗指标，而且能回收大量热能，提高全厂的循环经济效益。

2.3 变压器节能

电弧炉炼钢厂变压器包括冶炼变压器和动力配电变压器。由于冶炼变压器容量大和动力配电变压器数量多、运行时间长，总消耗相当大，因此在变压器的选择和使用上存在巨大的节能潜力。冶炼变压器是电弧炉炼钢最关键的大型配套设备之一，本工程采用新型壳式节能型电炉变压器，选用S11系列低损耗油浸式变压器，其卷铁芯改变了传统的叠片式铁心结构，为硅钢片连续卷制、铁芯无接缝，极大地减少了空载损耗及空载电流，使空载电流降低60%～80%。由于铁芯（横截面为纯圆形）连续卷绕，充分利用了硅钢片的取向性，使空载损耗降低了20%～30%。同容量S11系列变压器空载损耗比S9系列降低30%，年综合电量损耗降低35%以上，节电效果明显。另外，变压器与配电装置应尽可能靠近布置，以减少出线线路压降及节省电力电缆或铜排等耗材长度，降低电气投资。

2.4 电动机节能

合理选用电动机类型，选用效率高、节能、启动性能好的电机，同时需要合理选用电动机的额定容量。对于中小容量的风机、水泵、压缩机，在需要调速的工况下，采用变频调速技术，调速范围大，静态稳定性好，调速精度高，启动电流小，减少了电源设备的容量；启动平滑，消除机械的冲击力，保护机械设备；具有显著的节电效果，节电率一般为20%～50%。

2.5 无功补偿及滤波节电技术

高功率电弧炉和钢包精炼炉在冶炼过程中会产生大量的高次谐波，负荷变化大且波动频繁，对电网产生冲击，引起电网电压波动，电网电压波形畸变，电压闪变，并对电网产生公害，给其他用电设备带来危害，如损坏电机、电容器等。由于电压波形发生畸变，造成变流装置调节系统紊乱，甚至使生产不能正常运行，因此本工程在炼钢中心变电所35kV冶炼段母线侧装设静态补偿装置（SVC）一套，使补偿后的PCC点电压畸变和流入系统的谐波电流限制在电网允许水平以内，将冶炼用电功率因数提高到0.92以上。动力用电采用分散和集中相结合的补偿方式，在负荷集中的低压母线设就地补偿电容器，主要是在配电变压器或整流变压器两侧0.4～1kV电压母线装设电容器、电抗器元件，实现低压侧就地滤波补偿功能。采用接触器投切或晶闸管过零投切方式，在负载处就地解决谐波滤波和无功补偿问题，大大降低谐波和无功通过变压器造成的损耗；另在炼钢中心变电所10kV母线设集中补偿。

2.6 其他节能措施

电气节能的措施是多样的，上述各项措施不能一一概全，还有其他电气节能措施，如电力电缆合理布局敷设，节能桥架应用，电能的分时、分地计量等，在工程设计中应选择性选用，使电气设计真正达到安全、经济、节能、环保的要求。

3 结束语

降低损耗、节约能源具有重大意义，不仅可以提高企业的经济效益，而且利国利民，能使有限的电力创造出更多的社会财富。

参考文献

[1]卓乐友.电力工程电气设计200例[M].中国电力出版社，2004.

[2]刘浏，何平，张春霞，等.智能炼钢厂关键技术的研究与发展[J].冶金自动化，2000，24（6）：1-5.

[3]方大千，方立.电气设备节能技术与工程实例[M].金盾出版社，2011.

（作者单位：中冶华天南京工程技术有限公司）