除尘器灰斗电加热器供配电节能降耗方案优化

潘天才

(中钢集团天澄环保科技股份有限公司 武汉 430205)



除尘器灰斗电加热器供配电节能降耗方案优化

潘天才

(中钢集团天澄环保科技股份有限公司 武汉 430205)

对目前广泛使用的除尘器灰斗电加热器的供配电系统进行了分析，提出了电控设备投资更省、供配电系统运行更节能经济的优化方案，并通过工程实例进行了分析验证。

除尘器灰斗 电加热器 供配电 单相负载 负载不平衡 方案优化

0 引言

除尘工程是当今环境工程的重要组成部分，各类除尘器在工业生产、节能减排、大气污染控制中发挥着举足轻重的作用。在工业炉窑配套的烟气除尘设施中，炉窑排放的烟气多为热烟气，为了防止除尘设施中因烟气温度下降过快、内部烟温低于露点温度导致结露，除尘器必须采取保温措施；为了防止除尘器灰斗中的积灰因结露发生板结，导致卸输灰设备无法正常卸灰，除尘器下部的灰斗除采取保温措施外，尚需设置灰斗加热装置，以保证灰斗内的积灰温度高于烟气露点温度5～10 ℃[1]。灰斗加热大多采用蒸汽和电加热板加热保温两种方式，其中蒸汽加热保温受蒸汽气源条件的限制，使用场合有限，因此大多数采用电加热板加热的方式，而电加热板的工作正常与否将直接关系到除尘系统是否能连续稳定运行。因此，本文通过对除尘器灰斗电加热器供配电系统的分析，提出优化方案，并应用于工程实例，取得了一定效果。

1 灰斗电加热板的配置及常规的供配电方案

1.1 灰斗电加热板配置及供配电系统工作原理

为了减轻设备本体的钢结构重量、减少卸输灰设备的数量，目前的电除尘器、袋式除尘器通常采用大灰斗结构，为保证灰斗内积灰温度高于烟气露点温度5～10 ℃，每个灰斗电加热板的电功率约需9～10 kW。每块电加热板为AC220 V/0.5 kW，每个灰斗通常配置18～20块。单个灰斗电加热器的常规电气接线原理图如图1所示。

图1 灰斗电加热板电气接线原理图

1.2 工程实例

某钢铁公司烧结厂有75 m2烧结机4台，2013年对烧结机头电除尘器进行了升级改造，改造后每台烧结机配置1台单室四电场电除尘器，电除尘器下设8个灰斗，每个灰斗设AC220 V/0.5 kW电加热板18块，共9 kW。灰斗电加热器的供配电回路如图2所示。系统投运后，灰斗电加热器运行时，工作电流约45 A。

系统投运后，为灰斗电加热器供电的MCC柜相应抽屉回路频繁出现烧损事故，经现场检查，烧损部位主要集中在抽屉内部主回路断路器与接触器之间连接导线的两端，进一步检查烧损部位，断路器的出线端、接触器的进线端导线的压接螺钉因压接紧固的原因，引起导线部分芯线受损断裂。导体自身发热的计算公式如下式[2]。

图2 灰斗加热器主回路接线图

(1)

式中，Q为发热量，J；I为流过发热导体的电流，A；R为发热导体的内部电阻，Ω；t为电流持续作用于发热导体的时间，s。

根据上式可知，在电流不变的情况下，发热导体的发热量与该处的电阻及电流持续时间成正比；在电阻不变的情况下，单位时间内的发热量与流过该导体的电流成平方正比的关系。

本工程中，由于采用AC220V电源供电，接线方式决定了整个回路的电流较大，约45A，加上设备制作过程中为了将设备内部连接导线压紧压实，以致出现了压接过度导致压接点处导线局部受损断裂，增加了该接触点的局部电阻，因此在设备连续运行的过程中出现了连接点处接触电阻增大导致局部过热烧损的情况。

1.3 存在的问题

灰斗电加热器采用单相AC220V供电主要存在以下问题：

(1)与低压供配电系统“单相用电设备应适当配置，力求达到三相负荷平衡”的要求不符。

(2)采用AC220V供电，回路电流较大，配电主回路元器件、动力连接电缆截面等相应要求较大，不利于节约设备及工程项目的投资成本。

(3)主回路电流较大，回路中存在局部易发热导致设备故障的风险。

(4)通常除尘器都设有多个灰斗，采用单相AC220V电源供电，供配电系统因单相负荷较多，三相负载不平衡，易引起中性点偏移，对其他设备正常运行的供电电压造成不利的影响。

2 灰斗电加热板控制系统方案优化

2.1 灰斗电加热板供配电系统优化后的工作原理

因灰斗电加热板由18～20块AC220V/0.5kW的独立单元组成，因此可以考虑将它们分成3组分别接至三相四线制电源的各相上，每组6～7块，采用“Y”型接法，如图3所示。

图3 优化后的灰斗电加热板接线原理图

采用“Y”型接法，虽然单个加热板的工作电压仍然是AC220V，但是每个灰斗的成组电加热板却可以看成是一个三相平衡的三相用电负载，且因为接线方式的改变，在不降低成组电加热板总发热功率及发热量的前提下，电源侧线电流大幅下降，约为：I=P/(1.732U)=9 000÷(1.732×380)=13.7A。

若供配电主回路元器件及接线紧固度等不变，根据式(1)可知，元器件压接端子处因电流大幅下降，相应各点的发热量将得到极大的改善。

2.2 针对该烧结机机头除尘灰斗加热器的改造

采用上述优化方案对灰斗加热器主回路进行改造，因回路电流较原回路大幅下降，因此原主回路抽屉单元元器件、主回路连接电缆等均可利用，只需对主回路的接线、现场分线箱内的接线进行重新调整即可，基本不涉及材料及器件的增加。改造后的实际接线图如图4。

图4 改造后的灰斗电加热器主回路接线图

该烧结厂4台烧结机各配套有1台除尘器，4套系统共32个灰斗电加热回路，2014年4月份改造完成后，各回路的工作线电流均在12～14A之间，较原来的45A有了大幅的下降，线路损耗因此也大幅减小，回路发热现象得到了改善；三相用电负载区域平衡，改善了供配电系统的运行环境。该系统运行至今，未再出现因器件发热导致的设备故障。

3 方案优化前后的优缺点分析

本优化改造实例是在原有设备的基础上，本着尽量利用已有器件、材料的原则上进行的，因此未根据负载的实际需要对器件容量、电缆材料进行降档调整。优化前后对比分析，详见下表1。

方案优化后的优点：

(1)使得低压供配电系统三相负载趋于平衡，符合供配电系统设计原则的要求。

(2)优化了供配电系统，节省了电控设备的投资成本。

(3)大幅降低了回路电流，降低了供配电系统线路的电耗。

(4)改善了回路及设备的发热条件，提高了设备工作的稳定性及可靠性。

表1 灰斗加热器供配电方案的优化前后成本对比

4 结语

灰斗电加热器供配电方案的优化，在降低设备材料成本的同时，为除尘系统的连续安全稳定运行消除了故障隐患；供配电方案的优化还改善了供配电系统的运行环境，提高了供配电系统的可靠性。

除尘工程中有大量的单相负载，例如电除尘系统中的单相高压电源、灰斗电加热器、照明灯具等，三相四线制供配电系统中因单相负载的存在，三相负载不平衡在所难免。当三相负载不平衡运行时，中性线即有电流通过，这样不但相线有损耗，而且中性线也产生损耗，从而增加了电网线路的损耗；三相负载不平衡还会影响用电设备的安全运行、造成电动机效率降低。为了供配电系统的安全以及用电设备的安全，供配电系统设计时应尽量将单相负载平均分配到各相，力求达到三相负荷平衡。

[1]张殿印,王纯.除尘工程设计手册[M].北京:化学工业出版社，2003.

[2]焦留成. 供配电设计手册[M].北京:中国计划出版社，1999.

Optimization Scheme of Energy Saving for Hopper Electric Heater Power Supply

PAN Tiancai

(SinosteelTianchengEnvironmentalProtectionScience&TechnologyCo.，Ltd.Wuhan430205)

The dust ash hopper in the current widely used electric heater of power supply and distribution system is analyzed, more economical and energy-saving optimized schemes for the electric control equipment power supply and distribution system are put forward and also they are analyzed and testified in practical engineering.

dust ash hopper electric heater power supply and distribution single phase load unbalanced load scheme optimization

潘天才，1993年毕业于东北大学工业电气自动化专业，主要从事环保领域电气自动化专业的工程设计、调试、技术咨询等技术工作。

2015-06-15)