冶金行業(yè)除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的節(jié)電改造

一、現(xiàn)狀
自進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，冶金行業(yè)進(jìn)行了大規(guī)模的技術(shù)改造，根據(jù)國家的環(huán)保要求，其煙塵治理已達(dá)到新的水平：
1、 各生產(chǎn)工段已普遍采用除塵設(shè)備（布袋除塵器或電除塵器），除塵系統(tǒng)運行基本良好，滿足了環(huán)保要求；
2 、除塵系統(tǒng)主風(fēng)機(jī)裝機(jī)功率容量大，液力偶合器、變頻器等調(diào)速裝置已普遍應(yīng)用于風(fēng)機(jī)的啟動、調(diào)速運行；
3 、一些斷續(xù)生產(chǎn)的工段，根據(jù)生產(chǎn)工藝特點，自動控制除塵系統(tǒng)主風(fēng)機(jī)高速、低速運行，具有良好的節(jié)電效果；如焦化除塵、高爐除塵、轉(zhuǎn)爐一次除塵等;
4 、另一些斷續(xù)生產(chǎn)的工段，由于自動控制較復(fù)雜，運行方式以最大煙塵量設(shè)定風(fēng)機(jī)參數(shù)長期運行，耗電量大，調(diào)速裝置未達(dá)到最佳應(yīng)用狀態(tài)；如電爐除塵、轉(zhuǎn)爐二次除塵等。
5、一些連續(xù)生產(chǎn)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(tǒng)煙塵撲集罩較分散，采用一套除塵系統(tǒng)收塵，除塵系統(tǒng)主風(fēng)機(jī)以最大風(fēng)量長期運行，采用調(diào)節(jié)風(fēng)管閥門控制風(fēng)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(jù)以上情況，深入分析實際的生產(chǎn)工藝，利用現(xiàn)有設(shè)備，采用有效的自動控制手段，可進(jìn)一步降低除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的耗電量，達(dá)到最佳的節(jié)電效果。
二、節(jié)電方案
1、 加強(qiáng)除塵系統(tǒng)設(shè)備的管理，保證除塵系統(tǒng)管道及除塵設(shè)備的阻力參數(shù)在允許的范圍內(nèi)運行, 盡量維持風(fēng)機(jī)以較低轉(zhuǎn)速運行；
2、 根據(jù)生產(chǎn)工藝過程的要求，通過檢測煙塵撲集罩內(nèi)的有關(guān)參數(shù)及生產(chǎn)工藝過程的其它參數(shù)，自動調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，根據(jù)風(fēng)機(jī)功率與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的3次方成正比的關(guān)系，盡量降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以達(dá)到最佳的節(jié)電效果。
三、自動控制方案
方案一： 根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，除塵風(fēng)機(jī)與相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備聯(lián)鎖，開爐時自動達(dá)到風(fēng)機(jī)低速位，閉爐冶煉時自動使風(fēng)機(jī)達(dá)到高速位，該開關(guān)量信號的傳送可采用控制電纜送至風(fēng)機(jī)控制計算機(jī)或PLC，另外，亦可采用無線傳輸設(shè)備進(jìn)行信號的傳送。
方案二： 檢測煙塵撲集罩的有關(guān)煙氣參數(shù)及工藝參數(shù)，根據(jù)其參數(shù)值自動調(diào)節(jié)除塵風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速而達(dá)到節(jié)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(tǒng)風(fēng)機(jī)節(jié)電方案分析：
（1）工藝過程
某鋼廠電爐為擴(kuò)容的70t ABB交流電弧爐, 除塵器系統(tǒng)采用布袋式除塵器，設(shè)計過濾面積11985m2，最大除塵風(fēng)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(chǎn)工藝階段，電爐產(chǎn)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(chǎn)生的揚(yáng)塵，需要的除塵風(fēng)量不大，要求粉塵不擴(kuò)散，不污染電爐周邊工作環(huán)境為標(biāo)準(zhǔn)。送電過程中是原料送電拉弧加熱，引發(fā)可燃廢棄物燃燒產(chǎn)生廢氣。此時，電爐需要將爐料加熱至熔化狀態(tài)，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(tǒng)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(tǒng)要求較高。進(jìn)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(chǎn)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(fēng)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(tǒng), 二次除塵系統(tǒng)、精練爐除塵系統(tǒng)；除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)均配置了液力偶合器調(diào)速裝置。鑒于電爐除塵系統(tǒng)中除塵風(fēng)機(jī)的運行方式和設(shè)備特點，對除塵風(fēng)機(jī)的控制制定如下方案。
（2）系統(tǒng)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(jìn)口溫度作為系統(tǒng)調(diào)節(jié)的基本參量，從工程角度講，溫度變送器可以在惡劣的工業(yè)場合應(yīng)用，抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定性好、控制精度高、安全可靠、免維護(hù)且價格便宜。基于此原因，選用除塵煙道進(jìn)口煙氣溫度作為系統(tǒng)調(diào)節(jié)的基本參量，同時以吹氧量和冷風(fēng)門開度作為除塵風(fēng)量的修整參量；通過ROLCOX多變量控制器進(jìn)行除塵風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的自動控制，控制系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、控制品質(zhì)高,從而可實現(xiàn)除塵風(fēng)量的自動控制，達(dá)到良好的除塵效果,降低運行人員勞動強(qiáng)度,提高系統(tǒng)效率，控制邏輯見圖一所示。

圖一
為了保證系統(tǒng)的可靠性，另外增加除塵風(fēng)量手動控制回路，對除塵風(fēng)量的控制
采用分段調(diào)速的方式由爐前操作臺控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)不同運行工況下的風(fēng)量調(diào)節(jié)。控制邏輯圖如下。

圖二
（3）控制系統(tǒng)特點
a、 除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)功耗隨電爐煉鋼生產(chǎn)工藝變負(fù)荷運行，提高了系統(tǒng)效率；實現(xiàn)了除塵系統(tǒng)的最佳工況運行。可取得顯著的節(jié)能效果。
b、大大有效降低了除塵系統(tǒng)負(fù)荷率，延長了除塵器、除塵風(fēng)機(jī)、除塵電機(jī)、煙道等設(shè)備的使用壽命。
c、對降低爐內(nèi)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(tǒng)進(jìn)行調(diào)速改造，有助于改善爐內(nèi)吹煉工況，縮短煉鋼時間，提高鋼產(chǎn)量改善出鋼品質(zhì)。
e、降低補(bǔ)爐期間的能耗和爐襯散熱損失。
2、轉(zhuǎn)爐車間除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)節(jié)電方案分析：
（1）工藝過程
某鋼廠轉(zhuǎn)爐吹煉工藝周期對除塵風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)升速時間，
C到D為吹氧時間，
D點風(fēng)機(jī)開始減速，
D到E為倒?fàn)t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(fēng)機(jī)高速運行時間（C到D）15分鐘,其他時間風(fēng)機(jī)低速運行。
（2）系統(tǒng)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(tǒng)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(jié)點（繼電器吸合時，風(fēng)機(jī)高速運轉(zhuǎn)；繼電器釋放時，風(fēng)機(jī)低速運行），當(dāng)在爐前操作并有氧流量時，繼電器吸合，風(fēng)機(jī)開始從低速向高速升速，在C點現(xiàn)場操作工進(jìn)行吹煉。在D點，準(zhǔn)備出鋼; 爐前工轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到爐后或沒有吹煉的時間超過15分鐘，繼電器釋放，風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)應(yīng)能滿足提速要求。

圖四
一般轉(zhuǎn)爐車間一次除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)已經(jīng)按以上工藝進(jìn)行控制,但是二次除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)等是不調(diào)速運行，浪費大量電能。
2X45T轉(zhuǎn)爐車間二次除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)如下:

圖五
3、多煙塵撲集罩除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)節(jié)電方案分析：
（1）工藝過程
大型高爐一般設(shè)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(tǒng)排出，出鐵口工作時打開煙罩閥門，非工作時關(guān)閉閥門；除塵系統(tǒng)的總風(fēng)量應(yīng)等于或大于所有出鐵口工作打開煙罩閥門時風(fēng)量的總和。除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)一直以最大風(fēng)量運行，不調(diào)速,消耗大量電能。
在滿足各出鐵口煙塵撲集罩正常吸塵風(fēng)量的情況下，如果采用開閉閥門與
除塵風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速相結(jié)合的控制方式，盡量降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，則可達(dá)到節(jié)約電能的目的。
（2）系統(tǒng)控制方案
當(dāng)所有的出鐵口煙塵撲集罩閥門全部打開時，風(fēng)機(jī)以最高轉(zhuǎn)速運行，其它
情況在保證每一煙罩除塵效果的前提下，根據(jù)煙罩閥門的開、關(guān)情況自動調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，盡量降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
控制系統(tǒng)圖如下(以三個出鐵口為例):

圖六
五、節(jié)電效益分析
以某鋼廠90T電爐除塵系統(tǒng)為例:
1、除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)配置：
一次除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)功率 2700KW 額定轉(zhuǎn)速 996RPM(液力偶合器調(diào)速)
二次除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)功率 1600KW 額定轉(zhuǎn)速 990RPM(液力偶合器調(diào)速)
精練爐除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)功率 500KW 額定轉(zhuǎn)速 1491RPM(液力偶合器調(diào)速)
2、運行狀況
一次除塵系統(tǒng) 風(fēng)機(jī)電流 121A 轉(zhuǎn)速 750RPM（不調(diào)速）
二次除塵系統(tǒng) 風(fēng)機(jī)電流 46A 轉(zhuǎn)速 666RPM（不調(diào)速）
精練爐除塵系統(tǒng) 風(fēng)機(jī)電流 23A 轉(zhuǎn)速 1150RPM（不調(diào)速）
3、節(jié)電分析
采用以上的控制方案，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速以平均下降20%，每天運行10小時，其它時間按現(xiàn)狀況轉(zhuǎn)速運行，每年運行330天，電費0.68元/度,根據(jù)風(fēng)機(jī)功率與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的3次方成正比進(jìn)行計算:
電爐一次除塵系統(tǒng)、二次除塵系統(tǒng)、精練爐除塵系統(tǒng)每年合計可節(jié)電300萬度,節(jié)約電費200余萬元。
如果風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速平均下降30%，每天運行10小時，其它時間按現(xiàn)狀況轉(zhuǎn)速運行，每年運行330天，電費0.68元/度, 除塵系統(tǒng)每年合計可節(jié)電400余萬度,節(jié)約電費275萬元。
六、投資 （一套除塵系統(tǒng)）
1、一次檢測元件及信號傳輸設(shè)備和電纜 3.8萬元；
2、除塵系統(tǒng)PLC增加ROLCOX控制模塊 6.8萬元；
3、軟件編程、安裝、調(diào)試 8.8萬元；
4、其它 2.0萬元
合計:21.4 萬元；
七、節(jié)電方案實施步驟
1、了解現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的運行方式，統(tǒng)計、檢測除塵系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)。
2、根據(jù)實際的運行情況選擇控制方案，購置設(shè)備。
3、設(shè)備安裝、調(diào)試、運行、檢測。
八、結(jié)論
在冶金行業(yè)的一些生產(chǎn)工段, 除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)雖然配置有調(diào)速設(shè)備,但是生產(chǎn)過程中一直以較高風(fēng)速運行,浪費大量電能.在深入分析實際生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有的調(diào)速設(shè)備，采用有效的自動控制方案，增加極少的改造費用，即可進(jìn)一步降低除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的耗電量，達(dá)到最佳的節(jié)電效果