麻林偉 周楠 馬麗 李福山 張巖 菅成志
(1.河南奧鑫合金有限公司;2.鄭州大學)
電爐煙塵量檢測在除塵風機變頻系統(tǒng)中應用的研究
麻林偉1周楠1馬麗1李福山2張巖2菅成志2
(1.河南奧鑫合金有限公司;2.鄭州大學)
根據(jù)礦熱電爐生產(chǎn)工藝特點分析,各工藝時段煙塵量差異較大,一般在60000 m3/h~100000 m3/h,而配套的環(huán)保除塵風機一直保持在額定功率狀態(tài)下運行,不僅浪費大量的電能,而且,造成爐內(nèi)熱能的損失、除塵設備的使用壽命降低等諸多不利因素。為此,通過對煙塵量實施檢測,實現(xiàn)環(huán)保除塵風機變頻調(diào)速技術(shù),不僅達到良好的除塵效果,而且,取得較好的經(jīng)濟效益。
礦熱電爐 生產(chǎn)工藝 煙塵量 傳感器 清吹灰 變頻調(diào)速
礦熱電爐屬于高能耗用電企業(yè),電能的消耗占主導成本,隨著國家對環(huán)境保護力度的加強及人們對環(huán)境保護意識的提高,鐵合金生產(chǎn)企業(yè)積極投入環(huán)保除塵設備,實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。由于鐵合金電爐環(huán)保除塵設備的設計是根據(jù)電爐每個工藝時段煙塵量最大時配套的電機容量(kW)、風機風量(m3/h),而鐵合金電爐每個工藝過程中,煙塵量的差異較大,一般在60000 m3/h~100000 m3/h,有時煙塵量差異可達到三分之二有余。但是,環(huán)保除塵風機一直保持在額定功率下運行,不僅浪費大量的電能,而且對爐子的熱能損失、除塵設備的使用壽命有著諸多不利因素的影響。
河南奧鑫合金有限公司與鄭州大學材料科學與工程學院建立“產(chǎn)學研”課題,就6600 kVA礦熱電爐生產(chǎn)硅鋇鈣(SiBaCa)合金工藝及煙塵量進行分析,研究開發(fā)礦熱電爐煙塵濃度檢測設備,實現(xiàn)風機電機自動變頻調(diào)速技術(shù)。該技術(shù)的順利實施,不僅達到環(huán)境保護要求,而且降低公司生產(chǎn)成本等諸多優(yōu)點。
1.1 生產(chǎn)工藝過程與煙塵量的關系[1]
礦熱電爐在冶煉時,由于爐內(nèi)電極間電弧的放電,同時伴隨著爐內(nèi)物理、化學反應機理,產(chǎn)生大量的爐氣,爐氣聚集到一定限度,穿過料層上升至煙罩上部,爐氣中的Co在煙罩內(nèi)與空氣中的氧結(jié)合,燃燒后產(chǎn)生煙氣。鐵合金電爐煙塵量與各個工藝過程有著直接的關系,對中小型半封閉矮煙罩鐵合金電爐,煙氣量為每噸產(chǎn)品大約產(chǎn)生1500 m3~2000 m3爐氣。煙氣量用下式計算[2]:
Q=P·N·Z
式中:Q——煙氣量,m3/h;
P——電爐變的容量,kVA;
N——標準工況單位煙氣量(10~12 m3/h);
Z——電爐變的超載系數(shù)(取 1.3)。
根據(jù)上式,以6600 kVA礦熱電爐煙塵量:Q=6600(kVA)×12(m3/h)×1.3=102960(m3/h),每小時產(chǎn)生最大煙氣量按10萬m3/h計算。硅鋇鈣(SiBaCa)合金生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。
在上料焙燒電機工藝時段,電爐變壓器由額定功 率65% ~75%[2],煙氣量范圍:51480m3/h~59400 m3/h范圍(包括搗爐時段),按60000 m3/h計算;在悶燒時部分料面蹋料,小面積刺火時段,電爐變變壓器額定功率前提下煙塵量達到79200 m3/h,按80000 m3/h計算;在大面積蹋料,壓料、出爐時,電爐變壓器超載30%,這時煙塵量達到最大102960 m3/h,按100000 m3/h計算。生產(chǎn)工藝與煙塵量曲線如圖2所示。
圖1 硅鋇鈣合金生產(chǎn)工藝流程圖
圖2 生產(chǎn)工藝與煙塵量曲線圖
1.2 不利因素的分析
上述礦熱電爐生產(chǎn)硅鋇鈣(SiBaCa)合金各個工藝過程中[3],煙塵量的差異較大,正常生產(chǎn)在60000 m3/h~100000 m3/h,有時在剛壓上料燜燒時段時,煙塵幾乎零排放,對礦熱電爐及除塵設備造成以下影響:
1)環(huán)保除塵電機(kW)、風機風量(m3/h)一直保持在額定功率下運行,浪費大量的電能。
2)礦熱電爐冶煉效率主要取決爐溫及保溫,爐溫來自于電極間電弧放電所產(chǎn)生,而環(huán)保除塵風機一直保持在額定功率下運行,造成爐內(nèi)熱能被風機抽至除塵系統(tǒng)排空,大量的熱能損失浪費。
3)風機一直保持在額定狀態(tài)下運行,當上料時,隨著原材料(碎焦末)的飛揚,被抽至除塵系統(tǒng),造成原材料的損耗廢棄。
4)除塵設備的使用壽命大大降低,特別是除塵布袋壽命及設備維護、維修工作量增大。
近年來,礦熱電爐除塵風機變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)已得到行業(yè)推廣及應用,也取得了一定的技術(shù)進步。但是,只是人工判斷煙塵量來調(diào)節(jié)變頻器頻率,有時,判斷調(diào)節(jié)不準確會造成環(huán)境污染問題。
2.1 煙塵濃度傳感器
所謂的煙塵濃度傳感器就是兩個套裝的金屬管形成兩個極板,作為煙塵流通空間,根據(jù)電容量計算公式C=εa/d,當兩個極板相對面積a、間距d不變的情況下,介電系數(shù)&隨煙塵量的大小發(fā)生變化,電介質(zhì)信號電容量C就發(fā)生變化[4]。因此,電容信號作為檢測礦熱電爐煙塵濃度指標。當流通的的煙塵量增加時,電介質(zhì)的介電系數(shù)ε變大,電容量就變大;當流通的的煙塵量減小時,電介質(zhì)的介電系數(shù)ε變小,電容量就變小;經(jīng)電子信號放大器,把電容信號轉(zhuǎn)換生成4 mA~12 mA的電流信號,至高、低壓變頻器,實現(xiàn)風機電機變頻調(diào)速。煙塵濃度檢測、變頻系統(tǒng)原理如圖3所示。
圖3 電爐煙塵傳感器及變頻系統(tǒng)
2.2 定時清吹灰系統(tǒng)
為了防止電容信號傳感器空間煙塵附著、顆粒氧化物沉淀、聚集,影響傳感器電容信號輸出誤差,設計定時吹清灰系統(tǒng)。清吹灰空氣壓力設計0.8~1.5 MPa,時間設定0.5 h 吹清灰一次,2 s~5 s。通過電氣聯(lián)動控制實現(xiàn)定時吹清灰。
6600 kVA礦熱電爐硅鋇鈣(SiBaCa)合金,配備環(huán)保除塵風機型號JY8-48,電動機型號:Y352-4,額定功率315 kW/380 V,額定轉(zhuǎn)速1488 r/min,額定電流577 A。投運電爐煙塵濃度檢測,實現(xiàn)環(huán)保除塵風機變頻調(diào)速后,當在上料時段,變頻器頻率20 Hz時,風機的效率33.6%,實測電機電流230.8 A;當變頻器頻率30 Hz時,風機效率60%,實測電機電流346.2 A;當變頻器頻率50 Hz時段,風機效率100%,轉(zhuǎn)速1488 r/min,實測電機電流577 A。經(jīng)濟效益分析見表1。
根據(jù)經(jīng)濟效益分析得出:年節(jié)電(2016-1441.4)×3(班)×30(天)×12(月)=620524.8 kW·h。折合標煤:2028.89 t;按每度電0.616元計算,年節(jié)約電費38萬元多。
礦熱電爐煙塵濃度檢測,實現(xiàn)環(huán)保風機變頻調(diào)速。經(jīng)過1年多的試運行,各項經(jīng)濟指標良好,不僅達到礦熱電爐清潔生產(chǎn)要求,而且節(jié)約電能約30%。同時爐內(nèi)的熱能損失降低、原材料節(jié)約及設備使用壽命延長等諸多優(yōu)點, 是值得推廣應用的一項環(huán)保除塵節(jié)能技術(shù)。
表1 經(jīng)濟效益分析
[1] 孫倬主編.冶煉煙氣收塵通用工程常用數(shù)據(jù)卷.北京:冶金工業(yè)出版社,1996:165-167
[2] 麻林偉,崔宏軍,周楠,等.電爐煙塵溫度檢測在除塵中應用.節(jié)能與環(huán)保,2009(4):48-49.
[3] 趙乃成,張啟軒.鐵合金生產(chǎn)實用技術(shù)手冊.北京:冶金工業(yè)出版社,2003:862-872.
[4] 劉寶林主編.電氣設備選擇、施工安裝設計應用手冊.北京:中國水利水電出版社,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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*河南省鄭州市重大科技支撐項目(N2010G0618)
聯(lián)系人:麻林偉,高級工程師,中國設備工程高級專家,總工程師,河南.登封(452481),河南奧鑫合金有限公司;
2012—2—31