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高压变频调速在电弧炉除尘的应用

浏览次数: 日期:2009-6-10 15:55:39
摘要:钢铁企业通过对大型电弧炉烟气除尘系统的改造,不仅解决了环境污染和设备烧损问题,还实现了除尘能耗的降低。本文在分析电弧炉设备的运行现状和研究电弧炉除尘系统特点的基础上,通过北京合康亿盛科技有限公司生产的HIVERT-Y06/220型高压变频器在湖北新冶钢四炼钢厂除尘系统改造中的实际应用,显示了高压变频器技术在节能降耗、提高自动化控制水平方面有很大的应用前景。关键词:除尘改造;高压变频;一次烟气;经济效益
 一、改造背景湖北新冶钢四炼钢厂现有1台60t国产交流电弧炉和1台60t进口直流电弧炉,并配套精炼、真空和连铸设备,经过改造后,现在每炉最大出钢量为80t,全厂年产特钢90万t。两座电炉加料配比是废钢和铁水,铁水的平均配比为62%,最大配比为75%。电弧炉在冶炼过程中会产生大量高温烟气,如不收集处理,将造成非常严重的空气污染。近年来,随着冶炼工艺的提高,冶炼节奏大大加快,电弧炉用氧量猛增,随之带来的是烟气发生量的成倍增加,除尘设施处理能力不断改造加大。同时,烟气除尘设施在炼钢企业中作为辅助装备,具有能源消耗量大、运行费用高的特点。长期以来,不论电炉处于哪一个运行阶段,产生的烟气粉尘大小均使除尘风机全速运行,采用入口挡板开度调节,效率低、功率大、造成大量的电能浪费。同时,根据电炉的特点,每个月电炉要洗2至4次炉底,每个月电炉要检修一次,一般检修24小时,由于电机是1600kW的高压电机,运行在工频状态每次电机启动非常困难,没有特殊情况一般不停高压风机,也就是说电炉检修时一般不停除尘风机,电机始终满负荷运行,电能耗浪费很大。随着市场竞争的不断加剧,节能降耗、提高生产效率成为企业发展提高竞争力的有效手段之一,基于以上原因,我们对四炼钢厂除尘进行改造。
二、系统技术方案研究与选型:湖北新冶钢四炼钢厂7#电炉为扩容的70t交流电弧炉。除尘器系统采用TFMC布袋式除尘器,其中一台除尘器过滤面积11985m2,除尘风机风量870000m3/h,电机功率1600kW,另一台除尘器过滤面面积4794m2,风机风量330000m3/h,电机功率560kW,液力耦合器调速。这次改造工作主要是改1600kW电机使用变频运行。
我厂7#电炉炼钢冶炼周期约为45-55分钟,工艺生产流程是:装料,兌铁水,送电熔化,吹氧,还原和出钢。在不同的生产工艺阶段,电炉产生的烟气量和烟气温度不同,且差异较大。加料和兑铁水过程中,主要是装料时废钢及渣料产生的扬尘,废钢及渣料与电炉炉内高温燃烧产生的烟气,由于炉子处于加料阶段,顶罩需要的除尘风量非常大,要求粉尘烟气不扩散,不污染工厂厂房外边的环境为标准。送电过程中废钢拉弧加热以及吹氧引发可燃废弃物燃烧产生烟气废气。由于冶炼过程中烟气主要从第四孔及时排出,又不能过多的带走炉内钢水的热量。而在吹氧冶炼期间,不仅要求除尘系统能够及时迅速的将废气和粉尘排走,又必须保证炉内有合适的冶炼温度。因此,对除尘系统要求较高,以保证炼钢周期。冶炼后期粉尘烟气废气度相对降低,也就是说整个冶炼过程电炉产生的粉尘烟气是一个变化的过程。通过对冶炼工艺的分析:电炉在炼钢过程的不同阶段对除尘风量的大小有明显的不同,以加料和吹氧冶炼为最大,冶炼后期为最低。
现场除尘风机系统参数主要性能指标如下:电机型号:Y6304-8电动机功率:1600kW电动机额定电流:185A额定电压:6000V额定频率:50Hz额定转速:741r/min风机额定风量:870000m3/h
三、系统选型与控制方案:四炼钢厂高压变频器改造,主要以考虑设备的稳定性和设备节能为主,在除尘烟气不扩散,不污染大气的情况下降低冶炼费用,我们根据厂家提供的技术指标进行分析,最后选用北京合康亿盛科技有限公司生产的HIVERT-Y06/220型高压变频器,系统运行方案上考虑到变频器故障运行后,为了不影响生产系统配置工频旁路,以确保除尘设备的运行。在除尘操作上根据炼钢工艺过程选择变频调速设置六档,操作上在电炉控制室,炼钢工人可根据电炉冶炼状况进行调节,在除尘操作室,上位机通过MODBUS通讯规约,通过RS485接口与高压变频器连接,工控机可以实现对变频器的多项控制,可以通过操作室的视频监控系统,有效地进行操作,双向控制,同时除尘操作室人员也可以对高压变频器的工作状况进行监控。 四、节能效益分析:除尘风机工频(50Hz)状态下电机运行记录见表一;表一  风机工频状态下电机运行记录
记录时间电流(A)电压(kV)功率(kW)
08:30158.076.351478.6
09:30160.566.001406.9
10:30154.96.301431.5
电机在50Hz工频运行的平均功率为:P=(1478.6+1406.9+1431.5)/3=1438.7(kW)除尘风机变频状态下记录,采各速点数值及处理结果见表二。表二  风机变频状态下电机运行记录
运行风量(%)运行频率(Hz)输入电流(A)输入电压(kV)输入功率(kW)数据使用率(%)
30156.06.3357.638112.3
402011.26.26107.134211.2
502520.46.31196.5102733.6
703553.66.30515.376925.2
904599.26.22942.22939.6
10050154.66.191461.92427.9
从上表可以求得平均输入电流为57.5A,平均电压为6.26kV变频器运行功耗:P=√3×I×U×Cos∮=1.732×57.5×6.26×0.95=592.3kW一个季度节电情况(90天):电价:0.52元/度除尘风机变频器改造后的节电率:(1438.7-592.3)/1438.7= 59%季度节电量情况: (1438.7-592.3)×24×90=1828224(kW·h)季度节电费情况: 1828224×0.52=95.0676(万元) 五、结论从一般意义上来说,进行除尘改造是一个通过资金投入提高环境质量的工作,随着人们的环境意识的提高,对企业的环境治理工作提出了更高的要求。作为钢铁企业,是能源消耗的大户,若能在实现环保效益的同时,减少资源的消耗,提高经济效益,可谓两者效益的统一,湖北新冶钢四炼钢厂7#电炉1600kW变频器的投资回收期约为7个月,除尘风机经变频器改造后,节能效果显著,达到设计要求。
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