冶金行业除尘系统风机的节电改造

一、现状
自进入二十一世纪以来，冶金行业进行了大规模的技术改造，根据国家的环保要求，其烟尘治理已达到新的水平：
1、 各生产工段已普遍采用除尘设备（布袋除尘器或电除尘器），除尘系统运行基本良好，满足了环保要求；
2 、除尘系统主风机装机功率容量大，液力偶合器、变频器等调速装置已普遍应用于风机的启动、调速运行；
3 、一些断续生产的工段，根据生产工艺特点，自动控制除尘系统主风机高速、低速运行，具有良好的节电效果；如焦化除尘、高炉除尘、转炉一次除尘等;
4 、另一些断续生产的工段，由于自动控制较复杂，运行方式以最大烟尘量设定风机参数长期运行，耗电量大，调速装置未达到最佳应用状态；如电炉除尘、转炉二次除尘等。
5、一些连续生产工段，烟尘排放点比较多，但每个排放点烟尘量较小，除尘系统烟尘扑集罩较分散，采用一套除尘系统收尘，除尘系统主风机以最大风量长期运行，采用调节风管阀门控制风量来满足烟尘排放点的收尘，此运行方式耗电量也比较大。
根据以上情况，深入分析实际的生产工艺，利用现有设备，采用有效的自动控制手段，可进一步降低除尘系统风机的耗电量，达到最佳的节电效果。
二、节电方案
1、 加强除尘系统设备的管理，保证除尘系统管道及除尘设备的阻力参数在允许的范围内运行, 尽量维持风机以较低转速运行；
2、 根据生产工艺过程的要求，通过检测烟尘扑集罩内的有关参数及生产工艺过程的其它参数，自动调节风机的转速，根据风机功率与风机转速的3次方成正比的关系，尽量降低风机转速，以达到最佳的节电效果。
三、自动控制方案
方案一： 根据生产工艺的要求，除尘风机与相关生产设备联锁，开炉时自动达到风机低速位，闭炉冶炼时自动使风机达到高速位，该开关量信号的传送可采用控制电缆送至风机控制计算机或PLC，另外，亦可采用无线传输设备进行信号的传送。
方案二： 检测烟尘扑集罩的有关烟气参数及工艺参数，根据其参数值自动调节除尘风机的转速而达到节电的目的，信号传送可采用电缆或无线传送。
四、具体方案分析
1、电炉车间除尘系统风机节电方案分析：
（1）工艺过程
某钢厂电炉为扩容的70t ABB交流电弧炉, 除尘器系统采用布袋式除尘器，设计过滤面积11985m2，最大除尘风量450000 m3／h。
电炉炼钢周期为70~85分钟左右，其中装料6~10%，送电熔化25~30%，吹氧30~35%，还原期15~20%，冲渣出钢6~8%。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。加料过程中,主要是装料时废钢及渣料产生的扬尘，需要的除尘风量不大，要求粉尘不扩散，不污染电炉周边工作环境为标准。送电过程中是原料送电拉弧加热，引发可燃废弃物燃烧产生废气。此时，电炉需要将炉料加热至熔化状态，要求烟尘能够及时排出，又不能过多的带走炉体热量以保证炼钢周期。而在吹氧期间，不仅要求除尘系统能够及时迅速的将废气和粉尘排走，又必须保证炉体有合适的吹炼温度，确保终点温度。因此，对除尘系统要求较高。进入还原期，吹氧告一段落，粉尘度再一次降低。在冲渣出钢时，主要排放物是冲渣产生的水蒸汽和少量废气。
　　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，以吹氧冶炼为最大，加料除尘为最低。原电炉车间已配置一次除尘系统, 二次除尘系统、精练炉除尘系统；除尘系统风机均配置了液力偶合器调速装置。鉴于电炉除尘系统中除尘风机的运行方式和设备特点，对除尘风机的控制制定如下方案。
（2）系统控制方案
由于不同工艺阶段的烟气温度有明显差异，因此温度的高低直接反映了电炉的
运行工况。采集烟道进口温度作为系统调节的基本参量，从工程角度讲，温度变送器可以在恶劣的工业场合应用，抗干扰能力强、工作稳定性好、控制精度高、安全可靠、免维护且价格便宜。基于此原因，选用除尘烟道进口烟气温度作为系统调节的基本参量，同时以吹氧量和冷风门开度作为除尘风量的修整参量；通过ROLCOX多变量控制器进行除尘风机转速的自动控制，控制系统具有响应速度快、控制品质高,从而可实现除尘风量的自动控制，达到良好的除尘效果,降低运行人员劳动强度,提高系统效率，控制逻辑见图一所示。


为了保证系统的可靠性，另外增加除尘风量手动控制回路，对除尘风量的控制
采用分段调速的方式由炉前操作台控制风机转速，从而实现不同运行工况下的风量调节。控制逻辑图如下。


（3）控制系统特点
a、 除尘系统风机功耗随电炉炼钢生产工艺变负荷运行，提高了系统效率；实现了除尘系统的最佳工况运行。可取得显著的节能效果。
b、大大有效降低了除尘系统负荷率，延长了除尘器、除尘风机、除尘电机、烟道等设备的使用寿命。
c、对降低炉内热量损失，合理控制过程温度，确保终点温度起到一定的作用。
d、对除尘系统进行调速改造，有助于改善炉内吹炼工况，缩短炼钢时间，提高钢产量改善出钢品质。
e、降低补炉期间的能耗和炉衬散热损失。
2、转炉车间除尘系统风机节电方案分析：
（1）工艺过程
某钢厂转炉吹炼工艺周期对除尘风机的工艺要求如下

A到B为兑铁加废钢时间,
B到C为风机升速时间，
C到D为吹氧时间，
D点风机开始减速，
D到E为倒炉测温取样时间，
E到F为出钢时间，
F到G为溅渣时间，
整个吹炼工艺周期约40分钟，其中风机高速运行时间（C到D）15分钟,其他时间风机低速运行。
（2）系统控制方案
在上图B点，将炉前、炉后和氧气流量信号送到除尘系统PLC站，通过用户程序处理后，输出到继电器，由继电器提供一对闭合节点（继电器吸合时，风机高速运转；继电器释放时，风机低速运行），当在炉前操作并有氧流量时，继电器吸合，风机开始从低速向高速升速，在C点现场操作工进行吹炼。在D点，准备出钢; 炉前工转换开关转到炉后或没有吹炼的时间超过15分钟，继电器释放，风机开始降速，降速时间不作具体要求，但在减速过程中如果需要提速，风机应能满足提速要求。


一般转炉车间一次除尘系统风机已经按以上工艺进行控制,但是二次除尘系统风机等是不调速运行，浪费大量电能。
2X45T转炉车间二次除尘系统风机控制系统如下:


3、多烟尘扑集罩除尘系统风机节电方案分析：
（1）工艺过程
大型高炉一般设2个以上出铁口，轮换出铁操作，出铁口的大量烟尘通
过烟尘扑集罩送至同一除尘系统排出，出铁口工作时打开烟罩阀门，非工作时关闭阀门；除尘系统的总风量应等于或大于所有出铁口工作打开烟罩阀门时风量的总和。除尘系统风机一直以最大风量运行，不调速,消耗大量电能。
在满足各出铁口烟尘扑集罩正常吸尘风量的情况下，如果采用开闭阀门与
除尘风机转速相结合的控制方式，尽量降低风机转速，则可达到节约电能的目的。
（2）系统控制方案
当所有的出铁口烟尘扑集罩阀门全部打开时，风机以最高转速运行，其它
情况在保证每一烟罩除尘效果的前提下，根据烟罩阀门的开、关情况自动调节风机转速，尽量降低风机转速。
控制系统图如下(以三个出铁口为例):

五、节电效益分析
以某钢厂90T电炉除尘系统为例:
1、除尘系统风机配置：
一次除尘系统风机功率 2700KW 额定转速 996RPM(液力偶合器调速)
二次除尘系统风机功率 1600KW 额定转速 990RPM(液力偶合器调速)
精练炉除尘系统风机功率 500KW 额定转速 1491RPM(液力偶合器调速)
2、运行状况
一次除尘系统 风机电流 121A 转速 750RPM（不调速）
二次除尘系统 风机电流 46A 转速 666RPM（不调速）
精练炉除尘系统 风机电流 23A 转速 1150RPM（不调速）
3、节电分析
采用以上的控制方案，风机转速以平均下降20%，每天运行10小时，其它时间按现状况转速运行，每年运行330天，电费0.68元/度,根据风机功率与风机转速的3次方成正比进行计算:
电炉一次除尘系统、二次除尘系统、精练炉除尘系统每年合计可节电300万度,节约电费200余万元。
如果风机转速平均下降30%，每天运行10小时，其它时间按现状况转速运行，每年运行330天，电费0.68元/度, 除尘系统每年合计可节电400余万度,节约电费275万元。
六、投资 （一套除尘系统）
1、一次检测元件及信号传输设备和电缆 3.8万元；
2、除尘系统PLC增加ROLCOX控制模块 6.8万元；
3、软件编程、安装、调试 8.8万元；
4、其它 2.0万元
合计:21.4 万元；
七、节电方案实施步骤
1、了解现有生产工艺的运行方式，统计、检测除尘系统的有关参数。
2、根据实际的运行情况选择控制方案，购置设备。
3、设备安装、调试、运行、检测。
八、结论
在冶金行业的一些生产工段, 除尘系统风机虽然配置有调速设备,但是生产过程中一直以较高风速运行,浪费大量电能.在深入分析实际生产工艺的基础上，利用现有的调速设备，采用有效的自动控制方案，增加极少的改造费用，即可进一步降低除尘系统风机的耗电量，达到最佳的节电效果