關于轉爐電除塵高頻電源改造的分析

王海舟

寶武集團鄂城鋼鐵有限公司 湖北 鄂州 436000

引言

轉爐靜電除塵器具有的除塵效率高、適用范圍廣、系統阻力小、運行費用低、使用方便的優勢，在國內外冶煉行業受到廣泛應用。但是隨著社會發展，要求企業環保生產，原有的轉爐靜電除塵器已經無法滿足企業大規模冶煉、生產要求，設備升級改造被推上日程[1]。為解決當前鄂鋼轉爐電除塵設備能耗大、除塵效率低，難以滿足實際發展應用的情況，開始探索轉爐電除塵高頻電源改造方案。希望以此能夠提升應用效率，達到鄂鋼節能減排，可持續發展目標。

1 轉爐電除塵電源概述

轉爐電除塵器電源是為高壓靜電除塵器提供電源負高壓的關鍵設備，除塵器內部電場結構包含陽極板、陰極線，通電后可形成負高壓電場，電場內部空氣因被電離，電離子隨著電場力的方向從陰極-陽極進行吸附，進而實現了對小灰塵顆粒的捕捉，在電源控制系統、外部機械、相關設備等配合下借助正常荷電環境實現往復循環收塵[2-3]。鄂鋼現有的轉爐電除塵器為靜電除塵器，如圖1所示。陽極板與除塵器本地均接地，陰極線則連接至高壓整流變壓器負高壓輸出端，陰陽極之間的距離形成了一個巨型電容，灰塵顆粒也可視作相對電阻，電阻的大小與變化會直接影響電源運行指標。在除塵器內部電場，極板與極線之間會形成高壓電場，在除去一部分粗灰后對進入除塵器的一部分細灰通過高壓電場實現收塵，達到一定限度后由機械處理進到細灰倉繼而完成高壓電場電除塵過程。

圖2 工藝流程圖

鄂鋼當前轉爐靜電除塵系統仍存在一些問題。首先，無法準確獲知影響超低排放的因素，無法預測事故的發生，進而無法優化工藝操作；其次缺乏設備健康度的預測，無法預測干法系統設備的生命周期，僅能盲目制定檢修周期與備品備件，設備管理的整體成本較大。第三，最大功率導致電耗較大，且無法根據粉塵檢測進行實時反饋，難以實現自動調節高壓電源的除塵功率。第四，無法優化風機轉速，很難提高煤氣回收率。第五，缺乏對干法除塵設備的綜合診斷，設備管理及維護過多依賴于維護人員的經驗與職業素質，難以迅速分析設備故障原因并及時解除故障。

2 轉爐電除塵高頻電源改造原理

對鄂鋼的轉爐電除塵高頻電源改造的過程要注意目前的電源輸入電壓為380V的三相交流電壓。所以需要在目前應用的三相高頻電源后接LGBT模塊，實現借助整流器這一中間介質，對輸入電壓進行轉變，滿足實際工作的電壓要求。

在整流器后面再設置一個變逆變器，其關鍵作用是將輸入的三相電壓轉變為高頻交流電壓源，促使輸入的電壓滿足轉爐除塵的實際應用需要。

最后利用VI恒流組件為轉爐電除塵器持續升壓，整流輸出高頻恒流高壓直流電。

經過以上改造之后，電源能夠滿足轉爐電除塵器對高頻電壓的實際應用需求，確保為轉爐電除塵器提供一個穩定的電力來源，持續正常工作。

3 轉爐電除塵高頻電源改造措施

鑒于目前鄂鋼應用的設備情況、運行情況。將單相直流電源升級改造為三相變頻電源。解決在靜電除塵器應用中因為電場運行時間長后，極板、極線變形，單相電源電壓、電流不穩定，放電次數多，容易引起泄爆，惡化極板、極線使用的相關問題。具體改造措施如下：

第一，更換四臺電場電源變換控制柜（如圖3所示），現場熱備一臺電源變換控制柜。

圖3 鄂鋼靜電除塵器電場控制柜

第二，更換四臺電場升壓變壓器。

4 轉爐電除塵高頻電源改造的實踐價值

4.1 保證設備運行狀態良好

靜電除塵器在鄂鋼應用時間久，過度損耗極自然需要更換部分零部件，這也導致靜電除塵器的實際運行工作中設備的原本設計已經被偏轉[4]。其中陽極板在煙氣的不斷腐蝕影響下容易造成破壞，每次更換的陽極板都會有細微型號和規格上的差異，安裝之后即使能使用，也會導致嚴重的偏離設計值的問題。這也是靜電除塵器工作效率不高，電壓不穩的原因。轉爐電除塵器的電壓不穩定，不滿足實際的應用需要，無法達到額定的電壓需要，以至于靜電除塵器出現閃絡，這會對其他相關設備安全運行造成不良影響，降低設備工作效率[5]。

經過轉爐電除塵器的高頻電源改造方案之后，鄂鋼靜電轉爐電除塵器可以保證4個電場達到二次電壓50kV以上，二次電流1000mA以上。由此表明對轉爐除塵器的高頻電源改造之后確保轉爐除塵器電流、電壓穩定，運行效果良好。

4.2 轉爐除塵器的效果良好

鄂鋼靜電除塵器未改造前煙囪排放在30mg/m3左右，煙囪排放時常冒紅煙，在進行高頻電源改造之后，轉爐電除塵器的收塵效率能夠穩步提升，煙囪排放濃度在15mg/m3左右，排放指標大幅改善。

4.3 監督轉爐電除塵器運行工作

鄂鋼轉入電除塵器的高頻電源改造過程中采用了HLG電源采用功能，這樣能夠及時要工作人員了解電源電壓的運行狀況，確保為轉爐電除塵器提供穩定的電力供應[6]。同時HLG本身具有較強的抗干擾能力，能夠確保電源運行過程當中電壓等相關數據的準確性，利用多模光纖采集技術，能夠保障數據信息效率與質量也解決了轉爐電除塵器出現的電源閃絡問題。HLG電源查驗功能能夠將轉爐電除塵器運行數據直接反饋給控制器，工作人員對轉爐電除塵器運行實施動態監督，發現問題及時處理，確保轉爐除塵器工作效率和質量。

4.4 在線熱設備切換電路有助于減少經濟損失

鄂鋼靜電轉爐除塵器在工作的過程當中一旦無法運行，會導致整個廠區的車間停止工作，這降低了經營收益。而通過高頻電源改造之后應用的在線熱設備切換電路形式，即使有一臺HLG電源發生故障，可以及時啟動備用電源。確保整個轉爐電除塵器在穩定運行狀態，而且為鄂鋼的電源維修工人提供了一定的空間，能夠幫助鄂鋼減少不必要的經濟損失。

4.5 節能效果良好

鄂鋼靜電轉爐電除塵器高頻電源改造之后，采用的HLG電源逆變技術、采用非晶材料作為變壓器鐵芯，提升了功率因數，自然節能效果更好。而且高頻電源應用增大電暈功率，電場粉塵荷電效果增強、吸附力提升，對冶煉廠的除塵工作提供更多的支持節能效果好。

5 結束語

綜合以上分析可見，應用HLG電源確保轉爐電除塵器提供高頻恒流高壓直流電，確保鄂鋼靜電轉爐除塵器有穩定的電力能源，持續性工作，滿足鄂鋼對除塵的要求。轉爐電除塵器應用高頻電源后給設備提供穩定電力供應，而且節能，除塵效果明顯提升，對鄂鋼的實際運行具有重要價值。