柯嵐

（廈門綠洋環(huán)境技術(shù)股份有限公司，福建 廈門 361101）

干法轉(zhuǎn)爐煤氣回收電除塵技術(shù)是廣泛應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)轉(zhuǎn)爐煉鋼煤氣回收的除塵技術(shù)，對于回收煤氣質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。轉(zhuǎn)爐出口的粉塵濃度很高，在吹煉階段的粉塵濃度最高可達(dá)200g/Nm3，因此高壓電源的規(guī)格要比其他工藝的除塵電源大得多，一些大的轉(zhuǎn)爐的除塵電源的規(guī)格甚至要超過2.5A/90kV，輸入功率高達(dá)250kVA，一臺除塵器需要有3—4 臺電源，能耗相當(dāng)高。

過去，轉(zhuǎn)爐除塵器在做技改時，大都是從減排的角度優(yōu)先考慮，但隨著碳達(dá)峰、碳中和概念的提出，如何在確保達(dá)標(biāo)排放的前提下進(jìn)行節(jié)能減排，成了業(yè)主的迫切需求。文章詳細(xì)介紹了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐煤氣除塵高壓電源的技術(shù)現(xiàn)狀、三相脈沖電源特有的脈沖功能、針對轉(zhuǎn)爐煤氣干式電除塵設(shè)計的深度節(jié)能方案以及實際節(jié)能案例。

1 傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐煤氣除塵高壓電源的技術(shù)現(xiàn)狀

轉(zhuǎn)爐煙氣中含有大量的金屬成分，在除塵器的第一電場一般會因為低比電阻的粉塵導(dǎo)致陰陽極間的煙氣介質(zhì)被擊穿而發(fā)生閃絡(luò)放電，阻礙了電場電壓的提升，于是荷電電壓低于第一電場閃絡(luò)放電電壓的粉塵都會被第一電場捕獲，更高荷電電壓的粉塵進(jìn)入第二電場。在第二電場中，由于低比電阻的粉塵已經(jīng)被捕獲，煙氣的擊穿電壓提升，第二電場的電壓、電流、能耗都要高于第一電場，因此荷電電壓低于第二電場閃絡(luò)電壓的粉塵在第二電場被捕獲，后續(xù)電場的狀況以此類推。從第一電場到末電場，粉塵越來越少，越來越難以荷電，對峰值電壓的要求越來越高，擊穿電壓越來越高，實際運行的平均電壓電流越來越高，因此能耗也就越來越高。但其實后級電場粉塵含量很低，絕大部分的電能都被用于空氣荷電，能源的利用率很低。

目前，轉(zhuǎn)爐行業(yè)使用的除塵電源有三相脈沖電源和非脈沖電源兩種。非脈沖電源的輸出電壓是平直連續(xù)的，峰值電壓基本等于平均電壓。節(jié)能的時候，在降低平均電壓和平均電流的同時，峰值電壓也在下降，能夠荷電的粉塵數(shù)量也在減少，這與能耗最高的、節(jié)能潛力最大的后級電場對于高峰值電壓的需求是矛盾的，即在節(jié)能的同時犧牲了粉塵的荷電能力。由于煙氣中不同粒徑、成分的粉塵荷電電壓是不一樣的，它們在數(shù)量上呈現(xiàn)出金字塔形的分布（見圖1）。電場力對未荷電的粉塵沒有任何的吸附力，從圖1 可以看出，每下降一點電壓都會導(dǎo)致大量的粉塵進(jìn)入非荷電區(qū)，無法荷電，因此非脈沖電源在低濃度的煙氣工況下不能把平均電壓、平均電流降得太低，否則會影響前一級收不下來的粉塵的荷電。而且傳統(tǒng)節(jié)能模式?jīng)]有與轉(zhuǎn)爐吹煉的控制設(shè)備建立通訊，無法感知目前的轉(zhuǎn)爐正在進(jìn)行的工藝流程，對于高濃度粉塵和低濃度粉塵都采用一樣的電源輸出設(shè)置，為了保證高粉塵濃度工藝流程階段的出口排放濃度，犧牲了低粉塵濃度工藝流程階段的能耗。

圖1 非脈沖電源電壓波形與荷電粉塵數(shù)量的關(guān)系

2 三相脈沖電源的節(jié)能技術(shù)

三相脈沖電源具有可靠性高、除塵效率高、節(jié)能效果明顯、復(fù)雜煙氣工況適應(yīng)性好等優(yōu)點，在鋼鐵、電力、有色、水泥等行業(yè)廣泛應(yīng)用，并已取得十幾個干式除塵器出口粉塵排放濃度低于10mg/Nm3的工程業(yè)績。

針對傳統(tǒng)非脈沖電源的技術(shù)弊端，筆者為轉(zhuǎn)爐回收電除塵設(shè)計了2 套節(jié)能方案，可根據(jù)業(yè)主設(shè)備的實際情況進(jìn)行選擇，從而實現(xiàn)不同程度的節(jié)能效果。

方案一：非現(xiàn)場感知模式。目前業(yè)內(nèi)轉(zhuǎn)爐煤氣電除塵均采用該模式，在該模式下，三相脈沖電源既能與傳統(tǒng)電源一樣連續(xù)輸出平直的高壓，又具有脈沖輸出方式，而傳統(tǒng)電源只能工作在連續(xù)輸出模式下。電除塵高壓電源有兩個重要的技術(shù)參數(shù)，峰值電壓和平均電壓，峰值電壓決定了粉塵能不能荷電，電場力對未荷電的粉塵沒有任何的吸附力；平均電壓決定了荷電粉塵向極板運動的驅(qū)進(jìn)速度，除塵器的長度有限，如果平均電壓太低，荷電粉塵有可能還未運動到極板就被煙氣帶出除塵器。三相脈沖電源的每個脈沖送出的都是額定峰值電壓，可通過調(diào)節(jié)脈沖輸出頻率來控制輸出的平均電壓、平均電流，以保證粉塵具有一定的驅(qū)進(jìn)速度。這樣就可以在實現(xiàn)節(jié)能的情況下不降低對高比電阻粉塵的荷電能力，也就不會在大幅節(jié)能的情況下，大幅降低除塵效率（見圖2）。通過脈沖方式，可以在無法與吹煉控制系統(tǒng)通訊的情況下，在高能耗、低粉塵濃度的后級電場送出峰值電壓高達(dá)100kV 的高能量脈沖，同時還降低了脈沖的輸出頻率，相比傳統(tǒng)電源，三相脈沖電源既保證了除塵效率，又節(jié)約了大量能源。

圖2 脈沖電源電壓波形與荷電粉塵數(shù)量的關(guān)系

方案二：現(xiàn)場感知模式。轉(zhuǎn)爐煉鋼時，一爐鋼水的冶煉時間在30min 左右，需經(jīng)過兌廢鋼、兌鐵、吹煉、補(bǔ)吹、出鋼、濺渣、出渣七道工藝，一爐鋼水才算冶煉完成。在這七道工藝中，以吹煉和補(bǔ)吹兩道工藝的粉塵濃度最高，最高可達(dá)到100—200g/m3，其他幾道工藝的粉塵排放濃度則低得多。很顯然，當(dāng)粉塵濃度不同時，需要除塵電源提供的能量也不同。

3 家不同鋼廠的生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)如表1 所示。通過與轉(zhuǎn)爐吹煉控制設(shè)備建立通訊，除塵電源能夠?qū)崟r感知轉(zhuǎn)爐目前正在進(jìn)行的工藝，獲取目前粉塵濃度情況。高壓電源可以通過調(diào)試階段獲得基礎(chǔ)運行參數(shù)，根據(jù)正在進(jìn)行的工藝流程自動選擇最佳脈沖輸出頻率，從而保證在排放達(dá)標(biāo)的情況下，取得最佳的節(jié)能效果。吹煉和補(bǔ)吹這兩個高粉塵濃度工藝階段的持續(xù)時間約為一個轉(zhuǎn)爐冶煉周期的一半，低粉塵濃度工藝階段的持續(xù)時間也為一個轉(zhuǎn)爐冶煉周期的一半，大幅減少了低粉塵濃度工藝階段的能耗，對于除塵系統(tǒng)的節(jié)能有著非常重大的意義?，F(xiàn)場感知模式是非現(xiàn)場感知模式的延伸和擴(kuò)展，能夠更精細(xì)化地控制電源的能耗，與非現(xiàn)場感知模式相比，可使能耗大幅減少。

表1 轉(zhuǎn)爐各工藝流程的時長及粉塵濃度

3 三相脈沖電源的轉(zhuǎn)爐節(jié)能案例

2020 年3 月，利用三相脈沖電源對河北某鋼廠的轉(zhuǎn)爐電除塵器電源進(jìn)行了節(jié)能改造。該廠1#轉(zhuǎn)爐除塵器配置4 臺單相高壓電源，2#轉(zhuǎn)爐除塵器配置1 臺三相非脈沖電源和3 臺單相電源。1#、2#轉(zhuǎn)爐的大小、生產(chǎn)工藝完全一致，兩臺除塵器的收塵面積、煙氣流速等主要參數(shù)也基本一致。由于2#轉(zhuǎn)爐的除塵器能耗一直比1#轉(zhuǎn)爐高，于是該鋼廠選擇了三相脈沖電源對2#轉(zhuǎn)爐的除塵器進(jìn)行了一次節(jié)能改造。改造前后每吹煉1t 鋼水的除塵器電耗如表2、表3 所示。

從表2、表3 可以看出，2#轉(zhuǎn)爐在電源改造前，每吹煉1t 鋼的除塵器電耗為1.7—1.8kW·h。更換成三相脈沖節(jié)能電源后，噸鋼電耗降到了0.7—0.8kW·h，節(jié)能達(dá)到50%。在確保排放達(dá)標(biāo)的情況下，節(jié)能效果非常顯著。

由于鋼廠無法提供硬接點或通訊方式讓高壓電源與吹煉控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，所以無法使用現(xiàn)場感知模式，因此無法進(jìn)行深度節(jié)能，否則2#轉(zhuǎn)爐的能耗還能進(jìn)一步降低。

4 結(jié)語

本文提供的2 個節(jié)能方案可以很好地降低轉(zhuǎn)爐電除塵噸鋼的電耗，具有很強(qiáng)的推廣價值。目前國家正在大力倡導(dǎo)碳達(dá)峰、碳中和，許多行業(yè)勢必會加大節(jié)能減排力度，三相脈沖電源特有的節(jié)能模式，必將在節(jié)能減排中發(fā)揮作用。

表2 改造前1#、2#除塵器電耗情況

表3 改造后1#、2#除塵器電耗情況