電弧爐煉鋼廠關(guān)鍵環(huán)節(jié)節(jié)能設(shè)計(jì)探究

魏亮

摘 要：降低電弧爐煉鋼生產(chǎn)過程中的能耗，是電弧爐煉鋼企業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要環(huán)節(jié)。在電弧爐煉鋼廠設(shè)計(jì)過程中，重視節(jié)能設(shè)計(jì)，采用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，余熱回收再利用，且在大用電設(shè)備上安裝節(jié)能裝置，尤為重要。本文對(duì)這幾個(gè)方面進(jìn)行了研究分析，在節(jié)能降耗方面具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：節(jié)能降耗；節(jié)能措施；余熱再利用

1 節(jié)能設(shè)計(jì)的原則

鋼水在吹煉過程中，需要極高的溫度且調(diào)節(jié)溫度、控制溫度，才能煉出高品質(zhì)的鋼鐵；而且在這一過程中需要消耗氧氣、氮?dú)狻⒄羝饶茉?，能源消耗巨大。為降低煉鋼成本，煉鋼廠在建設(shè)生產(chǎn)線前，要統(tǒng)籌規(guī)劃，重視節(jié)能，還要增加先進(jìn)的煤氣、蒸汽回收工藝，這樣一方面可提高煤氣、蒸汽的回收量，另一方面降低吹煉過程中的能源消耗，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)能煉鋼。在自動(dòng)控制、智能時(shí)代，設(shè)計(jì)煤氣、蒸汽自動(dòng)回收，設(shè)計(jì)氧氣、氮?dú)獾南?，都使設(shè)定并自動(dòng)調(diào)節(jié)成為可能。然而，原有生產(chǎn)線的一些工藝參數(shù)是按照常規(guī)情況設(shè)計(jì)的，還需要進(jìn)行技術(shù)改造或優(yōu)化，如轉(zhuǎn)爐在吹煉過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱，從而生成大量的蒸汽。這些蒸汽經(jīng)過干法除塵系統(tǒng)回收，一部分送入公司的蒸汽管網(wǎng)，另一部分供RH爐抽真空使用，還有一小部分用于轉(zhuǎn)爐煙道的加熱升溫。在設(shè)計(jì)原則上要注意把握：一是不影響產(chǎn)品的質(zhì)量、性能和產(chǎn)量；二是不造成車間內(nèi)、外環(huán)境的污染；三是投入產(chǎn)出比高，能在短期內(nèi)回收投資費(fèi)用。

2 節(jié)能措施

2.1 采用Cansteel電弧爐

與傳統(tǒng)電爐相比，由于采用廢鋼預(yù)熱，Consteel一直處于連續(xù)熔化/精煉狀態(tài)，電弧穩(wěn)定并被泡沫渣覆蓋，因此Consteel電弧爐具有節(jié)能的特點(diǎn)。電弧與熔池間的熱傳遞非常有效，可以減少輻射到耐材、爐壁和爐蓋水冷盤上的熱量損失。與頂裝料的電爐相比，Consteel電爐變壓器的功率（相同的小時(shí)產(chǎn)量）較低。由于一直處于連續(xù)精煉狀態(tài)（不采用頂裝料而節(jié)省了時(shí)間），在整個(gè)冶煉周期內(nèi)（頂裝料電爐在穿井時(shí)需降低功率）可最大限度地使用變壓器的輸入功率，從而相應(yīng)降低了變壓器的裝機(jī)容量。這就意味著節(jié)省了變壓器本身、變電站和SVC的投資費(fèi)用。與具有相同生產(chǎn)率的傳統(tǒng)電爐相比，Consteel要求的裝機(jī)容量較小，所以能降低變壓器功率，極大地降低了電耗。

2.2 采用電爐余熱回收措施

本工程將燃燒沉降室和煙道由傳統(tǒng)的水冷方式改為汽化冷卻方式。在高溫?zé)煔舛尾捎幂椛涫軣崦妫诘蜏責(zé)煔舛卧O(shè)置熱管換熱器將煙氣冷卻降溫，回收電爐煙氣的余熱，產(chǎn)生低壓蒸汽，供應(yīng)全廠生產(chǎn)、生活蒸汽用戶。汽化冷卻和水冷卻相比，不僅產(chǎn)生了蒸汽，而且大量節(jié)約電能，不必設(shè)置冷卻塔，節(jié)省了占地面積，這樣不僅能減少噸鋼能耗指標(biāo)，而且能回收大量熱能，提高全廠的循環(huán)經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 變壓器節(jié)能

電弧爐煉鋼廠變壓器包括冶煉變壓器和動(dòng)力配電變壓器。由于冶煉變壓器容量大和動(dòng)力配電變壓器數(shù)量多、運(yùn)行時(shí)間長，總消耗相當(dāng)大，因此在變壓器的選擇和使用上存在巨大的節(jié)能潛力。冶煉變壓器是電弧爐煉鋼最關(guān)鍵的大型配套設(shè)備之一，本工程采用新型殼式節(jié)能型電爐變壓器，選用S11系列低損耗油浸式變壓器，其卷鐵芯改變了傳統(tǒng)的疊片式鐵心結(jié)構(gòu)，為硅鋼片連續(xù)卷制、鐵芯無接縫，極大地減少了空載損耗及空載電流，使空載電流降低60%～80%。由于鐵芯（橫截面為純圓形）連續(xù)卷繞，充分利用了硅鋼片的取向性，使空載損耗降低了20%～30%。同容量S11系列變壓器空載損耗比S9系列降低30%，年綜合電量損耗降低35%以上，節(jié)電效果明顯。另外，變壓器與配電裝置應(yīng)盡可能靠近布置，以減少出線線路壓降及節(jié)省電力電纜或銅排等耗材長度，降低電氣投資。

2.4 電動(dòng)機(jī)節(jié)能

合理選用電動(dòng)機(jī)類型，選用效率高、節(jié)能、啟動(dòng)性能好的電機(jī)，同時(shí)需要合理選用電動(dòng)機(jī)的額定容量。對(duì)于中小容量的風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)，在需要調(diào)速的工況下，采用變頻調(diào)速技術(shù)，調(diào)速范圍大，靜態(tài)穩(wěn)定性好，調(diào)速精度高，啟動(dòng)電流小，減少了電源設(shè)備的容量；啟動(dòng)平滑，消除機(jī)械的沖擊力，保護(hù)機(jī)械設(shè)備；具有顯著的節(jié)電效果，節(jié)電率一般為20%～50%。

2.5 無功補(bǔ)償及濾波節(jié)電技術(shù)

高功率電弧爐和鋼包精煉爐在冶煉過程中會(huì)產(chǎn)生大量的高次諧波，負(fù)荷變化大且波動(dòng)頻繁，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)，電網(wǎng)電壓波形畸變，電壓閃變，并對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生公害，給其他用電設(shè)備帶來危害，如損壞電機(jī)、電容器等。由于電壓波形發(fā)生畸變，造成變流裝置調(diào)節(jié)系統(tǒng)紊亂，甚至使生產(chǎn)不能正常運(yùn)行，因此本工程在煉鋼中心變電所35kV冶煉段母線側(cè)裝設(shè)靜態(tài)補(bǔ)償裝置（SVC）一套，使補(bǔ)償后的PCC點(diǎn)電壓畸變和流入系統(tǒng)的諧波電流限制在電網(wǎng)允許水平以內(nèi)，將冶煉用電功率因數(shù)提高到0.92以上。動(dòng)力用電采用分散和集中相結(jié)合的補(bǔ)償方式，在負(fù)荷集中的低壓母線設(shè)就地補(bǔ)償電容器，主要是在配電變壓器或整流變壓器兩側(cè)0.4～1kV電壓母線裝設(shè)電容器、電抗器元件，實(shí)現(xiàn)低壓側(cè)就地濾波補(bǔ)償功能。采用接觸器投切或晶閘管過零投切方式，在負(fù)載處就地解決諧波濾波和無功補(bǔ)償問題，大大降低諧波和無功通過變壓器造成的損耗；另在煉鋼中心變電所10kV母線設(shè)集中補(bǔ)償。

2.6 其他節(jié)能措施

電氣節(jié)能的措施是多樣的，上述各項(xiàng)措施不能一一概全，還有其他電氣節(jié)能措施，如電力電纜合理布局敷設(shè)，節(jié)能橋架應(yīng)用，電能的分時(shí)、分地計(jì)量等，在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇性選用，使電氣設(shè)計(jì)真正達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保的要求。

3 結(jié)束語

降低損耗、節(jié)約能源具有重大意義，不僅可以提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，而且利國利民，能使有限的電力創(chuàng)造出更多的社會(huì)財(cái)富。

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（作者單位：中冶華天南京工程技術(shù)有限公司）