目前轉(zhuǎn)爐煙氣凈化系統(tǒng)主要是濕法凈化系統(tǒng)（oxvgen converter gas recovery, 簡稱：OG法）和干法凈化系統(tǒng)（electrostaic dust removal, 簡稱：LT法）兩種，相比OG法經(jīng)過LT法除塵后煙氣凈化效率高，無二次污染，回收的煤氣熱值較高，回收粉塵可直接利用，節(jié)約能源效益明顯。

經(jīng)過高壓靜電除塵器后的粉塵濃度可降至10mg/Nm3以下，能滿足國家排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。其中干法除塵系統(tǒng)主要由蒸發(fā)冷卻器、靜電除塵器、ID風(fēng)機(jī)、煤氣冷卻器、切換站與放散塔和液壓站組成。干法除塵可以部分或完全補(bǔ)償轉(zhuǎn)爐煉鋼過程的全部能耗，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，達(dá)到轉(zhuǎn)爐負(fù)能耗煉鋼的目標(biāo)。

1 高壓靜電除塵器的構(gòu)成

1.1 工作原理

高壓靜電除塵器首先由高壓直流電源的陰極線（又稱電暈極）和接地的陽極板之間形成一個(gè)高壓電場，通過電場內(nèi)的陰極發(fā)生電暈放電從而使氣體被電離。當(dāng)加在放電極和集塵極之間的電壓達(dá)到一個(gè)固定值即起暈電壓時(shí)，此兩極之間的空氣流電離變得可以導(dǎo)電，也就是產(chǎn)生電暈放電。

在放電極的一定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了帶電粒子（包括自由電子，正負(fù)離子），在高壓電場力的作用下，帶電粉塵向著極性相反的電極運(yùn)動(dòng)，負(fù)帶電粒子加速向集塵極運(yùn)動(dòng)。負(fù)帶電粒子附著在放電極和集塵極之間空氣中的灰塵或者煙霧等浮質(zhì)上，從而使得它們也帶了負(fù)電荷，因此引起它們同樣向集塵極方向運(yùn)動(dòng)。到達(dá)極板或極線時(shí)，粉塵被吸附到上面，通過陽極與陰極振打裝置打落入集灰裝置，使整個(gè)轉(zhuǎn)爐煙氣得到凈化。

1.2 系統(tǒng)組成

山東鋼鐵集團(tuán)（簡稱：山鋼）日照公司煉鋼1#、2#轉(zhuǎn)爐煙氣除塵凈化系統(tǒng)臥式靜電除塵器設(shè)計(jì)前面兩個(gè)電場即第一、第二電場采用三相電源，后面兩個(gè)電場即第三、第四電場采用單相電源，具體供電電源參數(shù)見表1。這樣兼顧電網(wǎng)供電平衡與除塵效率，達(dá)到提高環(huán)保與節(jié)能的目的。

在未凈化氣體進(jìn)入靜電除塵器后第一級(jí)電場含粉塵濃度最高。潮濕的靜電除塵器中高粉塵，高懸浮微粒會(huì)阻止有效電場的形成。以更高的電壓、電流為輸出的電源安裝在第一、第二電場，以提高靜電除塵器的效率。

1.3 硬件配置部分

除塵器的高壓電源設(shè)備作為靜電除塵器的控制核心裝置，它的主要作用是向靜電除塵器的放電極提供高壓電，從而為粉塵荷電和收集粉塵提供高壓電場。高壓供電裝置由控制裝置、整流器、逆變器和升壓變壓器部分組成，控制部分結(jié)構(gòu)如圖1所示。

基于高速率的響應(yīng)速率及依照粉塵比電阻變化的靜電除塵系統(tǒng)采取模糊控制原理，除塵器根據(jù)煙氣溫度、濕度、煙氣量及含塵濃度等工況的改變而自動(dòng)調(diào)整二次電壓，在電壓閉環(huán)的基礎(chǔ)上控制電流閉環(huán)，使工作電壓始終安全運(yùn)行在接近于擊穿電壓，從而保證電除塵器的安全高效與穩(wěn)定。

圖1 三相電源控制結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖

高壓變壓器和整流器安置在現(xiàn)場除塵頂部充電式變壓器油箱中。裝置配備溫度和油位檢測、壓流檢測單元、高壓信號(hào)處理及通信單元。系統(tǒng)控制柜位于電磁站內(nèi)，進(jìn)線、電壓連接線和逆變?cè)仓迷诳刂乒裰?。控制柜電源主輸入部分由斷路器、換相電抗器、預(yù)充電和主回路控制電路和半可控六脈沖整流橋組成。

當(dāng)電源電壓被使用或發(fā)生故障時(shí)，整流器與電源斷開連接。在系統(tǒng)接通電源之前，連接電容器必須被預(yù)充電，充電時(shí)間程控10s，電壓到達(dá)500V左右六脈整流橋被觸發(fā)導(dǎo)通。當(dāng)連接電壓達(dá)到大480V時(shí)，六脈整流橋被停止觸發(fā)而關(guān)閉。當(dāng)連接電壓低于360V時(shí)，直流電壓低于510V逆變器不能工作。

逆變器既可以存儲(chǔ)能量，又可以發(fā)出能量。工作時(shí)交流電源為400V時(shí)，直流電壓可達(dá)560V左右。逆變器提供交直流電的變換。設(shè)計(jì)公司的功率器件為新型半導(dǎo)體器件絕緣柵雙極晶閘管（insulated gate bipolar transistor, IGBT）。

IGBT除其他特點(diǎn)外還有高電流承載能力（每個(gè)模塊高達(dá)300A）和高達(dá)10～30kHz范圍的工作頻率，電流方向在500Hz的時(shí)候反向。統(tǒng)籌兩個(gè)級(jí)別電流控制的頻率約10kHz。也就是說主變壓器電流具有方波特性。

短切換時(shí)間（約300ns）指系統(tǒng)可以迅速對(duì)除塵器閃變做出反應(yīng)。高壓變壓器和高壓整流器的作用是產(chǎn)生高達(dá)90kV的電壓。經(jīng)過整流，直流電流由短路氣隙以500Hz交變。該逆變器操作頻率為500Hz意味著變壓器鐵心可以小于傳統(tǒng)設(shè)備。靜電除塵器可以被看作是一個(gè)非線性電阻和電容的并聯(lián)電路。電容的范圍為50～100kF。

電場上部絕緣子配置保溫筒加熱器，用以杜絕轉(zhuǎn)爐高溫?zé)煔庥隼淠Y(jié)成水珠影響電氣構(gòu)件的性能。因?yàn)橐坏└邏航^緣子附著水珠，就極易使得絕緣子處產(chǎn)生閃弧甚至短路的情況。

現(xiàn)場通過對(duì)絕緣子加熱來避免冷凝和閃弧，每個(gè)電場共設(shè)置4個(gè)加熱罩，打開加熱按鈕后持續(xù)加熱并保持，絕緣子一直被加熱，達(dá)到溫度自動(dòng)調(diào)溫器的設(shè)定值后關(guān)閉。開啟自動(dòng)模式后，系統(tǒng)將根據(jù)設(shè)定的溫度上下限值自動(dòng)控制保溫筒溫度，當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)（滯后），加熱器再自動(dòng)開起。

2 靜電除塵高壓電源控制

2.1 控制參數(shù)集

高壓采集單元提供的除塵器的電流和電壓的實(shí)際值通過智能模糊控制單元硬件控制器ZKD166- N10-3-D-2200MA/90kV來處理，并顯示于安裝在柜體門上的LCD顯示器上。操作盤上側(cè)一直都顯示二次電壓、電流。電壓和電流值都既以數(shù)字和棒條顯示。另外，還顯示有各個(gè)狀態(tài)信號(hào)和操作元件。每個(gè)參數(shù)集的過程控制如電壓/電流設(shè)定值以及閃絡(luò)和短路檢測參數(shù)可以單獨(dú)調(diào)節(jié)。

調(diào)節(jié)的參數(shù)集如圖2（a）所示。山鋼兩座210t轉(zhuǎn)爐除塵器高壓控制選擇參數(shù)集1，實(shí)際過程運(yùn)行的參數(shù)集1中的電源指示如圖2（b）所示。

圖2 控制顯示面板內(nèi)容序列

2.2 電源控制比較

單相電源普遍采用晶閘管相控調(diào)壓方式，存在系統(tǒng)的功率因數(shù)低、諧波污染大及動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢的弊端，同時(shí)當(dāng)除塵系統(tǒng)發(fā)生閃絡(luò)時(shí)，由于晶閘管的不可關(guān)斷性以及移相觸發(fā)本身半個(gè)工頻周期的滯后性，致使不能對(duì)閃絡(luò)進(jìn)行更好地控制，將對(duì)除塵裝置造成很大的電流沖擊。

在圖3（a）波形中可以看出，晶閘管控制的單相電源在其周期內(nèi)并非完全以足夠高的電流進(jìn)行控制，從而導(dǎo)致了其自身的系統(tǒng)功率因數(shù)低。IGBT控制的三相變頻電源圖3（b）波形所示，高性能三相供電高壓電除塵器電源控制系統(tǒng)，由于其高速度的反應(yīng)以及最大的電暈功率，經(jīng)濾波控制后，二次電流基本能成為直流。其最大電流即為其平均電流，很大程度上彌補(bǔ)了單相電源功率因數(shù)低、諧波污染大和動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢等方面的缺陷。

圖3 電源輸出波形圖

3 閃絡(luò)控制與故障處理

靜電除塵器的電暈電流所受的影響主要來自于自由電子和負(fù)離子的運(yùn)動(dòng)，因此不同的放電程度影響著粉塵的運(yùn)動(dòng)力和載荷，電場內(nèi)放電強(qiáng)度由弱到強(qiáng)依次分為電暈放電、火花放電、閃絡(luò)放電和電弧放電4個(gè)階段。在檢測到閃絡(luò)發(fā)生后，系統(tǒng)將掃描二次電壓的恢復(fù)情況。

如果在當(dāng)前的半波周期內(nèi)二次電壓恢復(fù)到一個(gè)高值，就判定為火花。下一個(gè)半波周期將會(huì)進(jìn)入自動(dòng)恢復(fù)過程但輸出電壓會(huì)下降。如果當(dāng)前的半波周期內(nèi)二次電壓還保持在一個(gè)較低的值，閃絡(luò)控制就開始，即首先進(jìn)入一個(gè)消電離過程（消電離時(shí)間）。半波持續(xù)時(shí)間將由閃絡(luò)消電離參數(shù)由模糊控制器優(yōu)化決定。

然后根據(jù)閃絡(luò)斜率逐漸恢復(fù)二次電壓或電流值（半波降低一次觸發(fā)角度），直至達(dá)到閃絡(luò)發(fā)生前一個(gè)半波的觸發(fā)角的95%～98%（半波周期發(fā)生閃絡(luò)或火花時(shí)的點(diǎn)火角度百分比）。除塵器間歇運(yùn)行時(shí)，其電壓或電流的恢復(fù)值是由控制參數(shù)Puls-ext控制的。

靜電除塵器在運(yùn)行過程中不可避免的出現(xiàn)極線變形或折斷、灰塵搭橋或極間短路的情況，此時(shí)會(huì)造成二次電壓無法升壓的現(xiàn)象。高壓檢測系統(tǒng)測量二次電壓降到短路電壓極限值短路電壓以下，而一次電流大于其額定值25%時(shí)，判定發(fā)生短路。通過調(diào)整參數(shù)短路等待時(shí)間，短路現(xiàn)象可以延遲。

依據(jù)等待時(shí)間進(jìn)入?yún)?shù)短路消電離（持續(xù)半波），如果還處于短路狀態(tài)，就會(huì)重復(fù)以上等待和消電離過程（消電離時(shí)間和等待時(shí)間）。等待二次電壓恢復(fù)正常，否則系統(tǒng)將停止工作。需要停運(yùn)檢查電除塵器內(nèi)部構(gòu)件存在的異常。

結(jié)論

山鋼日照公司1#、2#轉(zhuǎn)爐煙氣凈化系統(tǒng)自2018年投入運(yùn)行以來，整體高壓靜電電控系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定。故障方面發(fā)生過電容爆燃事故，聯(lián)系廠家綜合分析，一方面降低電磁站室內(nèi)溫度，另一方面檢測相關(guān)硬件后，對(duì)電流互感器和中間回路電容全部進(jìn)行了更換，其中更換后的電容為大容量進(jìn)口件。另外，還發(fā)生過一次放電極接地而導(dǎo)致無法升壓的現(xiàn)象。正常冶煉裝料階段、吹煉階段、濺渣階段一個(gè)完整的周期根據(jù)吹氧量變化期間對(duì)應(yīng)的電場電壓、電場電流如圖4所示。

圖4 吹煉期間電場電壓、電流及吹氧流量關(guān)系圖

通過在山鋼日照公司兩座210t轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)來看，高壓靜電除塵電氣控制系統(tǒng)運(yùn)行良好，保證了煙氣處理效果，提升了煤氣回收利用率。