潘天才

(中鋼集團(tuán)天澄環(huán)保科技股份有限公司 武漢 430205)

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除塵器灰斗電加熱器供配電節(jié)能降耗方案優(yōu)化

潘天才

(中鋼集團(tuán)天澄環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?武漢 430205)

對目前廣泛使用的除塵器灰斗電加熱器的供配電系統(tǒng)進(jìn)行了分析，提出了電控設(shè)備投資更省、供配電系統(tǒng)運行更節(jié)能經(jīng)濟的優(yōu)化方案，并通過工程實例進(jìn)行了分析驗證。

除塵器灰斗 電加熱器 供配電 單相負(fù)載 負(fù)載不平衡 方案優(yōu)化

0 引言

除塵工程是當(dāng)今環(huán)境工程的重要組成部分，各類除塵器在工業(yè)生產(chǎn)、節(jié)能減排、大氣污染控制中發(fā)揮著舉足輕重的作用。在工業(yè)爐窯配套的煙氣除塵設(shè)施中，爐窯排放的煙氣多為熱煙氣，為了防止除塵設(shè)施中因煙氣溫度下降過快、內(nèi)部煙溫低于露點溫度導(dǎo)致結(jié)露，除塵器必須采取保溫措施；為了防止除塵器灰斗中的積灰因結(jié)露發(fā)生板結(jié)，導(dǎo)致卸輸灰設(shè)備無法正常卸灰，除塵器下部的灰斗除采取保溫措施外，尚需設(shè)置灰斗加熱裝置，以保證灰斗內(nèi)的積灰溫度高于煙氣露點溫度5～10 ℃[1]。灰斗加熱大多采用蒸汽和電加熱板加熱保溫兩種方式，其中蒸汽加熱保溫受蒸汽氣源條件的限制，使用場合有限，因此大多數(shù)采用電加熱板加熱的方式，而電加熱板的工作正常與否將直接關(guān)系到除塵系統(tǒng)是否能連續(xù)穩(wěn)定運行。因此，本文通過對除塵器灰斗電加熱器供配電系統(tǒng)的分析，提出優(yōu)化方案，并應(yīng)用于工程實例，取得了一定效果。

1 灰斗電加熱板的配置及常規(guī)的供配電方案

1.1 灰斗電加熱板配置及供配電系統(tǒng)工作原理

為了減輕設(shè)備本體的鋼結(jié)構(gòu)重量、減少卸輸灰設(shè)備的數(shù)量，目前的電除塵器、袋式除塵器通常采用大灰斗結(jié)構(gòu)，為保證灰斗內(nèi)積灰溫度高于煙氣露點溫度5～10 ℃，每個灰斗電加熱板的電功率約需9～10 kW。每塊電加熱板為AC220 V/0.5 kW，每個灰斗通常配置18～20塊。單個灰斗電加熱器的常規(guī)電氣接線原理圖如圖1所示。

圖1 灰斗電加熱板電氣接線原理圖

1.2 工程實例

某鋼鐵公司燒結(jié)廠有75 m2燒結(jié)機4臺，2013年對燒結(jié)機頭電除塵器進(jìn)行了升級改造，改造后每臺燒結(jié)機配置1臺單室四電場電除塵器，電除塵器下設(shè)8個灰斗，每個灰斗設(shè)AC220 V/0.5 kW電加熱板18塊，共9 kW?；叶冯娂訜崞鞯墓┡潆娀芈啡鐖D2所示。系統(tǒng)投運后，灰斗電加熱器運行時，工作電流約45 A。

系統(tǒng)投運后，為灰斗電加熱器供電的MCC柜相應(yīng)抽屜回路頻繁出現(xiàn)燒損事故，經(jīng)現(xiàn)場檢查，燒損部位主要集中在抽屜內(nèi)部主回路斷路器與接觸器之間連接導(dǎo)線的兩端，進(jìn)一步檢查燒損部位，斷路器的出線端、接觸器的進(jìn)線端導(dǎo)線的壓接螺釘因壓接緊固的原因，引起導(dǎo)線部分芯線受損斷裂。導(dǎo)體自身發(fā)熱的計算公式如下式[2]。

圖2 灰斗加熱器主回路接線圖

(1)

式中，Q為發(fā)熱量，J；I為流過發(fā)熱導(dǎo)體的電流，A；R為發(fā)熱導(dǎo)體的內(nèi)部電阻，Ω；t為電流持續(xù)作用于發(fā)熱導(dǎo)體的時間，s。

根據(jù)上式可知，在電流不變的情況下，發(fā)熱導(dǎo)體的發(fā)熱量與該處的電阻及電流持續(xù)時間成正比；在電阻不變的情況下，單位時間內(nèi)的發(fā)熱量與流過該導(dǎo)體的電流成平方正比的關(guān)系。

本工程中，由于采用AC220V電源供電，接線方式?jīng)Q定了整個回路的電流較大，約45A，加上設(shè)備制作過程中為了將設(shè)備內(nèi)部連接導(dǎo)線壓緊壓實，以致出現(xiàn)了壓接過度導(dǎo)致壓接點處導(dǎo)線局部受損斷裂，增加了該接觸點的局部電阻，因此在設(shè)備連續(xù)運行的過程中出現(xiàn)了連接點處接觸電阻增大導(dǎo)致局部過熱燒損的情況。

1.3 存在的問題

灰斗電加熱器采用單相AC220V供電主要存在以下問題：

(1)與低壓供配電系統(tǒng)“單相用電設(shè)備應(yīng)適當(dāng)配置，力求達(dá)到三相負(fù)荷平衡”的要求不符。

(2)采用AC220V供電，回路電流較大，配電主回路元器件、動力連接電纜截面等相應(yīng)要求較大，不利于節(jié)約設(shè)備及工程項目的投資成本。

(3)主回路電流較大，回路中存在局部易發(fā)熱導(dǎo)致設(shè)備故障的風(fēng)險。

(4)通常除塵器都設(shè)有多個灰斗，采用單相AC220V電源供電，供配電系統(tǒng)因單相負(fù)荷較多，三相負(fù)載不平衡，易引起中性點偏移，對其他設(shè)備正常運行的供電電壓造成不利的影響。

2 灰斗電加熱板控制系統(tǒng)方案優(yōu)化

2.1 灰斗電加熱板供配電系統(tǒng)優(yōu)化后的工作原理

因灰斗電加熱板由18～20塊AC220V/0.5kW的獨立單元組成，因此可以考慮將它們分成3組分別接至三相四線制電源的各相上，每組6～7塊，采用“Y”型接法，如圖3所示。

圖3 優(yōu)化后的灰斗電加熱板接線原理圖

采用“Y”型接法，雖然單個加熱板的工作電壓仍然是AC220V，但是每個灰斗的成組電加熱板卻可以看成是一個三相平衡的三相用電負(fù)載，且因為接線方式的改變，在不降低成組電加熱板總發(fā)熱功率及發(fā)熱量的前提下，電源側(cè)線電流大幅下降，約為：I=P/(1.732U)=9 000÷(1.732×380)=13.7A。

若供配電主回路元器件及接線緊固度等不變，根據(jù)式(1)可知，元器件壓接端子處因電流大幅下降，相應(yīng)各點的發(fā)熱量將得到極大的改善。

2.2 針對該燒結(jié)機機頭除塵灰斗加熱器的改造

采用上述優(yōu)化方案對灰斗加熱器主回路進(jìn)行改造，因回路電流較原回路大幅下降，因此原主回路抽屜單元元器件、主回路連接電纜等均可利用，只需對主回路的接線、現(xiàn)場分線箱內(nèi)的接線進(jìn)行重新調(diào)整即可，基本不涉及材料及器件的增加。改造后的實際接線圖如圖4。

圖4 改造后的灰斗電加熱器主回路接線圖

該燒結(jié)廠4臺燒結(jié)機各配套有1臺除塵器，4套系統(tǒng)共32個灰斗電加熱回路，2014年4月份改造完成后，各回路的工作線電流均在12～14A之間，較原來的45A有了大幅的下降，線路損耗因此也大幅減小，回路發(fā)熱現(xiàn)象得到了改善；三相用電負(fù)載區(qū)域平衡，改善了供配電系統(tǒng)的運行環(huán)境。該系統(tǒng)運行至今，未再出現(xiàn)因器件發(fā)熱導(dǎo)致的設(shè)備故障。

3 方案優(yōu)化前后的優(yōu)缺點分析

本優(yōu)化改造實例是在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，本著盡量利用已有器件、材料的原則上進(jìn)行的，因此未根據(jù)負(fù)載的實際需要對器件容量、電纜材料進(jìn)行降檔調(diào)整。優(yōu)化前后對比分析，詳見下表1。

方案優(yōu)化后的優(yōu)點：

(1)使得低壓供配電系統(tǒng)三相負(fù)載趨于平衡，符合供配電系統(tǒng)設(shè)計原則的要求。

(2)優(yōu)化了供配電系統(tǒng)，節(jié)省了電控設(shè)備的投資成本。

(3)大幅降低了回路電流，降低了供配電系統(tǒng)線路的電耗。

(4)改善了回路及設(shè)備的發(fā)熱條件，提高了設(shè)備工作的穩(wěn)定性及可靠性。

表1 灰斗加熱器供配電方案的優(yōu)化前后成本對比

4 結(jié)語

灰斗電加熱器供配電方案的優(yōu)化，在降低設(shè)備材料成本的同時，為除塵系統(tǒng)的連續(xù)安全穩(wěn)定運行消除了故障隱患；供配電方案的優(yōu)化還改善了供配電系統(tǒng)的運行環(huán)境，提高了供配電系統(tǒng)的可靠性。

除塵工程中有大量的單相負(fù)載，例如電除塵系統(tǒng)中的單相高壓電源、灰斗電加熱器、照明燈具等，三相四線制供配電系統(tǒng)中因單相負(fù)載的存在，三相負(fù)載不平衡在所難免。當(dāng)三相負(fù)載不平衡運行時，中性線即有電流通過，這樣不但相線有損耗，而且中性線也產(chǎn)生損耗，從而增加了電網(wǎng)線路的損耗；三相負(fù)載不平衡還會影響用電設(shè)備的安全運行、造成電動機效率降低。為了供配電系統(tǒng)的安全以及用電設(shè)備的安全，供配電系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)盡量將單相負(fù)載平均分配到各相，力求達(dá)到三相負(fù)荷平衡。

[1]張殿印,王純.除塵工程設(shè)計手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[2]焦留成. 供配電設(shè)計手冊[M].北京:中國計劃出版社，1999.

Optimization Scheme of Energy Saving for Hopper Electric Heater Power Supply

PAN Tiancai

(SinosteelTianchengEnvironmentalProtectionScience&TechnologyCo.，Ltd.Wuhan430205)

The dust ash hopper in the current widely used electric heater of power supply and distribution system is analyzed, more economical and energy-saving optimized schemes for the electric control equipment power supply and distribution system are put forward and also they are analyzed and testified in practical engineering.

dust ash hopper electric heater power supply and distribution single phase load unbalanced load scheme optimization

潘天才，1993年畢業(yè)于東北大學(xué)工業(yè)電氣自動化專業(yè)，主要從事環(huán)保領(lǐng)域電氣自動化專業(yè)的工程設(shè)計、調(diào)試、技術(shù)咨詢等技術(shù)工作。

2015-06-15)