礦熱爐及低壓無功補(bǔ)償簡介

礦熱爐及低壓無功補(bǔ)償一、礦熱爐1、 概述：礦熱爐是電阻電弧爐的統(tǒng)稱。它主要用于還原冶煉礦石，用碳素材料作還原劑。主要生產(chǎn)鐵合金、電石、黃磷。其工作特點(diǎn)是采用碳質(zhì)或鎂質(zhì)、高鋁質(zhì)耐火材料作爐襯，大多數(shù)使用自焙碳素電極，根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)特性也有采用石墨電極、再生碳素電極的礦熱爐，如工業(yè)硅、黃磷、鈦渣等。電極插入爐料進(jìn)行埋弧操作，利用電弧能量和電流通過爐料產(chǎn)生的電阻熱來供給礦石還原反應(yīng)所需能量來冶煉礦石，陸續(xù)加料，間歇出爐，連續(xù)作業(yè)。2、 礦熱爐主要類別（1） 鐵合金爐常見鐵合金爐主要分為銘系、硅系、錳系。銘鐵合金爐有高碳銘鐵、中碳銘鐵、微碳銘鐵；硅系合金爐有硅鐵、工業(yè)硅、硅銘、硅錳、硅鈣、硅鋇鈣、鋁硅等；錳系合金爐有高碳錳鐵、中碳錳鐵、低碳錳鐵等。還有鎢鐵爐、碳化硼爐、煉鋼電弧爐等。以各種合金礦、稀釋劑和焦碳為原料。（2） 電石爐用石灰、焦碳、蘭碳、無煙煤為原料。（3） 黃磷爐以磷礦、焦碳或蘭碳為原料。以上是按產(chǎn)品性質(zhì)對礦熱爐進(jìn)行分類，還可以按爐體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，按結(jié)構(gòu)可分為密閉爐、內(nèi)燃爐、開放爐。密閉爐就是在爐體上部裝設(shè)一個密封爐蓋，爐氣通過爐蓋上的煙道進(jìn)入爐氣凈化裝置，爐氣凈化后可進(jìn)行深加工或作為其它工業(yè)燃料用。這是目前最經(jīng)濟(jì)的爐型，也是國家鼓勵大力發(fā)展的爐型，現(xiàn)在新建電石爐都屬于密閉爐。內(nèi)燃爐就是在爐體上部安裝一個矮煙罩，在矮煙罩四周設(shè)置有六到九個小方孔作為觀察爐況、加料、維護(hù)料面的通道，爐氣在爐面上燃燒后再從煙道排走。爐氣一般用于烘干原料。這種爐型在鐵合金生產(chǎn)上最多，屬于國家逐步淘汰的爐型。開放爐在爐體上部沒有矮煙罩，只是在爐體的上方設(shè)置了一個大的集煙罩，集煙罩距離爐體上部一米左右，爐而高溫、粉塵十分嚴(yán)重，操作環(huán)境很差，這種爐型在我國已基本淘汰。按礦熱爐使用電源性質(zhì)還可分為三相交流工頻礦熱爐、低頻礦熱爐和直流礦熱爐。其中低頻和直流礦熱爐自然功率因素都能達(dá)到0.9以上，這是礦熱爐的一個發(fā)展趨勢。3、礦熱爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)礦熱爐生產(chǎn)系統(tǒng)由爐體、煙罩、變壓器、短網(wǎng)、電極把持器、壓放裝置、液壓系統(tǒng)、電極升降系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、出爐系統(tǒng)、原料給料和配料及原料預(yù)處理系統(tǒng)、爐氣凈化裝置、產(chǎn)品包裝及儲存系統(tǒng)、高低壓電氣系統(tǒng)等。對礦熱爐生產(chǎn)來說，首先必須具有符合生產(chǎn)工藝要求的精良的原料，這是基礎(chǔ)。如現(xiàn)代大容量電石密閉爐，根據(jù)我國電石行業(yè)準(zhǔn)入條件，單臺爐容量不得低于25000KVA，項(xiàng)日最小裝機(jī)容量不得低于10萬KVA,而且必須是密閉爐。很多私營企業(yè)在建密閉電石爐時，為節(jié)約投資，對原料預(yù)處理系統(tǒng)投入很少，特別是烘干系統(tǒng)不到位，導(dǎo)致原料水份、粉末、粒度、化學(xué)成分等不能滿足密閉電石爐的生產(chǎn)工藝要求，電爐不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的密閉運(yùn)行，使電爐投產(chǎn)后負(fù)荷升不上去、電爐工況較差、生產(chǎn)事故多，最后結(jié)果就是企業(yè)生產(chǎn)成本太高，產(chǎn)品沒有市場競爭力，企業(yè)效益很差。在這方面很多企業(yè)都吃過苦頭。優(yōu)良的設(shè)備是電爐正常運(yùn)行的根本保障?，F(xiàn)代大容量密閉電石爐，由于各制造安裝單位水平參差不齊，導(dǎo)致電爐投運(yùn)后設(shè)備故障較多，特別是組合把持器和接觸元件及冷卻水系統(tǒng)和凈化除塵系統(tǒng)的不完善對生產(chǎn)影響很大，經(jīng)常造成電爐熱?！，F(xiàn)在國內(nèi)電石爐設(shè)計、制造、安裝單位實(shí)力最強(qiáng)的有大連重工和北京?？咸炝杉夜?，在設(shè)備制造、安裝方而大連重工最具優(yōu)勢，北京?？咸炝⒐驹陔姞t參數(shù)優(yōu)化匹配方面比大連重工強(qiáng)。其次則是吉林中鋼集團(tuán)、西安電爐裝備公司等也具備一定實(shí)力。4、我國目前電石爐設(shè)計、生產(chǎn)運(yùn)行特點(diǎn)目前我國電石發(fā)展是世界上最快的，隨著國家節(jié)能環(huán)保政策的強(qiáng)化，電石生產(chǎn)正朝著大容量、密閉化、自動化方向發(fā)展，到2015年我國將淘汰20000KVA以下的內(nèi)燃式電石爐，整個行業(yè)裝備水平正快速上升，我國現(xiàn)在正在建設(shè)的最大容量的電石爐已達(dá)到單臺容量8萬KVA，是內(nèi)蒙君正集團(tuán)建設(shè)的。但與此同時，在參數(shù)優(yōu)化匹配方面卻沒跟上，大多數(shù)設(shè)計單位還是采用以前中小容量電石爐參數(shù)設(shè)計方式進(jìn)行大容量電石爐的設(shè)計，而且沒有充分考慮我國電石生產(chǎn)原料的實(shí)際狀況，因此很多電爐設(shè)計投產(chǎn)后運(yùn)行效果不能達(dá)到理想狀態(tài)，具體表現(xiàn)為自然功率因素太低、產(chǎn)能不充分釋放、電能利用率低下。在設(shè)計建設(shè)之初未考慮功率因素補(bǔ)償，很多業(yè)主單位都是在電爐投產(chǎn)后才被動地上低壓補(bǔ)償，造成電爐運(yùn)行參數(shù)發(fā)生較大變化，致使低壓補(bǔ)償投運(yùn)后，電爐的電氣、幾何參數(shù)不能良好匹配，節(jié)能增產(chǎn)效果不明顯，甚至還有在低補(bǔ)投運(yùn)后造成電耗升高的現(xiàn)象，這個現(xiàn)象在大容量工業(yè)硅爐和硅鐵爐上特別明顯。二、礦熱爐低壓補(bǔ)償1、礦熱爐為什么要進(jìn)行無功補(bǔ)償？礦熱爐因設(shè)計、原料性質(zhì)等原因，造成運(yùn)行時電爐自然功率因素較低，現(xiàn)代大容量及超大容量電爐的自然功率因素更是特別低下，而我國能源形勢日趨緊張，電力部門對用戶的電能利用率要求也越來越高，現(xiàn)在要求高耗能用戶的功率因素不能低于0.9,否則用戶將額外支付功率因素力調(diào)罰款。因此為提高電能利用效率，現(xiàn)代大容量礦熱爐都必須上功率因素補(bǔ)償裝置。但也有自然功率因素在0.9以上的礦熱爐，如黃磷爐、冰鎳爐等，因其原料電阻特性很好，入爐原料比電阻特別大，利于電極深入穩(wěn)定運(yùn)行和使用較高的二次運(yùn)行電壓，這類礦熱爐其二次電流相對要小得多，而無功與電流的平方成正比，因此無功較小，功率因素較高，這類電爐是不需要進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)摹?、礦熱爐無功補(bǔ)償分類礦熱爐功率因素補(bǔ)償有三種方式：高壓補(bǔ)償、中壓補(bǔ)償、低壓補(bǔ)償。高壓補(bǔ)償是一種傳統(tǒng)的補(bǔ)償方式，它只針對電網(wǎng)（即用戶高壓側(cè)）進(jìn)行無功補(bǔ)償，對于負(fù)荷側(cè)的無功則沒有任何補(bǔ)償，因此對用戶來說它只是簡單地避免了電力部門的功率因素力調(diào)罰款，而對用戶生產(chǎn)沒有任何好處。因我國變壓器制造水平大大提高，現(xiàn)在變壓器一次電壓已從傳統(tǒng)的35KV提高到220KV，110KV的進(jìn)線電壓已在礦熱爐變壓器普及，個別廠家甚至采用220KV的主次進(jìn)線電源。對于這么高的電壓，要進(jìn)行高壓補(bǔ)償，因我國現(xiàn)在高壓電容器的制造水平還不能達(dá)到使電容器額定電壓達(dá)到16KV以上，因此在這種情況下要想進(jìn)行高壓補(bǔ)償，就只有采用多只電容器并聯(lián)的辦法，但這樣又容易形成一只電容器故障造成整個回路無法工作的現(xiàn)象。鑒于這種情況就誕生了中壓補(bǔ)償，這是近幾年才形成的一種新型補(bǔ)償方式，它是在變壓器高、低線圈之間設(shè)置一個10KV的中壓線圈，利用中壓線圈引出10KV電源，以實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的無功補(bǔ)償。目前中壓補(bǔ)償還不很成熟，主要表現(xiàn)在投切補(bǔ)償時，容易引起變壓器的過電流、過電壓而燒壞變壓器。中壓補(bǔ)償與高壓補(bǔ)償一樣，只對電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，對礦熱爐本身并沒任何好處。低壓補(bǔ)償是在變壓器二次側(cè)進(jìn)行無功補(bǔ)償，一般是在礦熱爐短網(wǎng)末端并聯(lián)補(bǔ)償裝置，這樣就對礦熱爐本身產(chǎn)生的無功進(jìn)行了補(bǔ)償，在滿足電力部門對功率因素不低于0.9的要求時，同時提高了變壓器的出力，增大了礦熱爐的入爐功率，從而使礦熱爐達(dá)到增產(chǎn)節(jié)能效果。隨著低壓補(bǔ)償?shù)牟粩喔倪M(jìn)、完善，大多數(shù)礦熱爐用戶越來越多地更傾向于采用此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行無功補(bǔ)償。3、礦熱爐低壓補(bǔ)償?shù)膬?yōu)勢：（1） 增產(chǎn)5%以上，電爐容量越大，增產(chǎn)效果越明顯；對大極心園、低自然功率因素的礦熱爐，不僅有明顯增產(chǎn)效果，還有明顯的降低單位產(chǎn)品電耗的效果。（2） 功率因素不低于0.9。（3） 提高變壓器、二次大電流線路的利用率，增大變壓器出力，使入爐有功大幅增加。礦熱爐無功主要是二次大電流回路產(chǎn)生的，在二次短網(wǎng)末端接入無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行就地補(bǔ)償，提高了二次運(yùn)行電壓，大幅減小同檔位、同有功功率情況下的二次運(yùn)行電流，無功與電流平方成正比，這樣就大大減小了系統(tǒng)無功的產(chǎn)生，從而提高變壓器有功輸出，使輸入爐內(nèi)有功得到大幅增加，從而達(dá)到增產(chǎn)節(jié)能效果。（4） 有效改善三相交流工頻礦熱爐三相有功不平衡狀態(tài)，消除強(qiáng)、弱相現(xiàn)象。由于三相短網(wǎng)系統(tǒng)布置、爐料不可能達(dá)到很平衡，這樣三相電極就存在不同的電壓、不同的功率，從而產(chǎn)生三相不平衡的強(qiáng)、弱相現(xiàn)象。低壓補(bǔ)償采用單相并聯(lián)的方式接入補(bǔ)償裝置，可對各相所需補(bǔ)償容量進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)，從而使三相功率因素達(dá)到一致，平衡三相電極工作電壓，均衡三相電極吃料速度，改善三相電極強(qiáng)、弱相現(xiàn)象，以實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)降耗。在改善強(qiáng)、弱相現(xiàn)象的同時，改善了爐膛工作環(huán)境，使?fàn)t膛受熱更均衡，從而延長了電爐工作壽命。（5） 對二次系統(tǒng)產(chǎn)生的高次諧波進(jìn)行有效治理，減少了諧波對供電裝置的危害，減小變壓器及電網(wǎng)的附加損耗。（6） 提高了電能質(zhì)量，改善礦熱爐電氣運(yùn)行參數(shù)，提高產(chǎn)品產(chǎn)量。（7） 通過對功率因素、電流、電壓等的比較和控制，能夠及時、準(zhǔn)確判斷爐況，從而采取措施及時處理，以改善爐況，提高冶煉效果。4、礦熱爐低壓補(bǔ)償運(yùn)行環(huán)境電氣運(yùn)行條件較差，長期處于低壓、大電流環(huán)境下，電流高達(dá)幾萬安培。電容器容易發(fā)熱、漏液、爆裂，大電流條件下鐵磁性材料產(chǎn)生強(qiáng)大渦流從而引起柜體、骨架發(fā)熱，因此礦熱爐低壓補(bǔ)償裝置必須具備良好的散熱、隔磁措施?，F(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境差，長期處于高溫、粉塵環(huán)境下。特別是鐵合金電爐，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵具有較好的導(dǎo)電性，其中以工業(yè)硅和硅鐵爐最為典型，嚴(yán)重危脅低壓補(bǔ)償裝置的安全運(yùn)行，對于采用品閘管投切的礦熱爐低壓補(bǔ)償其運(yùn)行的安全性和可靠性更差。三、低壓補(bǔ)償使用情況目前國內(nèi)大容量電石爐低壓無功電容補(bǔ)償運(yùn)行效果一般都不怎么好，只有極個別的廠家能發(fā)揮其有效作用。主要存在以下問題：1、低壓補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計、施工與電爐的設(shè)計、施工不同步。電爐在設(shè)計、施工時根本沒考慮低壓無功補(bǔ)償?shù)囊蛩?，都是按電爐自然功率因素來進(jìn)行電爐設(shè)計的，這樣當(dāng)電爐投運(yùn)后再上低壓無功補(bǔ)償時，電爐的電氣參數(shù)（二次電壓、極心園功率密度、電位梯度、爐底功率密度、電極電能強(qiáng)度）將發(fā)生大的變化，與當(dāng)初的電爐設(shè)計理念發(fā)生沖突，這將嚴(yán)重影響電爐的正常運(yùn)行。如現(xiàn)在的鄂爾多斯氯堿化工和東方希望的33000KVA電石爐有功負(fù)荷都只能帶23000KW左右，這種現(xiàn)象在電石行業(yè)內(nèi)十分普遍，不能充分發(fā)揮電爐變壓器的有效出力，存在嚴(yán)重的產(chǎn)能浪費(fèi)。2、低壓濾波電容補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)需進(jìn)一步完善內(nèi)容有：（1） 電容器額定電壓的選擇標(biāo)準(zhǔn)未曾明確，應(yīng)以充分發(fā)揮電爐最佳產(chǎn)能的電爐二次運(yùn)行電壓為設(shè)計參考。（2） 低壓濾波電容補(bǔ)償短網(wǎng)的接入點(diǎn)未明確規(guī)定，應(yīng)以距離電極越近越好為原則。（3） 已投運(yùn)電爐如需增設(shè)低壓濾波電容補(bǔ)償，應(yīng)以電爐最佳運(yùn)行有功功率參考設(shè)計電容額定電壓及補(bǔ)償容量，以適當(dāng)提高電爐產(chǎn)能和電能利用效率。（4） 電容器必須采用干式阻燃介質(zhì)，不能使用石蠟、凡士林、礦物油、環(huán)氧樹脂等易熔可燃材料，以免造成惡性火災(zāi)。這一點(diǎn)尤其要引起重視，因?yàn)樵谒拇ê蛷V西等均有因個別電容器故障引起低壓補(bǔ)償電容器整相燒毀的現(xiàn)象。（5） 電容器室的設(shè)計必須滿足電容器安全運(yùn)行對空間散熱的要求，電空器柜內(nèi)和電容器室內(nèi)大環(huán)境都要有良好通風(fēng)條件，使柜內(nèi)運(yùn)行溫度不能超過室外溫度15°C,在環(huán)境條件惡劣的地方必須采用強(qiáng)制通風(fēng)，在舊爐改造時要特別重視這一點(diǎn)。（6） 對電容器柜內(nèi)設(shè)備的設(shè)計、安裝以及柜體之間、柜體與墻壁和房頂之間的安全散熱標(biāo)準(zhǔn)必須明確，以保證電容器的安全可靠運(yùn)行，在舊爐改造時要特別注意這點(diǎn)。3、 現(xiàn)在市場上礦熱爐低壓濾波電容補(bǔ)償裝置的設(shè)計、制作相當(dāng)混亂，大多數(shù)設(shè)計制造廠都沒有濾波電抗器，加上礦熱爐業(yè)主對該裝置沒有科學(xué)的認(rèn)識，這樣就造成了按規(guī)范設(shè)計制作成本遠(yuǎn)高于不按規(guī)范設(shè)計制作的成本，而礦熱爐業(yè)主可不管設(shè)計制作規(guī)范不規(guī)范，他們只管招標(biāo)時誰家價格最低就采用誰家的產(chǎn)品，這樣就造成了很多低壓補(bǔ)償裝置投運(yùn)后不能正常運(yùn)行。而按規(guī)范設(shè)計制作的廠家成本相對高很多，只有那些個別大企業(yè)或?qū)Φ蛪簾o功濾波電容補(bǔ)償有高度認(rèn)識的礦熱爐業(yè)主才會采用，因此他們的市場反而沒有不按規(guī)范設(shè)計制作的低壓補(bǔ)償廠家的市場大，，其中以四川樂山晟嘉電氣有限公司和江蘇宜興宇龍公司為代表，他們正為礦熱爐低壓無功濾波電容補(bǔ)償?shù)牧夹园l(fā)展艱辛努力。4、 我國目前大容量礦熱爐發(fā)展很快，但技術(shù)力量的跟進(jìn)還存在很大問題，礦熱爐的系統(tǒng)設(shè)計不匹配，有很多電石爐都存在這種情況：低壓補(bǔ)償投入運(yùn)行后，電爐有功負(fù)荷大大提高，但這時電爐的除塵凈化系統(tǒng)、組合把持器系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、原料制備系統(tǒng)等不能與現(xiàn)有工藝相匹配，從而使電爐不能正常運(yùn)行。如內(nèi)蒙包頭東方希望和鄂爾多斯氯堿化工的電石爐都存在低壓補(bǔ)償投運(yùn)后，隨著電爐負(fù)荷的升高，當(dāng)達(dá)到24000KW以上時，凈化系統(tǒng)進(jìn)氣溫度則太高且爐內(nèi)氣壓也偏高。在這個方面，就要求業(yè)主在設(shè)計、建設(shè)時從技術(shù)上必須對整個系統(tǒng)有清晰的認(rèn)識。四、在礦熱爐低壓補(bǔ)償裝置推銷及售后服務(wù)時應(yīng)了解的內(nèi)容電爐運(yùn)行電氣、幾何參數(shù)，主要包括變壓器二次電壓、電爐最佳二次運(yùn)行電壓、電極直徑、電極極心園、爐膛深度、爐膛內(nèi)徑、爐殼直徑等。電爐產(chǎn)品屬性，電爐運(yùn)行環(huán)境，整個生產(chǎn)系統(tǒng)除塵凈化情況。原料狀況：主要指水份控制、粉末、粒度、電阻特性等。對于新建礦熱爐，在和業(yè)主及設(shè)計單位溝通時，最好建議在電爐設(shè)計時就把低壓補(bǔ)償因素考慮進(jìn)去，主要是考慮電爐最大運(yùn)行有功功率和最佳二次運(yùn)