目前轉爐煙氣凈化系統主要是濕法凈化系統（oxvgen converter gas recovery, 簡稱：OG法）和干法凈化系統（electrostaic dust removal, 簡稱：LT法）兩種，相比OG法經過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，節約能源效益明顯。

經過高壓靜電除塵器后的粉塵濃度可降至10mg/Nm3以下，能滿足國家排放標準的要求。其中干法除塵系統主要由蒸發冷卻器、靜電除塵器、ID風機、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償轉爐煉鋼過程的全部能耗，具有較高的經濟效益和環境效益，達到轉爐負能耗煉鋼的目標。

1 高壓靜電除塵器的構成

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高壓電場，通過電場內的陰極發生電暈放電從而使氣體被電離。當加在放電極和集塵極之間的電壓達到一個固定值即起暈電壓時，此兩極之間的空氣流電離變得可以導電，也就是產生電暈放電。

在放電極的一定區域內產生了帶電粒子（包括自由電子，正負離子），在高壓電場力的作用下，帶電粉塵向著極性相反的電極運動，負帶電粒子加速向集塵極運動。負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上，從而使得它們也帶了負電荷，因此引起它們同樣向集塵極方向運動。到達極板或極線時，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，使整個轉爐煙氣得到凈化。

1.2 系統組成

山東鋼鐵集團（簡稱：山鋼）日照公司煉鋼1#、2#轉爐煙氣除塵凈化系統臥式靜電除塵器設計前面兩個電場即第一、第二電場采用三相電源，后面兩個電場即第三、第四電場采用單相電源，具體供電電源參數見表1。這樣兼顧電網供電平衡與除塵效率，達到提高環保與節能的目的。

在未凈化氣體進入靜電除塵器后第一級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，控制部分結構如圖1所示。

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

圖1 三相電源控制結構系統圖

高壓變壓器和整流器安置在現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、高壓信號處理及通信單元。系統控制柜位于電磁站內，進線、電壓連接線和逆變元件安置在控制柜中。控制柜電源主輸入部分由斷路器、換相電抗器、預充電和主回路控制電路和半可控六脈沖整流橋組成。

當電源電壓被使用或發生故障時，整流器與電源斷開連接。在系統接通電源之前，連接電容器必須被預充電，充電時間程控10s，電壓到達500V左右六脈整流橋被觸發導通。當連接電壓達到大480V時，六脈整流橋被停止觸發而關閉。當連接電壓低于360V時，直流電壓低于510V逆變器不能工作。

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

IGBT除其他特點外還有高電流承載能力（每個模塊高達300A）和高達10～30kHz范圍的工作頻率，電流方向在500Hz的時候反向。統籌兩個級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。

短切換時間（約300ns）指系統可以迅速對除塵器閃變做出反應。高壓變壓器和高壓整流器的作用是產生高達90kV的電壓。經過整流，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設備。靜電除塵器可以被看作是一個非線性電阻和電容的并聯電路。電容的范圍為50～100kF。

電場上部絕緣子配置保溫筒加熱器，用以杜絕轉爐高溫煙氣遇冷凝結成水珠影響電氣構件的性能。因為一旦高壓絕緣子附著水珠，就極易使得絕緣子處產生閃弧甚至短路的情況。

現場通過對絕緣子加熱來避免冷凝和閃弧，每個電場共設置4個加熱罩，打開加熱按鈕后持續加熱并保持，絕緣子一直被加熱，達到溫度自動調溫器的設定值后關閉。開啟自動模式后，系統將根據設定的溫度上下限值自動控制保溫筒溫度，當溫度低于設定值時（滯后），加熱器再自動開起。

2 靜電除塵高壓電源控制

2.1 控制參數集

高壓采集單元提供的除塵器的電流和電壓的實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。操作盤上側一直都顯示二次電壓、電流。電壓和電流值都既以數字和棒條顯示。另外，還顯示有各個狀態信號和操作元件。每個參數集的過程控制如電壓/電流設定值以及閃絡和短路檢測參數可以單獨調節。

調節的參數集如圖2（a）所示。山鋼兩座210t轉爐除塵器高壓控制選擇參數集1，實際過程運行的參數集1中的電源指示如圖2（b）所示。

圖2 控制顯示面板內容序列

2.2 電源控制比較

單相電源普遍采用晶閘管相控調壓方式，存在系統的功率因數低、諧波污染大及動態響應慢的弊端，同時當除塵系統發生閃絡時，由于晶閘管的不可關斷性以及移相觸發本身半個工頻周期的滯后性，致使不能對閃絡進行更好地控制，將對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并非完全以足夠高的電流進行控制，從而導致了其自身的系統功率因數低。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，由于其高速度的反應以及最大的電暈功率，經濾波控制后，二次電流基本能成為直流。其最大電流即為其平均電流，很大程度上彌補了單相電源功率因數低、諧波污染大和動態響應慢等方面的缺陷。

圖3 電源輸出波形圖

3 閃絡控制與故障處理

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離子的運動，因此不同的放電程度影響著粉塵的運動力和載荷，電場內放電強度由弱到強依次分為電暈放電、火花放電、閃絡放電和電弧放電4個階段。在檢測到閃絡發生后，系統將掃描二次電壓的恢復情況。

如果在當前的半波周期內二次電壓恢復到一個高值，就判定為火花。下一個半波周期將會進入自動恢復過程但輸出電壓會下降。如果當前的半波周期內二次電壓還保持在一個較低的值，閃絡控制就開始，即首先進入一個消電離過程（消電離時間）。半波持續時間將由閃絡消電離參數由模糊控制器優化決定。

然后根據閃絡斜率逐漸恢復二次電壓或電流值（半波降低一次觸發角度），直至達到閃絡發生前一個半波的觸發角的95%～98%（半波周期發生閃絡或火花時的點火角度百分比）。除塵器間歇運行時，其電壓或電流的恢復值是由控制參數Puls-ext控制的。

靜電除塵器在運行過程中不可避免的出現極線變形或折斷、灰塵搭橋或極間短路的情況，此時會造成二次電壓無法升壓的現象。高壓檢測系統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，判定發生短路。通過調整參數短路等待時間，短路現象可以延遲。

依據等待時間進入參數短路消電離（持續半波），如果還處于短路狀態，就會重復以上等待和消電離過程（消電離時間和等待時間）。等待二次電壓恢復正常，否則系統將停止工作。需要停運檢查電除塵器內部構件存在的異常。

結論

山鋼日照公司1#、2#轉爐煙氣凈化系統自2018年投入運行以來，整體高壓靜電電控系統相對穩定。故障方面發生過電容爆燃事故，聯系廠家綜合分析，一方面降低電磁站室內溫度，另一方面檢測相關硬件后，對電流互感器和中間回路電容全部進行了更換，其中更換后的電容為大容量進口件。另外，還發生過一次放電極接地而導致無法升壓的現象。正常冶煉裝料階段、吹煉階段、濺渣階段一個完整的周期根據吹氧量變化期間對應的電場電壓、電場電流如圖4所示。

圖4 吹煉期間電場電壓、電流及吹氧流量關系圖

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