摘要：为全面贯彻落实“双碳”政策，钢铁企业积极开展提标改造项目。福建某钢铁企业镍铁回转窑高温电除尘器投运多年，由于内部结构件腐蚀损坏、运行不稳定、除尘效率下降明显等诸多问题，不能满足排放要求，需对其进行提标改造，并且为了提高生产智能化水平，对除尘器系统电气控制系统进行智能化改造，升级改造后各项运行指标正常，除尘系统运行高效稳定，实现了节能降耗的目标。

　　关键词：回转窑；电除尘器；提标改造；智能运维

　　钢铁行业作为国家经济的主要支柱之一，其节能降耗工作对于实现绿色低碳发展目标至关重要，在“十四五”收官之年，钢铁企业面临着前所未有的机遇与挑战。随着“双碳”政策的不断推进，国家对钢铁行业的污染物排放和环境现状提出了更高要求，钢铁企业必须尽快实现转型升级，推动技术创新，优化产业结构，提高资源利用率。通过节能降耗，钢铁企业不仅可以降低生产成本，提高在市场上的竞争力，同时也为构建资源节约型、环境友好型社会贡献强大力量。

　　钢铁冶金企业积极响应政府要求，对已有环保设备进行升级改造，不断优化生产工艺［1］。同时，随着国家对生产过程、生产设备提出了智能化、节能化的新要求，已有设备和工艺进行智能化升级改造也是目前的主要工作［2］。部分钢厂污染排放能够达标，但往往会忽视节能要求，传统电除尘器系统耗电量大，长期运行在高功率模式下，不仅能耗高，同时会造成电气元件损伤，尤其是高压控制柜和变压器常常因为运行电流大，温度高，导致故障率较高，运行维护成本高，不利于钢铁企业日常运行成本控制［3］。

　　目前国内主要采用回转窑—矿热炉—转炉（RKEF）熔炼工艺生产镍铁，原材料采用红土型镍矿，镍铁厂回转窑作为冶金过程重要设备，是生产中的主要产污环节，为了满足各级环保部门对工艺除尘的要求，需要对镍铁回转窑电除尘器进行提标改造，并且为了响应国家政策，提高生产效率、降低运行能耗和优化运维工作，对电除尘器的电气控制系统进行智能化改造，实现高效节能控制。

　　1改造前高温电除尘器现状

　　某镍铁厂回转窑配置一台四电场高温电除尘器，设备运行多年，逐渐出现以下问题：①电除尘器内部阳极阴极系统、内外顶盖等部件腐蚀、损坏严重。②阴、阳振打系统腐蚀损坏，无法正常工作。③电除尘器进风口气流分布不均，存在偏流。

　　2提标改造方案设计

　　由于现有设备运行情况无法稳定达到出口粉尘浓度＜30mg/Nm3，结合现场实际状况及对运行问题的分析，必须对电除尘器进行升级改造，电除尘器总体布置如图1所示，具体改造方案如下。

　　2.1电除尘器结构改造

　　回转窑电除尘器保留原有沉降室，对四个电场进行优化设计，除尘器钢支架和壳体利旧，将灰斗、进出口封头、内外顶盖、阳极系统、阴极系统、振打系统、进口气流分布板、出口槽型板全部拆除、更换。对主控制器、交流电感、电解电容进行升级，对采样回路和控制回路进行优化。新增远程控制器、智能变频电源，实现智能运维和节能降耗控制。

　　由于阴阳极系统是影响电除尘器除尘性能的重要因素，需对阴阳极系统重点设计［4］。阳极板采用480C型板，采用自由悬挂形式，下部振打杆采用无缝钢管加振打砧结构，在下部振打杆设计需考虑热膨胀，为防止下部膨胀空间不足，限位板底梁和振打杆之间留有足够间隙。阴极线采用芒刺线，鼠笼式阴极框架，阴极系统采用左右分区顶部振打结构，每个电场配置两台变压器，采用小分区供电结构。

　　原有阴、阳极振打装置运行多年，振打清灰效果降低，本次改造更换全部减速机、传动装置、振打锤、振打轴、尘中轴承，设计阳、阴极振打框架具有足够的刚度，并能通过振打使电极产生较强的法向加速度，设置防止振打锤脱落的安全措施，保证捶击位置准确。

　　原有电除尘器进口气流分布板对气流均布作用较差，喇叭口气流向四周扩散，中部区域存在大面积分离偏流现象，气流速度偏小，在垂直断面上气流分布不理想，本次设计通过在沉降室内设置一层气流均布折流装置，提高沉降室的除尘效率，并在进口封头内设置两层气流分布板，孔板中间开孔率适当增大，减小中部阻力损失，从而提高中部区域气体流速，改善进入电场的气流情况，减少了烟气紊流，防止因烟气偏流引起的二次扬尘，出口槽型板全部更换，采用双层迷宫式槽型板，保证出口烟气稳定。

　　由于工作最高温度可达250℃,且烟气湿度较高，对除尘器本身密封要求较高。人孔门、顶部保温箱、阳极传动等利用密封件密封的部位，必须密封完好。采取保温隔热措施，保证烟气温度在露点温度之上，从而减少除尘器本体腐蚀。绝缘子采取有效方式防止含尘气体进入绝缘体室，并防止水分凝结，保证低负荷工况下绝缘体不积灰结露。

　　原有壳体利旧，通过对原部件钢支架、壳体立柱框架、侧墙进行检查加固，使除尘器壳体具有足够的刚度，能承受烟气压力的波动，且气密性良好，防爆，壳体内不存在烟气死区和积灰区。

　　本次升级改造电除尘器主要设计参数，如表1所示。

　　2.2智能运维系统设计

　　为实现节能降耗的目标，本次提升设计中对原有电气系统进行升级改造，对电除尘器系统进行智能控制优化，通过开启节能模式，能够在满足出口粉尘浓度达标的同时，降低运行参数，减少企业运行成本。一般情况下电除尘器收尘面积较大，相应需要的高压电源数较多，同时辅助的保温加热系统、振打清灰系统也需要占用较大的能耗，一直以来电除尘器都是生产线上的耗电大户［5］。智能运维系统通过硬件和软件深度结合，传感器采集数据，边缘智控装置控制设备运行；通过“工业互联网技术+云服务器”实现电除尘器设备远程监控运行状况及能源消耗情况。

　　智能运维系统组成主要包括数据采集系统、智能控制模型及算法、PLC控制系统、操作站和工程师站，组织构架，如图2所示。整个工作流程是通过在除尘系统内设置的各种检测传感器采集工作数据，通过智能控制模型对数据进行分析处理，而后将指令传输给PLC控制系统，从而实现对设备的定向调节。

　　数据采集系统的主要采集参数包括各电场运行电流、运行电压、振打时序、除尘器入口、出口粉尘浓度进行。服务器通过智控模型和算法对采集数据进行计算分析，从而提供能够实现节能减排的各电场高压运行频率和脉冲幅值、绝缘保温件的加热温度、振打时序及输灰系统控制时间等相关参数。服务器计算的相关参数发送给PLC控制柜和执行单元，定向操控设备运行。操作站和工程师站为前端，可保证操作人员及运维人员对运行情况的及时把控。

　　电除尘器智能运维系统包括多级电场联动智能控制策略、振打清灰智能控制策略和绝缘保温加热智能控制策略。

　　多级电场联动智能控制策略包括正常工作模式和异常工作模式两种运行情况。在正常工作模式下，根据对多级电场强度的梯度控制，在保证排放达标的同时，逐步降低多级电场强度。当出口检测值低于排放指标时，各电场电压采用倒序降低法，从四电场开始降低电压，当降低到一定程度时，向前端逐步调整；当出口检测值高于排放指标时，采用正序提升法，从一电场提高电压，当提高到一定程度时，向后端逐步调整。在异常工作模式下，如某一电场意外停止运行，除尘器自动调节系统能快速准确识别异常事件，及时反馈动态调节各电场运行参数，按梯级位序重新分配除尘负荷，快速有效地控制出口排放异常，同时系统自动记录异常事件，便于后期管理维护分析。

　　振打清灰智能控制主要是通过机组实际工况调整振打周期，当阳极板积灰达2~3mm时，此时粉尘剥落效果较好，粉尘易以片状剥离，二次扬尘程度较低，如振打周期过短，粉尘层易于分散，二次扬尘严重，从而导致除尘效率降低。

　　电除尘器本体包含许多绝缘瓷件，保证电除尘器健康稳定运行，温度过低会造成瓷轴表面水汽凝结，破坏绝缘效果，对关键部件产生威胁。绝缘保温智能控制通过对瓷轴实测温度的监控，实现温度的动态调节，以保证瓷轴温度在正常工作范围内。经过长时间优化运行，可自动生成加热装置固有属性曲线，当加热装置运转偏离系统时，及时反馈检修人员，避免影响正常运行。

　　3结论

　　该镍铁厂1台500000m3/h单室四电场电除尘器升级改造后，投运至今运行正常，各项运行参数数据稳定，达到设计要求，电场改造和智能运维系统保证系统高效、安全、稳定达标运行，并为以后电除尘器的升级改造提供良好的实践基础。

　参考文献

　　［1］张攀路，都沁军，张凯旋，等.中国钢铁行业碳排放：达峰情景与中和路径［J］.环境科学，2024，45（11）：6336-6343.

　　［2］王冠，焦礼静，王惠明，等.钢铁行业智能制造技术发展现状［J］.环境工程，2020，38（12）：173-176+137.

　　［3］侯铂，李勇，李振友，等.电除尘系统优化配置及智能化改造［J］.吉林电力，2018，46（4）：51-53.

　　［4］黎在时.电除尘器的选型安装与运行管理［M］.北京：中国电力出版社，2005.

　　［5］郭鹏飞.电控节能技术在电除尘器上的应用［J］.节能与环保，2023（6）：81-83.