矿热炉及低压无功补偿简介

矿热炉及低压无功补偿

一、矿热炉

1、概述：矿热炉是电阻电弧炉的统称。它主要用于还原冶炼矿石，用碳素材料作还原剂。主要生产铁合金、电石、黄磷。其工作特点是采用碳质或镁质、高铝质耐火材料作炉衬，大多数使用自焙碳素电极，根据产品生产特性也有采用石墨电极、再生碳素电极的矿热炉，如工业硅、黄磷、钛渣等。电极插入炉料进行埋弧操作，利用电弧能量和电流通过炉料产生的电阻热来供给矿石还原反应所需能量来冶炼矿石，陆续加料，间歇出炉，连续作业。

2、矿热炉主要类别

（1）铁合金炉

常见铁合金炉主要分为铬系、硅系、锰系。铬铁合金炉有高碳铬铁、中碳铬铁、微碳铬铁；硅系合金炉有硅铁、工业硅、硅铬、硅锰、硅钙、硅钡钙、铝硅等；锰系合金炉有高碳锰铁、中碳锰铁、低碳锰铁等。还有钨铁炉、碳化硼炉、炼钢电弧炉等。以各种合金矿、稀释剂和焦碳为原料。

（2）电石炉

用石灰、焦碳、兰碳、无烟煤为原料。

（3）黄磷炉

以磷矿、焦碳或兰碳为原料。

以上是按产品性质对矿热炉进行分类，还可以按炉体结构进行分类，按结构可分为密闭炉、内燃炉、开放炉。

密闭炉就是在炉体上部装设一个密封炉盖，炉气通过炉盖上的烟道进入炉气净化装置，炉气净化后可进行深加工或作为其它工业燃料用。这是目前最经济的炉型，也是国家鼓励大力发展的炉型，现在新建电石炉都属于密闭炉。

内燃炉就是在炉体上部安装一个矮烟罩，在矮烟罩四周设置有六到九个小方孔作为观察炉况、加料、维护料面的通道，炉气在炉面上燃烧后再从烟道排走。炉气一般用于烘干原料。这种炉型在铁合金生产上最多，属于国家逐步淘汰的炉型。

开放炉在炉体上部没有矮烟罩，只是在炉体的上方设置了一个大的集烟罩，集烟罩距离炉体上部一米左右，炉面高温、粉尘十分严重，操作环境很差，这种炉型在我国已基本淘汰。

按矿热炉使用电源性质还可分为三相交流工频矿热炉、低频矿热炉和直流矿热炉。其中低频和直流矿热炉自然功率因素都能达到0.9以上，这是矿热炉的一个发展趋势。

3、矿热炉系统结构

矿热炉生产系统由炉体、烟罩、变压器、短网、电极把持器、压放装置、液压系统、电极升降系统、冷却水系统、出炉系统、原料给料和配料及原料预处理系统、炉气净化装

置、产品包装及储存系统、高低压电气系统等。

对矿热炉生产来说，首先必须具有符合生产工艺要求的精良的原料，这是基础。如现代大容量电石密闭炉，根据我国电石行业准入条件，单台炉容量不得低于25000KV A，项目最小装机容量不得低于10万KV A，而且必须是密闭炉。很多私营企业在建密闭电石炉时，为节约投资，对原料预处理系统投入很少，特别是烘干系统不到位，导致原料水份、粉末、粒度、化学成分等不能满足密闭电石炉的生产工艺要求，电炉不能实现真正意义上的密闭运行，使电炉投产后负荷开不上去、电炉工况较差、生产事故多，最后结果就是企业生产成本太高，产品没有市场竞争力，企业效益很差。在这方面很多企业都吃过苦头。

优良的设备是电炉正常运行的根本保障。现代大容量密闭电石炉，由于各制造安装单位水平参差不齐，导致电炉投运后设备故障较多，特别是组合把持器和接触元件及冷却水系统和净化除尘系统的不完善对生产影响很大，经常造成电炉热停。现在国内电石炉设计、制造、安装单位实力最强的有大连重工和北京埃肯天立两家公司，在设备制造、安装方面大连重工最具优势，北京埃肯天立公司在电炉参数优化匹配方面比大连重工强。其次则是吉林中钢集团、西安电炉装备公司等也具备一定实力。

4、我国目前电石炉设计、生产运行特点

目前我国电石发展是世界上最快的，随着国家节能环保政策的强化，电石生产正朝着大容量、密闭化、自动化方向发展，到2015年我国将淘汰20000KV A以下的内燃式电石炉，整个行业装备水平正快速上升，我国现在正在建设的最大容量的电石炉已达到单台容量8万KV A，是内蒙君正集团建设的。但与此同时，在参数优化匹配方面却没跟上，大多数设计单位还是采用以前中小容量电石炉参数设计方式进行大容量电石炉的设计，而且没有充分考虑我国电石生产原料的实际状况，因此很多电炉设计投产后运行效果不能达到理想状态，具体表现为自然功率因素太低、产能不充分释放、电能利用率低下。在设计建设之初未考虑功率因素补偿，很多业主单位都是在电炉投产后才被动地上低压补偿，造成电炉运行参数发生较大变化，致使低压补偿投运后，电炉的电气、几何参数不能良好匹配，节能增产效果不明显，甚至还有在低补投运后造成电耗升高的现象，这个现象在大容量工业硅炉和硅铁炉上特别明显。

二、矿热炉低压补偿

1、矿热炉为什么要进行无功补偿？

矿热炉因设计、原料性质等原因，造成运行时电炉自然功率因素较低，现代大容量及超大容量电炉的自然功率因素更是特别低下，而我国能源形势日趋紧张，电力部门对用户的电能利用率要求也越来越高，现在要求高耗能用户的功率

因素不能低于0.9，否则用户将额外支付功率因素力调罚款。因此为提高电能利用效率，现代大容量矿热炉都必须上功率因素补偿装置。

但也有自然功率因素在0.9以上的矿热炉，如黄磷炉、冰镍炉等，因其原料电阻特性很好，入炉原料比电阻特别大，利于电极深入稳定运行和使用较高的二次运行电压，这类矿热炉其二次电流相对要小得多，而无功与电流的平方成正比，因此无功较小，功率因素较高，这类电炉是不需要进行无功补偿的。

2、矿热炉无功补偿分类

矿热炉功率因素补偿有三种方式：高压补偿、中压补偿、低压补偿。高压补偿是一种传统的补偿方式，它只针对电网（即用户高压侧）进行无功补偿，对于负荷侧的无功则没有任何补偿，因此对用户来说它只是简单地避免了电力部门的功率因素力调罚款，而对用户生产没有任何好处。

因我国变压器制造水平大大提高，现在变压器一次电压已从传统的35KV提高到220KV，110KV的进线电压已在矿热炉变压器普及，个别厂家甚至采用220KV的主次进线电源。对于这么高的电压，要进行高压补偿，因我国现在高压电容器的制造水平还不能达到使电容器额定电压达到16KV 以上，因此在这种情况下要想进行高压补偿，就只有采用多只电容器并联的办法，但这样又容易形成一只电容器故障造