钢铁行业大型电弧炉除尘系统方案的研究

本文结合现已建成并投入使用的某重型铸钢车间60t电弧炉除尘、某公司铸钢车间30t电弧炉除尘，收集整理设计资料等参数，归纳总结出大、中型电弧炉除尘系统的整套数据及系统方案。

随着我国钢铁工业结构调整，超高功率、强化冶炼及铁液热装等电炉炼钢工艺技术的不断发展，环境保护要求的不断提高，电炉烟尘治理的形势将日趋严竣。电弧炉的排烟主要可分为炉内第4孔(或第2孔)排烟与炉外排烟两种方式，通常称为一次烟气排烟和二次烟气排烟。

电弧炉炉内排烟主要捕集电弧炉冶炼时从电弧炉第4孔(或第2孔)排出的高温含尘烟气，良好的排烟装置可以捕获约95%以上的一次烟气。炉外排烟主要捕集电弧炉在加料、出钢、兑铁液时的二次烟气以及电弧炉熔炼时从电极孔、加料孔和炉门等不严密处外逸于炉外的二次烟气，二次烟气通常具有突发性和排放无组织性，且易受车间横向气流的干扰，只有依靠电弧炉炉外排烟装置进行捕集。

空气中的的烟尘等有害物质主要来源于3个方面，工艺生产过程中产生的有害物、生活过程中产生的有害物以及交通运输过程中产生的有害物。铸造行业以其资源密集、能耗密集、生产规模大、物流吞吐量大等特点，长期以来一直被认为是烟尘排放量大、废弃物多、污染大的企业。

特别是铸造厂电弧炉熔炼是造成烟尘污染的最主要来源。本文就结合现已建成并投入使用的某重型铸钢车间60t电弧炉除尘、某公司铸钢车间30t电弧炉除尘，收集整理设计资料等参数，归纳总结出大、中型电弧炉除尘系统的整套数据及系统方案。

一、电弧炉除尘的炉外排烟形式及优缺点

常用的炉外排烟有屋顶罩排烟、密闭罩排烟、导流罩+屋顶罩排烟(又称天车通过式捕集罩)等形式。

1、屋顶罩排烟

屋顶罩出现于20世纪60年代，因不受电炉工艺设备布置的限制、不妨碍电炉车间各生产设备的工艺操作和维修而被广泛采用。屋顶罩排烟是将电炉顶部范围内的厂房屋架以合理的围挡形成排烟罩，它的主要作用使电炉在加料和出钢等过程中瞬间所产生的大量含尘热气流烟尘，即二次烟气贮留在厂房屋架内，然后在一个恰当的时间内有组织地被抽走。所以屋顶罩的捕集效率设计要顾及热气流的上

升速度和车间横向气流的干扰，有条件时最好将电炉平台以上的车间建筑物侧3个方向加设挡风墙，同时电炉车间的厂房四周必须做到密闭，不让烟气从厂房四周外逸。另外烟罩结构形式的设计应与建筑密切配合，做到方棱锥体或长棱锥体，椎体壁板倾角以45+60°为佳。屋顶烟罩同时兼有厂房的通风换气作用。

2、密闭罩排烟

早在20世纪70年代中期，当电炉炼钢工艺朝着高功率或超高功率发展时，电炉密闭罩便开始被开发并投入使用。因密闭罩将电炉与车间隔离开来，电炉冶炼时产生的二次烟气被控制在罩内，而且又不受车间横向气流的干扰，所以密闭罩不仅对电炉二次烟气的捕集效果好，而且排烟量也较屋顶烟罩少35%左右。

更为重要的是密闭罩对超高功率电炉产生的弧光、强噪声和强辐射等的吸收和遮挡，都有很好的效果，它可以使在电炉密闭罩外周围的噪声由原115分贝下降到85分贝，同时减少了电炉冶炼中对车间的辐射热。

密闭罩的结构设计应与电炉工艺和土建密切配合，根据电炉工艺的布置情况和操作维修要求进行设计。密闭罩在起重机之下，电炉加料时，密闭罩打开，由起重机将料放入炉内。密闭罩一般不宜太小，以免罩内温度过高，影响电极导电性能。

3、导流罩+屋顶罩排烟(又称天车通过式捕集罩)

天车通过式捕集罩是一种新型的电炉烟气捕集罩。与目前常用的屋顶罩和密闭罩相比，既克服了密闭罩不能捕集加料时烟气的缺点，又避免了屋顶罩易受横风干扰，处理风量大的弊端。当电炉冶炼时产生的大量烟气，由于气流热抬升的作用，烟气上升速度很快。同时，导流罩迫使烟气在导流罩的范围内上升，导流罩减少烟气流与空气的混合。

同时，又抑制车间横向气流的干扰。烟气上升至导流罩口部时，(虽然与顶吸罩有一定距离)，又因烟气在离开罩口的第一次加速和顶吸罩受引风机的负压强，烟气在这时由于负压效应，产生第二次加速，混进一部分空气后，速度不会减慢，直至顶吸罩出风口(一般在没有强横风干扰，烟气不会扩散溢出顶吸罩外)，通过管道进入除尘器净化。它可捕集电炉冶炼全过程的烟气，具有捕集率高，不影响生产冶炼工艺，投资少等优点。适用于各大、中型电炉的烟气捕集。

二、电炉除尘治理改造的实践

1、治理的原则

除尘环保设备是为电炉生产服务的，不管它投运后的作用怎么样，都不能影响电炉以及精炼炉的正常生产以及修理作业，在全部除尘体系管理改造施行的同时也不能因为其施工周期而形成电炉或者精炼炉停产等。杭钢电炉公司身处杭州这个大都市，环保需求尤其高，因而改造后的除尘体系设备有必要满足甚至优于国家环保需求，其施行的技术也是可靠的、领先的，不仅能满足对大气的环保需求也能减小噪声，也要满足炉前操作工人对于其作业场所的环保需求。

除此之外，在可以确保烟尘管理的前提下，尽可能地达到一次投资最小、长时间维护费用最低、运行费用最低一级。我们在对杭钢电炉进行除尘设计时遵从的即是这个准则。实践证明，改造后的除尘系统也确确实实地达到了以上标准。

2、治理的内容

我们对于影响除尘作用的几个关键点分别进行了设计及核算。对初炼炉烟尘的管理计划主要是：选用内、外排烟结构的方法，即炉盖二孔加压风机进行内排烟，房顶捕集罩进行外排烟。并对炉盖二孔的整体结构及关键设备进行了设计选型，对房顶捕集罩进行改造等。

对钢包精炼炉排除烟尘的结构系统设计主要是：保存原炉盖侧吸除尘设备加压风机体系，新添加一套炉顶半密闭移动罩除尘设备。烟尘过滤净化：保存原1#布袋离线清灰脉冲喷吹布袋除尘器，新添加2#布袋离线清灰脉冲喷吹布袋除尘器，以满足扩容后的除尘体系烟尘过滤。

电动机：保存1#、2#主风机，新添加3#、4#主风机，撤销450KW电炉加压风机，改用800KW电动机，前四台为高压电动机，最终一台为中压电动机。调速方法：为了下降能耗，我们采纳当前最节能的变频方法进行调速布袋挑选：

依据二孔烟尘冷却后与房顶烟尘混合后的温度，我们选择耐130度高温的、运用寿命长的覆膜涤纶针刺毡资料的布袋;同时为了避免突发性的高温烟尘焚毁布袋，我们设置了一系列的办法来预防。喷吹方法：2#除尘器清灰选用的是脉冲喷吹，其喷吹压力设置为0.55+0.6Mpa。1#除尘器遵从原始的低压喷吹方法。

(1)初炼炉除尘部分的改造：

初炼炉采纳内、外排烟尘搜集烟气。依据电炉公司的技术需求，我们经过核算确定一次管线(即炉盖二孔)的风量应为220.000Nm3/h，除尘系统的总风量应为1800，000m3/h。对于一次管线(二孔)的改造，主要是对二孔第一节水冷烟道即活动烟道进行从头规划，其与炉盖烟道之间的间隙可以依据炼钢的状况经过PLC程序进行主动调理间隙，以保证最好适宜的风力进入二孔辅助炼钢进程中的CO焚烧又不影响烟尘的抽吸。

活动烟道选用液压油缸驱动，该烟道以歪斜的视点装置可以有效避免二孔的泡沫渣被抽吸到烟道而形成烟道内积渣，并且被二孔大风量抽吸走的烟渣也因为自身的重力直接掉入炉内，不影响烟道的阻塞。

因此创造了一个新型的疾速焚烧室，它不仅容积大，而且其焚烧速度快，根本可达220，000Nm3/h，用来完全焚烧CO避免爆炸的发生;在该焚烧室的中心装置了一块搁板，当大块烟渣疾速前行时与之发作激烈磕碰，速度下降坠落焚烧室下方的灰斗内，用来避免烟道内积渣发生阻塞。

与焚烧室出口相连接的水冷烟道直径从2280mm扩大到2900mm，保证适宜的风速，尽可能地延伸烟道的使用寿命。该燃烧室还有一大优点，其下方灰斗内的烟尘和渣子无需等待检修时间清灰，随时都可以。原机力风冷器由直径为Ф80mm的密排管组成，不仅管阻大易积灰且无法清灰，其冷却动力采用电动机驱动，耗能。

我们在本次设计中采用了自然冷却器形式，由直径?800mm的平行密排管组成的，它不仅管阻小，且不易积灰，大颗粒的高温烟尘由于自身的重力能直接掉落灰斗中，由于管径大，其与管外自然风冷却的接触面积大，热交换大，不需要采用单独的电动机进行驱动冷却，节能。

三、某重型铸钢车间60t电弧炉除尘工艺参数及除尘方案

该车间的60t电弧炉与60t精炼炉在线布置，除尘系统为：二对二模式，即60t电弧炉和60tLF炉分成两套系统，各自配置一台除尘器、一台风机、一台电机。两套系统联合运行(两套除尘系统的除尘器连成一整体结构，只是将内部分割为两套净化单元，互不干扰);其中电炉系统设置液力偶合器，即可提供风机软启动，又可根据电炉不同情况对风量的需求而进行调速，节约运行能耗。两套除尘系统均为：低阻、中温、大流量。短流程负压系统，通过引风机将净化气体送入排气筒。

公称容量60t，变压器容量8MVA，冶炼周期45min。

(1)除尘系统

电炉：采用天车通过式捕集罩;

LF炉：采用容积式半密闭捕集罩。

(2)除尘系统指标

排放浓度：小于等于50mg/m3;

捕集率：大于等于95%(屋顶不冒黄烟，兑铁液情况除外);

除尘效率：大于等于99%;

岗位粉尘浓度：小于等于10mg/m3。

结束语

通过对电弧炉及其除尘系统数据的整理、分析，表明大、中型电弧炉除尘系统采用：导流罩+屋顶罩(即天车通过式捕集罩)，除尘效率和烟尘捕集率都有所提高，烟尘的排放浓度可降低至50mg/m3以下，岗位粉尘浓度降至10mg/m3以下，是一种比较理想的捕集形式。但各企业要根据自己的实际情况，空间和场地以及使用习惯，选择合适的除尘方式。