舒 剛 呂永鵬 周紀(jì)帥

（中冶南方工程技術(shù)有限公司，湖北 武漢430223）

1 概述

酒鋼集團(tuán)宏興股份公司不銹鋼分公司煉鋼分廠(chǎng)原有100噸電爐區(qū)域除塵效果不理想，冶煉期間有大量煙氣從狗屋逸出，逸出的煙無(wú)法完全通過(guò)屋頂罩捕集，導(dǎo)致煙氣在廠(chǎng)房?jī)?nèi)彌散并逸出廠(chǎng)房，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和周?chē)h(huán)境造成了污染。

在對(duì)現(xiàn)有電爐區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合理論計(jì)算分析提出了合理的改造措施，項(xiàng)目實(shí)施后，電爐除塵效果得到很好的改善。

2 改造前電爐除塵的情況

該電爐除塵系統(tǒng)采用爐內(nèi)排煙（一次煙氣）和密閉罩（狗屋）及屋頂罩聯(lián)合排煙（二次煙氣）的混合系統(tǒng)，一次煙氣和二次煙氣在混風(fēng)器內(nèi)混合后進(jìn)入除塵器。二次煙氣除塵系統(tǒng)還包括電爐扒渣站和電爐上下料除塵點(diǎn)。除塵管道上設(shè)置有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)，根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝過(guò)程，控制閥門(mén)的開(kāi)啟，滿(mǎn)足除塵工藝要求。在電爐加料、兌鐵階段，四孔和狗屋煙道閥門(mén)關(guān)閉，屋頂罩閥門(mén)開(kāi)啟，煙氣通過(guò)屋頂罩捕集；冶煉階段，屋頂罩閥門(mén)關(guān)閉，四孔煙道和狗屋煙道閥門(mén)開(kāi)啟，煙氣通過(guò)四孔和狗屋除塵系統(tǒng)捕集；出鋼階段，屋頂罩和四孔煙道閥門(mén)關(guān)閉，狗屋閥門(mén)開(kāi)啟，煙氣通過(guò)狗屋除塵系統(tǒng)捕集。

改造前電爐除塵的流程圖見(jiàn)下圖：

圖1 改造前電爐除塵系統(tǒng)流程圖

電爐冶煉原設(shè)計(jì)采用每爐“50%廢鋼+50%鐵水”的配料方式，目前采用全冷料冶煉和“50%廢鋼+50%鐵水”冶煉兩種方式，其中“50%廢鋼+50%鐵水”的冶煉模式約占電爐總生產(chǎn)爐數(shù)的60%。

改造前電爐除塵設(shè)置一套布袋除塵系統(tǒng)，系統(tǒng)處理煙氣量1385000m3/h，包含布袋除塵器、離心風(fēng)機(jī)、高壓變頻電機(jī)及輸灰系統(tǒng)等。改造前布袋除塵系統(tǒng)煙囪的排放濃度為50Nmg/m3，不能滿(mǎn)足最新對(duì)于鋼鐵行業(yè)超低排放的要求[1]。

3 電爐除塵系統(tǒng)改造

電爐冶煉時(shí)產(chǎn)生的有害物質(zhì)主要體現(xiàn)在電爐的加料、冶煉和出鋼三個(gè)階段[2]。受到業(yè)主生產(chǎn)組織的限制，本次改造不改造第四孔排煙的水冷管道及機(jī)力冷卻器設(shè)施，主要針對(duì)電爐狗屋排煙罩和電爐屋頂除塵進(jìn)行改造。

3.1 電爐屋頂罩改造

現(xiàn)有電爐屋頂除塵罩為典型的熱源上空接受式排煙罩，電爐煙氣與周?chē)目諝鉁囟却嬖谳^大溫差，通過(guò)對(duì)流散熱將熱量傳給周?chē)諝?，周?chē)諝馐軣嵘仙?，形成熱射流。?duì)熱射流觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，在離熱源表面1～2 倍熱源直徑處，射流發(fā)生收縮，在收縮斷面上流速最大，隨后上升氣流逐步緩慢變大。因此可以將電爐捕集的情況近視看成從一個(gè)假想點(diǎn)源逐步擴(kuò)散的過(guò)程[3]。排煙罩與熱源的距離，排煙罩的面積以及排風(fēng)量，對(duì)于電爐屋頂除塵罩的排煙效果有決定性的影響。

圖2 電爐屋頂除塵罩

Q- 熱源的對(duì)流散熱量 kJ/s

α- 對(duì)流換熱系數(shù) J/（m2·S·℃）

△t- 熱源點(diǎn)溫度與周?chē)臏囟炔睢?，兌鐵水工況時(shí)，溫差可取330℃

B- 熱源點(diǎn)的直徑m，電爐直徑～7.4m

H- 熱源點(diǎn)與屋頂罩的距離m，取25m

表1 新增電爐除塵系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)表

根據(jù)上述公式和參數(shù)，計(jì)算得到熱射流的流量LZ=302m3/s=1087200m3/h

那么屋頂罩的排風(fēng)量L=LZ+V'×F' （5）

其中F'- 罩口的擴(kuò)大面積，等于罩口面積減去熱射流的面積

V'- 擴(kuò)大面積上的風(fēng)速，取0.5m/s

熱射直徑DZ=0.36×H+B=0.36×25+7.4=16.4m （6）

本項(xiàng)目罩口實(shí)際面積=24m×18m，滿(mǎn)足煙氣捕集的要求

F'=24×18-π/4×（16.4）2=220.8m2

計(jì)算得到屋頂罩的排風(fēng)量 L=302+220.8 ×0.5=412.4m3/s=1484640m3/h

根據(jù)理論分析及計(jì)算，本次對(duì)電爐屋頂除塵主要的改造措施有：

（1）現(xiàn)有電爐屋頂罩為尖頂結(jié)構(gòu)，儲(chǔ)存煙氣的容積有限，不利于存儲(chǔ)瞬間散發(fā)的大量煙氣，在維持罩口面積不變的前提下，將尖頂結(jié)構(gòu)改造為平頂結(jié)構(gòu)，增大儲(chǔ)煙的容積；

（2）現(xiàn)有電爐除塵屋頂?shù)娘L(fēng)量遠(yuǎn)低于計(jì)算屋頂排煙罩需要的排煙量，需要新增除塵設(shè)施，增大現(xiàn)有屋頂罩的排煙量。

3.2 電爐狗屋除塵點(diǎn)改造

改造前電爐狗屋采用側(cè)吸的方式，在狗屋的東側(cè)和西側(cè)分別布置有除塵口及除塵管道。經(jīng)過(guò)項(xiàng)目實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)考察，電爐冶煉過(guò)程中，尤其是吹氧工況下，大量的高濃度、高熱壓的煙氣直接沖擊到電爐狗屋頂部，側(cè)面布置的吸塵口無(wú)法捕集，大量煙氣逸散到狗屋之外，給車(chē)間環(huán)境及行車(chē)的運(yùn)行均帶來(lái)較大不利影響。

本次改造將電爐狗屋的抽塵口布置到電爐狗屋頂部移動(dòng)大門(mén)處，活動(dòng)除塵罩可以隨著電爐狗屋大門(mén)活動(dòng)，當(dāng)狗屋大門(mén)關(guān)閉時(shí)，除塵罩口與除塵管道接口對(duì)接，用于捕集和輸送狗屋內(nèi)的含塵煙氣。有研究表明，電爐狗屋除塵罩改到頂部之后，煙氣在水平方向的擴(kuò)散明顯降低，廠(chǎng)房縱向的煙氣溫度隨高度的增加衰減加快，捕集效率得到明顯提高[4]。

3.3 新增電爐除塵設(shè)施

經(jīng)過(guò)分析計(jì)算，改造前電爐除塵系統(tǒng)處理煙氣量不能滿(mǎn)足電爐除塵的要求，需要新增一套布袋除塵設(shè)施，新增布袋除塵設(shè)施主要參數(shù)見(jiàn)表。

經(jīng)過(guò)上述改造之后，電爐除塵效果良好，不僅減少了電爐廠(chǎng)房煙氣外逸對(duì)主廠(chǎng)房外環(huán)境污染，改善了車(chē)間內(nèi)崗位環(huán)境，也減少了企業(yè)由于環(huán)保問(wèn)題的停產(chǎn)時(shí)間，產(chǎn)生了很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

4.1電爐屋頂捕集罩的風(fēng)量，要在電爐兌鐵水最不利工況下，結(jié)合廠(chǎng)房的布置結(jié)合理論計(jì)算確定，罩口的尺寸，必須大于罩口高度熱射流的尺寸。

4.2電爐屋頂罩的設(shè)計(jì)要采用大容積的方式，保證足夠的容煙量。

4.3電爐狗屋的抽塵口，宜以布置在狗屋頂部為主，狗屋側(cè)面為輔，主要除塵風(fēng)量應(yīng)分配到頂部抽塵口。