電弧爐精煉爐除塵系統(tǒng)-袋除塵器

1.項目概述

煉鋼工程擬采用“廢鋼預熱—超高功率電爐—鋼水爐外精練—方坯連鑄”短流程生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)技術裝備：一套DP型電爐節(jié)能煉鋼成套設備、一臺30t超高功率交流電爐、一臺40噸LF精煉爐和一臺R6米2流連鑄機，年產(chǎn)鋼20萬噸。擬建一套布袋除塵設備為煉生產(chǎn)線配套，滿足電爐冶煉一、二次煙氣、精煉爐產(chǎn)生的煙氣治理。

2.除塵系統(tǒng)基本要求及流程要求

2.1電爐主要工藝參數(shù)

精煉爐的工藝參數(shù)

2.2其他條件

2.2.1供電：高壓10kV，提供到機旁；低壓380/220V，提供到控制柜上端；

2.2.2冷卻水：壓力0.4~0.5Mpa，進回水管路提供到機旁；

2.2.3壓縮空氣氣：壓力≥0.6 Mpa，進氣管路提供到機旁；

2.2.4廠房結(jié)構：提供相關尺寸；

2.2.5地質(zhì)條件：按地下無不易拆除的障礙物，地基承載力按130Kpa，所有建（構）筑物基礎暫按常規(guī)設計，待取得正式地堪報告后再作調(diào)整；

2.2.6提供除塵位置平面圖

3.除塵工藝參數(shù)、流程及基本要求

3．1基本要求

3.1.1本次除塵招標投標單位可按給定工藝流程進行設計，也可根據(jù)自身技術特點進行設計。

3.1.2除塵效果，必須達到崗位粉塵濃度＜10mg/Nm3，排放粉塵濃度＜50mg/Nm3。

3.1.3第四孔供貨范圍以沉降室出口為界。

3.1.4除塵風機噪聲＜80dB(A)。

3.1.5除塵器進口溫度：≤110℃。

3.1.6除塵器過濾風速≤1.25m/min。

3.1.7屋頂罩尺寸約為：10m×10 m×9m（深度）。

3.1.8四孔煙道公稱直徑按ф1800mm左右設計。

3.1.9精煉煙罩設計。

3.2工藝流程

3.2.1一次煙氣路線：電爐--→廢鋼輔助上料（預熱）煙道--→彎頭--→沉降室--→水冷套管煙道--→混風室--→除塵器--→主風機--→煙囪排出

二次煙氣路線：屋頂罩--→煙道--→混風室--→除塵器--→主風機--→煙囪排出

3.2.2精煉煙氣路線：煙罩排煙--→屋頂煙道 --→混風室--→除塵器--→主風機--→煙囪排出

3.3工藝參數(shù)

3.3.1系統(tǒng)設計總風量：70×104 m3/h(60℃時)；

3.3.2第四孔設計風量：8×104 Nm3/h；

3.3.3精煉爐設計風量：3×104 Nm3/h；

3.3.4主風機：1臺，雙吸雙支撐,全壓5000Pa， 風量70×104 m3/h(60℃)；電機根據(jù)風機能力匹配。

3.4工藝設備及構件配置

3.4.1主要設備和構件組成：煙道、混風室、除塵器、主風機、煙囪、屋頂罩、控制閥、電氣控制及儀表系統(tǒng)等。

3.4.2所有現(xiàn)場設備均為戶外型,電機防護等級IP54;

3.4.3風機均采用液力耦合器控制；

3.4.4風機、電機、液耦冷卻水進水管路要求安裝流量計（數(shù)顯）和壓力表，回水管路安裝壓力表；總管及各支管進回水管路安裝手動球閥；

3.4.5電爐周圍不設導流罩；

3.4.6屋頂罩長寬具體尺寸根據(jù)最終廠房結(jié)構進行相應修改，如重量和投標重量有變化價格可做相應調(diào)整；

3.4.7控制系統(tǒng)要求采用PLC進行控制（不推薦脈沖控制板），建議采用現(xiàn)場總線硬件配置方式。使用開放式工業(yè)監(jiān)控軟件作為上位機控制平臺。控制系統(tǒng)應當遵循、實用、簡捷、美觀的原則。

3.4.8 PLC選用S7-300,編程軟件選用STEP5.1版，監(jiān)控軟件選用WINCC6.0版，I/O點提供15%的富余量；

3.4.9流量計采用光華愛爾美特，壓力變送器選用川儀EJA，電壓表、電流表采用長江斯菲爾,其它檢測元件、儀表要求為國內(nèi)品牌產(chǎn)品，主要電器元件采用國內(nèi)產(chǎn)品,電控柜采用MNS或GCS型；

3.4.10控制方式為自動/手動控制，風機、刮板機、清灰系統(tǒng)等均設現(xiàn)場操作箱（防護等級IP65）；

3.4.11所由設備和構件均要求做防腐處理（底漆、面漆）；

3.4.12清灰方式：離線清灰；

3.4.12操作室配置空調(diào)，室內(nèi)溫度≤26℃。

4.技術指標

4.1煙氣排放濃度：<50mg/Nm3

4.2崗位粉塵濃度<10mg/Nm3

4.3除塵風機噪音<85dB(A)

5.除塵系統(tǒng)建立與描述

5.1除塵系統(tǒng)電爐煙塵的特征

5.1．1電爐煙塵的特征

電爐煉鋼工藝流程，煉鋼車間主要粉塵污染源分布在散裝料的上料和投料工段、電爐、鋼包精煉爐和扒渣機等工段。

電爐、精煉爐等各塵源點產(chǎn)生的煙塵，以電爐產(chǎn)生的煙塵嚴重。冶煉時，爐料中碳氧化產(chǎn)生的CO在金屬熔池中緩慢上浮，當這種內(nèi)壓力較大的氣泡上浮到金屬與渣層或金屬與爐氣的界面時，由于外壓力突然下降，致使氣泡發(fā)生爆裂，氣泡內(nèi)氣體瞬間產(chǎn)生很大的加速度，隨即夾帶金屬和爐渣的極細微粒散發(fā)至爐外，形成帶塵的上升煙氣流；冶煉時電弧區(qū)的溫度高達3000～3500℃，吹氧區(qū)的溫度可達約3790℃，這就使在2450℃就會蒸發(fā)的鐵大量蒸發(fā)成褐色煙霧并排放至爐外；同時廢鋼中雜質(zhì)物在高溫下蒸發(fā)，特別是廢鋼質(zhì)量差時，雜質(zhì)的蒸發(fā)量隨之增加；另外，電爐冶煉助熔技術廣泛應用、熱裝鐵水等都不同程度上增加的電爐煙氣的發(fā)生量。據(jù)測量，每生產(chǎn)1 噸鋼排放出的煙塵量一般大于10Kg。由于冶煉鋼種、原料及工藝的不同，電爐所產(chǎn)生的煙氣組成及粉塵成份均不相同，顆粒組成亦不同。無論是哪一種成因，排出爐外的煙氣均造成了對環(huán)境的污染，對人體的危害。

電爐主要是通過用廢鋼、鐵合金和部分渣料進行配料冶煉，根據(jù)不同的鋼種要求，可以接受高碳鉻鐵水和脫磷鐵水，然后熔制出碳鋼和不銹鋼鋼水連鑄用。電爐煉鋼時產(chǎn)生的有害物污染主要體現(xiàn)在：電爐的加料、冶煉和出鋼這三個階段。

電爐冶煉一般分為熔化期、氧化期和還原期，熔化期主要是爐料中的油脂類可燃物質(zhì)的燃燒和金屬物質(zhì)在電極通電達高溫時的熔化過程，此時產(chǎn)生的是黑褐色煙氣；氧化期強化脫碳，由于吹氧加礦石而產(chǎn)生大量赤褐色濃煙；還原期主要是去除鋼中的氧和硫，調(diào)整化學成分而投入碳粉等造渣材料，產(chǎn)生白色和黑色煙氣。

5.1.2電爐煉鋼車間產(chǎn)生的煙塵特點

1、集中固定源：即車間內(nèi)各工段生產(chǎn)地點固定，生產(chǎn)過程集中，生產(chǎn)節(jié)奏較強，便于除塵煙罩的設置和操作控制。

2、煙塵排放量大：車間各生產(chǎn)工段均會產(chǎn)生較大的煙塵，特別是電爐煉鋼時的廢鋼加料和電爐的氧化期階段，煙塵排放量很大。

3、連續(xù)排放：電爐煉鋼車間24小時不間斷生產(chǎn)。

4、粉塵細而黏：電爐爐口排出的粉塵粒徑相當小，粒徑小于10μm的粉塵在80%以上。廢鋼中含有油脂類以及煉鋼時所采用的含油燒嘴等都將是煉鋼產(chǎn)生的粉塵黏性較大而不易除去。

5、的煙氣溫度：從電爐爐口排出的含塵煙氣，溫度高達1200~1600℃，需要對高溫煙氣進行強制冷卻方法。

6、煙氣中含有煤氣：從電爐第4孔排出的煙氣中含有少量的煤氣，為保證除塵系統(tǒng)的安全可靠運行，一般設置燃燒室等裝置，保證燃燒室出口煙氣中的煤氣含量低于2% 。

電爐煙塵形成原因多、粒度細、含塵濃度大、煙氣量大和溫度高。影響它們的主要因素是爐料組成和質(zhì)量，供電制度，冶煉工藝和氧氣消耗量等。

5.2. 電爐除塵系統(tǒng)

a)電爐爐內(nèi)排煙（即第4孔排煙）

30噸電爐一次除塵系統(tǒng)采用第四孔排煙獨立的一個除塵煙道系統(tǒng)。而環(huán)流屋頂罩外排煙塵為另一個除塵煙道系統(tǒng)。當電爐處于熔化、氧化期時，電爐第四孔排煙系統(tǒng)滿負荷運行；在此過程中電爐中的絕大部分煙塵被第四孔排出，從電爐廢鋼集煙罩抽出的高溫煙氣經(jīng)水冷煙道進一步冷卻后進入水冷沉降室，去除了爐氣中絕大部分的大顆粒煙塵后冷卻到180℃以下再進入混風室后即直接進入除塵器進行處理。

為了保證煙氣在進入混風室前的溫度低于180℃，，必須保證第四孔抽出的高溫煙氣經(jīng)水冷煙道、水冷沉降室冷卻后排出時的煙氣溫度≤180℃；第二，在煙塵管道進入除塵器前安裝電動調(diào)節(jié)野風閥，調(diào)節(jié)混風比例及動態(tài)壓差，確保設備的安全可靠運行

b) 電爐除塵系統(tǒng)水冷煙管及水冷沉降室

本水冷管件用于電爐除塵系統(tǒng)，水冷管件包括系統(tǒng)的設計、設備的供貨、安裝調(diào)試及竣工驗收。

電爐爐蓋第4孔出來的1400~1000℃高溫一次煙氣通過水冷滑套，在水冷滑套接口處混入部分野風，再經(jīng)過一段水冷煙道的引導后進入水冷沉降室，再進入二次水冷煙道煙氣溫度降至180℃以下，進入混風室匯總后進入除塵器凈化后達標排放。

所有水冷件使用熱軋底中壓鍋爐鋼管Φ89x8 mm制造，材質(zhì)：20g鋼，執(zhí)行標準GB3087-1999。扁鋼、角鋼等輔助用材材質(zhì)均為20#鋼。水冷件供水壓力0.3～0.6MPa,要求水冷件耐壓1.6MPa.

各段水冷件除包括必要的檢修平臺、支架和托價以外，還應予設溫度和壓力等儀表檢測孔。

5.3. 電爐二次除塵系統(tǒng)

電爐二次除塵系統(tǒng)的捕集罩、進風方式、氣流分布、風量分配是決定本工程是否成功的關鍵所在。本文提出安全合理的進風、氣流分布方式，直進直出的進風方式。該方案所形成的袋式除塵器結(jié)構和氣流分布充分利用了框架結(jié)構。

電爐二次除塵系統(tǒng)除塵器總體結(jié)構方案

a) 捕集部分

捕集罩是整個除塵系統(tǒng)成敗的關鍵之一，在電爐煙塵治理上，由于捕集罩不合理而導致失敗的例子枚不勝舉。我們認為每一種捕集形式都有其優(yōu)缺點，關鍵是結(jié)合電爐設備的現(xiàn)場條件揚長避短。

就80噸電爐二次除塵系統(tǒng)此處采用導流罩+環(huán)流屋頂罩較合理，擬設計10m×10 m×9m（深度）。

b)系統(tǒng)部分

●系統(tǒng)工藝特征

系統(tǒng)工藝主要特征表現(xiàn)為低阻、低溫、高效、大流量。其目的在于：在相同設備，較低能耗的條件下，獲得盡可能多的處理風量，提高捕集率：在保證捕集效果相同的處理風量下，適當調(diào)節(jié)混風比，使煙氣溫度控制在500C一700C的中溫范圍，使除塵器長期、穩(wěn)定、可靠地運行在既不燒袋，又不結(jié)露的狀態(tài)，通過選用高效強清灰類除塵器及較低的系統(tǒng)阻力使風機二作在高效區(qū)，體現(xiàn)出小電機、大風量的優(yōu)勢，降低系統(tǒng)能耗。

●系統(tǒng)工藝流程

電爐在冶煉過程中，其高溫煙氣在熱抬升的作用和捕集罩的約束下被捕集，經(jīng)排煙管道進入脈沖除塵器，凈化后的氣體再經(jīng)引風機的負壓作用，從排氣筒排入大氣。當系統(tǒng)遇突發(fā)高溫煙氣，自動開啟野風閥混入適量冷風，以確保進入除塵器的煙氣溫度<700C。

●系統(tǒng)工藝參數(shù)的確定

工藝路線確定以后，系統(tǒng)風量的確定至關重要，風量偏高或偏低均將導致嚴重后果：偏高則既增加工程造價又增加運行費用；偏低則將影響捕集效果和出現(xiàn)燒濾袋，使系列失敗，環(huán)保不達標。

●處理風量

根據(jù)項目指揮部提供的電爐治煉工藝參數(shù)。

根據(jù)理論計算進行復核確定Q0 /。

根據(jù)捕集罩的經(jīng)驗公式進行修正，確定罩形系數(shù)f1。

根據(jù)系統(tǒng)工藝要求，確定混風空氣量Q1。

通過導流罩結(jié)構確定混風修正系數(shù)K1。

通過計算罩口風速和換氣次數(shù)，校核并確定補償系數(shù)K2。

處理風量Q=f1k2(Q`0+K1Q1)

本方案暫定30t電爐除塵系統(tǒng)處理風量為70×104m3/h，風機型號4-84 NO22F，電機型號：Y6301-6（6KV）電機功率1600kw，1臺。

●系統(tǒng)阻損

根據(jù)低阻、低溫、高效、大流量工藝，優(yōu)化管網(wǎng)設計，除低系統(tǒng)阻損。采用流速控制法，確定系統(tǒng)管道經(jīng)濟流速為14-16m/s。本方案系統(tǒng)阻隔損設計在3500Pa左右。

●系統(tǒng)阻損措施：

1）合理布置管網(wǎng)結(jié)構，控制彎頭、變徑等管件的ζ值，盡量減少彎頭及管道突變等產(chǎn)生的局部阻力：

2)合理布置管道與捕集罩排風口，除塵器進出口及風機的相對位置，降低系統(tǒng)阻力。

3)選擇合適的管道截面形狀。

4)采用低阻值的除塵器及結(jié)構且阻力控制平衡。

5)采用低阻結(jié)構的閥門。

6)選擇合適的風機及電機，使之工作在高效區(qū)。

7)合面布置風機與排氣筒關系，擴大排氣筒直徑。

本設計在國內(nèi)屬水平，而國內(nèi)同類產(chǎn)品系統(tǒng)阻力一般設計在5000-6000Pa左右，由N=ηQ△P可知，在保證相同處理風量的情況下，本方案的除塵能耗要比國內(nèi)產(chǎn)品低30%以上。

●野風閥

本系統(tǒng)管路中捕集罩與除塵器之間設置一只野風閥，使突發(fā)高溫煙氣，超越報警，自動打開混風，防止突發(fā)性高溫煙氣燒毀濾袋。

●“高阻癥”及其對除塵系統(tǒng)的影響

這里將除塵器實際運行阻力遠遠高于設計阻力定義為“高阻癥”。

除塵系統(tǒng)中的除塵器若存在“高阻癥”，將導致風機工作點偏移，輸出流量（系統(tǒng)處理風量）除低，最終導致捕集效果惡化，嚴重時風機喘振，直至系統(tǒng)癱瘓。

●高阻癥的技術因素

產(chǎn)生高阻癥的原因是多種多樣的，不能簡單的認為是除塵器機理問題，更不能因此而否定某一種類除塵器。僅就袋式除塵器技術而方，引起“高阻癥”的原因是主要有以下幾方面。

1)清灰工況——高陡阻力曲線

由于清灰工藝編排不合理，除塵器凈化周期時間很長，致使除塵器阻力上升至3000Pa，甚至更高。清灰后，阻力跌至正常值。這樣，BW除塵器阻力——時間曲線呈大鋸齒波變化，其特點是高陡。因而，系統(tǒng)處理風量波動范圍大，捕集效果不穩(wěn)定，時好時壞。

2）清灰機構、機理不合理：

⑴在線清灰及二次吸附，影響清灰效果；

⑵泄漏及短路環(huán)的存在，無法形成清灰時濾袋內(nèi)外必需的氣流狀態(tài)變化；

⑶清灰氣源質(zhì)量，尤其是反吹氣源與煙氣溫差大或噴吹用壓縮空氣油水分離不時，易造成濾袋結(jié)露，影響清灰效果。

3）所選擇的濾料與煙氣特性不匹配

4）工藝結(jié)構不合理

⑴由于工藝結(jié)構不合理，導致ζ值升高，除塵器結(jié)構阻力增加。

⑵清灰氣源貯氣室、清潔室和過濾室的容積比不合理，影響清灰效果。

●高阻癥的解決辦法（見圖1）

圖1 高阻癥的解決辦法

綜上所述，欲達到所預期的效果，必須對除塵系統(tǒng)進行優(yōu)化設計。其中，除塵器是最關鍵之一。本方案抗結(jié)露強清灰低壓脈沖袋式除塵器。(詳見第五章節(jié))

5.2. LF精煉爐除塵系統(tǒng)

LF精煉爐爐蓋罩排煙用一套除塵系統(tǒng)設計流量：3×104 Nm3/h

5.2. 1： LF精煉爐用半密閉型罩

半密閉罩外排煙，這是在精煉爐或小型電爐上成功使用的集煙罩型式。

半密閉集煙罩是已運行成功的改良型半密閉集煙罩，該集煙罩的移動部分（移動罩）布置在爐體上方，根據(jù)爐子布置形式可設計成與氣流流線相配的大弧度拱形或門形結(jié)構。

5.2. 2：半密閉集煙罩有如下特點:

1) 移動罩內(nèi)頂面滿足電極升至位置的空間尺寸；

2) 精煉移動罩一般采用兩根軌道在同一平面，罩體設計成門形密閉式（視現(xiàn)場情況定），軌道分別固定在兩根軌道梁上；

3) 根據(jù)精煉爐的工作特點，固定罩一般設計在水冷電纜側(cè)，罩體設置便于冶煉的正常工藝操作和設備檢修；

4) 固定罩與移動罩之間鋸齒形的迷宮密封，密封效果好，不漏煙；

5) 固定的排煙口的設計，離爐中心較近，實現(xiàn)集中吸煙，煙氣捕集效果好；

6) 密閉罩頂部抗變形結(jié)構設計以防止在長期高溫輻射下變形，同時罩體爐上方內(nèi)壁及其它高溫區(qū)內(nèi)襯硅酸鋁耐火纖維氈，再用鋼板網(wǎng)及扁鋼壓緊，延長罩體的使用壽命。

7) 移動罩左右車梁各設一套主動輪一套從動輪，罩體行走平穩(wěn)，速度適中（～12m/min），事故率低，操作方便、安全。