電弧爐精煉爐除塵系統-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”短流程生產工藝，生產技術裝備：一套DP型電爐節能煉鋼成套設備、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，年產鋼20萬噸。擬建一套布袋除塵設備為煉生產線配套，滿足電爐冶煉一、二次煙氣、精煉爐產生的煙氣治理。

2.除塵系統基本要求及流程要求

2.1電爐主要工藝參數

精煉爐的工藝參數

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廠房結構：提供相關尺寸；

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

2.2.6提供除塵位置平面圖

3.除塵工藝參數、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

3.3.1系統設計總風量：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等。

3.4.2所有現場設備均為戶外型,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最終廠房結構進行相應修改，如重量和投標重量有變化價格可做相應調整；

3.4.7控制系統要求采用PLC進行控制（不推薦脈沖控制板），建議采用現場總線硬件配置方式。使用開放式工業監控軟件作為上位機控制平臺。控制系統應當遵循、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、儀表要求為國內品牌產品，主要電器元件采用國內產品,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、清灰系統等均設現場操作箱（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，室內溫度≤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.除塵系統建立與描述

5.1除塵系統電爐煙塵的特征

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生的煙塵，以電爐產生的煙塵嚴重。冶煉時，爐料中碳氧化產生的CO在金屬熔池中緩慢上浮，當這種內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，致使氣泡發生爆裂，氣泡內氣體瞬間產生很大的加速度，隨即夾帶金屬和爐渣的極細微粒散發至爐外，形成帶塵的上升煙氣流；冶煉時電弧區的溫度高達3000～3500℃，吹氧區的溫度可達約3790℃，這就使在2450℃就會蒸發的鐵大量蒸發成褐色煙霧并排放至爐外；同時廢鋼中雜質物在高溫下蒸發，特別是廢鋼質量差時，雜質的蒸發量隨之增加；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生量。據測量，每生產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。電爐煉鋼時產生的有害物污染主要體現在：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的燃燒和金屬物質在電極通電達高溫時的熔化過程，此時產生的是黑褐色煙氣；氧化期強化脫碳，由于吹氧加礦石而產生大量赤褐色濃煙；還原期主要是去除鋼中的氧和硫，調整化學成分而投入碳粉等造渣材料，產生白色和黑色煙氣。

5.1.2電爐煉鋼車間產生的煙塵特點

1、集中固定源：即車間內各工段生產地點固定，生產過程集中，生產節奏較強，便于除塵煙罩的設置和操作控制。

2、煙塵排放量大：車間各生產工段均會產生較大的煙塵，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、連續排放：電爐煉鋼車間24小時不間斷生產。

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量，供電制度，冶煉工藝和氧氣消耗量等。

5.2. 電爐除塵系統

a)電爐爐內排煙（即第4孔排煙）

30噸電爐一次除塵系統采用第四孔排煙獨立的一個除塵煙道系統。而環流屋頂罩外排煙塵為另一個除塵煙道系統。當電爐處于熔化、氧化期時，電爐第四孔排煙系統滿負荷運行；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節野風閥，調節混風比例及動態壓差，確保設備的安全可靠運行

b) 電爐除塵系統水冷煙管及水冷沉降室

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

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：20g鋼，執行標準GB3087-1999。扁鋼、角鋼等輔助用材材質均為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

電爐二次除塵系統的捕集罩、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構和氣流分布充分利用了框架結構。

電爐二次除塵系統除塵器總體結構方案

a) 捕集部分

捕集罩是整個除塵系統成敗的關鍵之一，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缺點，關鍵是結合電爐設備的現場條件揚長避短。

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

b)系統部分

●系統工藝特征

系統工藝主要特征表現為低阻、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，適當調節混風比，使煙氣溫度控制在500C一700C的中溫范圍，使除塵器長期、穩定、可靠地運行在既不燒袋，又不結露的狀態，通過選用高效強清灰類除塵器及較低的系統阻力使風機二作在高效區，體現出小電機、大風量的優勢，降低系統能耗。

●系統工藝流程

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，經排煙管道進入脈沖除塵器，凈化后的氣體再經引風機的負壓作用，從排氣筒排入大氣。當系統遇突發高溫煙氣，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。

●系統工藝參數的確定

工藝路線確定以后，系統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燒濾袋，使系列失敗，環保不達標。

●處理風量

根據項目指揮部提供的電爐治煉工藝參數。

根據理論計算進行復核確定Q0 /。

根據捕集罩的經驗公式進行修正，確定罩形系數f1。

根據系統工藝要求，確定混風空氣量Q1。

通過導流罩結構確定混風修正系數K1。

通過計算罩口風速和換氣次數，校核并確定補償系數K2。

處理風量Q=f1k2(Q`0+K1Q1)

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

●系統阻損

根據低阻、低溫、高效、大流量工藝，優化管網設計，除低系統阻損。采用流速控制法，確定系統管道經濟流速為14-16m/s。本方案系統阻隔損設計在3500Pa左右。

●系統阻損措施：

1）合理布置管網結構，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構且阻力控制平衡。

5)采用低阻結構的閥門。

6)選擇合適的風機及電機，使之工作在高效區。

7)合面布置風機與排氣筒關系，擴大排氣筒直徑。

本設計在國內屬水平，而國內同類產品系統阻力一般設計在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產品低30%以上。

●野風閥

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

●“高阻癥”及其對除塵系統的影響

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，直至系統癱瘓。

●高阻癥的技術因素

產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，系統處理風量波動范圍大，捕集效果不穩定，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泄漏及短路環的存在，無法形成清灰時濾袋內外必需的氣流狀態變化；

⑶清灰氣源質量，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）工藝結構不合理

⑴由于工藝結構不合理，導致ζ值升高，除塵器結構阻力增加。

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，必須對除塵系統進行優化設計。其中，除塵器是最關鍵之一。本方案抗結露強清灰低壓脈沖袋式除塵器。(詳見第五章節)

5.2. LF精煉爐除塵系統

LF精煉爐爐蓋罩排煙用一套除塵系統設計流量：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構。

5.2. 2：半密閉集煙罩有如下特點:

1) 移動罩內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（視現場情況定），軌道分別固定在兩根軌道梁上；

3) 根據精煉爐的工作特點，固定罩一般設計在水冷電纜側，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，實現集中吸煙，煙氣捕集效果好；

6) 密閉罩頂部抗變形結構設計以防止在長期高溫輻射下變形，同時罩體爐上方內壁及其它高溫區內襯硅酸鋁耐火纖維氈，再用鋼板網及扁鋼壓緊，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，速度適中（～12m/min），事故率低，操作方便、安全。