电弧炉精炼炉除尘系统-袋除尘器

1.项目概述

炼钢工程拟采用“废钢预热—超高功率电炉—钢水炉外精练—方坯连铸”短流程生产工艺，生产技术装备：一套DP型电炉节能炼钢成套设备、一台30t超高功率交流电炉、一台40吨LF精炼炉和一台R6米2流连铸机，年产钢20万吨。拟建一套布袋除尘设备为炼生产线配套，满足电炉冶炼一、二次烟气、精炼炉产生的烟气治理。

2.除尘系统基本要求及流程要求

2.1电炉主要工艺参数

精炼炉的工艺参数

2.2其他条件

2.2.1供电：高压10kV，提供到机旁；低压380/220V，提供到控制柜上端；

2.2.2冷却水：压力0.4~0.5Mpa，进回水管路提供到机旁；

2.2.3压缩空气气：压力≥0.6 Mpa，进气管路提供到机旁；

2.2.4厂房结构：提供相关尺寸；

2.2.5地质条件：按地下无不易拆除的障碍物，地基承载力按130Kpa，所有建（构）筑物基础暂按常规设计，待取得正式地堪报告后再作调整；

2.2.6提供除尘位置平面图

3.除尘工艺参数、流程及基本要求

3．1基本要求

3.1.1本次除尘招标投标单位可按给定工艺流程进行设计，也可根据自身技术特点进行设计。

3.1.2除尘效果，必须达到岗位粉尘浓度＜10mg/Nm3，排放粉尘浓度＜50mg/Nm3。

3.1.3第四孔供货范围以沉降室出口为界。

3.1.4除尘风机噪声＜80dB(A)。

3.1.5除尘器进口温度：≤110℃。

3.1.6除尘器过滤风速≤1.25m/min。

3.1.7屋顶罩尺寸约为：10m×10 m×9m（深度）。

3.1.8四孔烟道公称直径按ф1800mm左右设计。

3.1.9精炼烟罩设计。

3.2工艺流程

3.2.1一次烟气路线：电炉--→废钢辅助上料（预热）烟道--→弯头--→沉降室--→水冷套管烟道--→混风室--→除尘器--→主风机--→烟囱排出

二次烟气路线：屋顶罩--→烟道--→混风室--→除尘器--→主风机--→烟囱排出

3.2.2精炼烟气路线：烟罩排烟--→屋顶烟道 --→混风室--→除尘器--→主风机--→烟囱排出

3.3工艺参数

3.3.1系统设计总风量：70×104 m³/h(60℃时)；

3.3.2第四孔设计风量：8×104 Nm³/h；

3.3.3精炼炉设计风量：3×104 Nm³/h；

3.3.4主风机：1台，双吸双支撑,全压5000Pa， 风量70×104 m³/h(60℃)；电机根据风机能力匹配。

3.4工艺设备及构件配置

3.4.1主要设备和构件组成：烟道、混风室、除尘器、主风机、烟囱、屋顶罩、控制阀、电气控制及仪表系统等。

3.4.2所有现场设备均为户外型,电机防护等级IP54;

3.4.3风机均采用液力耦合器控制；

3.4.4风机、电机、液耦冷却水进水管路要求安装流量计（数显）和压力表，回水管路安装压力表；总管及各支管进回水管路安装手动球阀；

3.4.5电炉周围不设导流罩；

3.4.6屋顶罩长宽具体尺寸根据最终厂房结构进行相应修改，如重量和投标重量有变化价格可做相应调整；

3.4.7控制系统要求采用PLC进行控制（不推荐脉冲控制板），建议采用现场总线硬件配置方式。使用开放式工业监控软件作为上位机控制平台。控制系统应当遵循、实用、简捷、美观的原则。

3.4.8 PLC选用S7-300,编程软件选用STEP5.1版，监控软件选用WINCC6.0版，I/O点提供15%的富余量；

3.4.9流量计采用光华爱尔美特，压力变送器选用川仪EJA，电压表、电流表采用长江斯菲尔,其它检测元件、仪表要求为国内品牌产品，主要电器元件采用国内产品,电控柜采用MNS或GCS型；

3.4.10控制方式为自动/手动控制，风机、刮板机、清灰系统等均设现场操作箱（防护等级IP65）；

3.4.11所由设备和构件均要求做防腐处理（底漆、面漆）；

3.4.12清灰方式：离线清灰；

3.4.12操作室配置空调，室内温度≤26℃。

4.技术指标

4.1烟气排放浓度：<50mg/Nm³

4.2岗位粉尘浓度<10mg/Nm³

4.3除尘风机噪音<85dB(A)

5.除尘系统建立与描述

5.1除尘系统电炉烟尘的特征

5.1．1电炉烟尘的特征

电炉炼钢工艺流程，炼钢车间主要粉尘污染源分布在散装料的上料和投料工段、电炉、钢包精炼炉和扒渣机等工段。

电炉、精炼炉等各尘源点产生的烟尘，以电炉产生的烟尘严重。冶炼时，炉料中碳氧化产生的CO在金属熔池中缓慢上浮，当这种内压力较大的气泡上浮到金属与渣层或金属与炉气的界面时，由于外压力突然下降，致使气泡发生爆裂，气泡内气体瞬间产生很大的加速度，随即夹带金属和炉渣的极细微粒散发至炉外，形成带尘的上升烟气流；冶炼时电弧区的温度高达3000～3500℃，吹氧区的温度可达约3790℃，这就使在2450℃就会蒸发的铁大量蒸发成褐色烟雾并排放至炉外；同时废钢中杂质物在高温下蒸发，特别是废钢质量差时，杂质的蒸发量随之增加；另外，电炉冶炼助熔技术广泛应用、热装铁水等都不同程度上增加的电炉烟气的发生量。据测量，每生产1 吨钢排放出的烟尘量一般大于10Kg。由于冶炼钢种、原料及工艺的不同，电炉所产生的烟气组成及粉尘成份均不相同，颗粒组成亦不同。无论是哪一种成因，排出炉外的烟气均造成了对环境的污染，对人体的危害。

电炉主要是通过用废钢、铁合金和部分渣料进行配料冶炼，根据不同的钢种要求，可以接受高碳铬铁水和脱磷铁水，然后熔制出碳钢和不锈钢钢水连铸用。电炉炼钢时产生的有害物污染主要体现在：电炉的加料、冶炼和出钢这三个阶段。

电炉冶炼一般分为熔化期、氧化期和还原期，熔化期主要是炉料中的油脂类可燃物质的燃烧和金属物质在电极通电达高温时的熔化过程，此时产生的是黑褐色烟气；氧化期强化脱碳，由于吹氧加矿石而产生大量赤褐色浓烟；还原期主要是去除钢中的氧和硫，调整化学成分而投入碳粉等造渣材料，产生白色和黑色烟气。

5.1.2电炉炼钢车间产生的烟尘特点

1、集中固定源：即车间内各工段生产地点固定，生产过程集中，生产节奏较强，便于除尘烟罩的设置和操作控制。

2、烟尘排放量大：车间各生产工段均会产生较大的烟尘，特别是电炉炼钢时的废钢加料和电炉的氧化期阶段，烟尘排放量很大。

3、连续排放：电炉炼钢车间24小时不间断生产。

4、粉尘细而黏：电炉炉口排出的粉尘粒径相当小，粒径小于10μm的粉尘在80%以上。废钢中含有油脂类以及炼钢时所采用的含油烧嘴等都将是炼钢产生的粉尘黏性较大而不易除去。

5、的烟气温度：从电炉炉口排出的含尘烟气，温度高达1200~1600℃，需要对高温烟气进行强制冷却方法。

6、烟气中含有煤气：从电炉第4孔排出的烟气中含有少量的煤气，为保证除尘系统的安全可靠运行，一般设置燃烧室等装置，保证燃烧室出口烟气中的煤气含量低于2% 。

电炉烟尘形成原因多、粒度细、含尘浓度大、烟气量大和温度高。影响它们的主要因素是炉料组成和质量，供电制度，冶炼工艺和氧气消耗量等。

5.2. 电炉除尘系统

a)电炉炉内排烟（即第4孔排烟）

30吨电炉一次除尘系统采用第四孔排烟独立的一个除尘烟道系统。而环流屋顶罩外排烟尘为另一个除尘烟道系统。当电炉处于熔化、氧化期时，电炉第四孔排烟系统满负荷运行；在此过程中电炉中的绝大部分烟尘被第四孔排出，从电炉废钢集烟罩抽出的高温烟气经水冷烟道进一步冷却后进入水冷沉降室，去除了炉气中绝大部分的大颗粒烟尘后冷却到180℃以下再进入混风室后即直接进入除尘器进行处理。

为了保证烟气在进入混风室前的温度低于180℃，，必须保证第四孔抽出的高温烟气经水冷烟道、水冷沉降室冷却后排出时的烟气温度≤180℃；第二，在烟尘管道进入除尘器前安装电动调节野风阀，调节混风比例及动态压差，确保设备的安全可靠运行

b) 电炉除尘系统水冷烟管及水冷沉降室

本水冷管件用于电炉除尘系统，水冷管件包括系统的设计、设备的供货、安装调试及竣工验收。

电炉炉盖第4孔出来的1400~1000℃高温一次烟气通过水冷滑套，在水冷滑套接口处混入部分野风，再经过一段水冷烟道的引导后进入水冷沉降室，再进入二次水冷烟道烟气温度降至180℃以下，进入混风室汇总后进入除尘器净化后达标排放。

所有水冷件使用热轧底中压锅炉钢管Φ89x8 mm制造，材质：20g钢，执行标准GB3087-1999。扁钢、角钢等辅助用材材质均为20#钢。水冷件供水压力0.3～0.6MPa,要求水冷件耐压1.6MPa.

各段水冷件除包括必要的检修平台、支架和托价以外，还应予设温度和压力等仪表检测孔。

5.3. 电炉二次除尘系统

电炉二次除尘系统的捕集罩、进风方式、气流分布、风量分配是决定本工程是否成功的关键所在。本文提出安全合理的进风、气流分布方式，直进直出的进风方式。该方案所形成的袋式除尘器结构和气流分布充分利用了框架结构。

电炉二次除尘系统除尘器总体结构方案

a) 捕集部分

捕集罩是整个除尘系统成败的关键之一，在电炉烟尘治理上，由于捕集罩不合理而导致失败的例子枚不胜举。我们认为每一种捕集形式都有其优缺点，关键是结合电炉设备的现场条件扬长避短。

就80吨电炉二次除尘系统此处采用导流罩+环流屋顶罩较合理，拟设计10m×10 m×9m（深度）。

b)系统部分

●系统工艺特征

系统工艺主要特征表现为低阻、低温、高效、大流量。其目的在于：在相同设备，较低能耗的条件下，获得尽可能多的处理风量，提高捕集率：在保证捕集效果相同的处理风量下，适当调节混风比，使烟气温度控制在500C一700C的中温范围，使除尘器长期、稳定、可靠地运行在既不烧袋，又不结露的状态，通过选用高效强清灰类除尘器及较低的系统阻力使风机二作在高效区，体现出小电机、大风量的优势，降低系统能耗。

●系统工艺流程

电炉在冶炼过程中，其高温烟气在热抬升的作用和捕集罩的约束下被捕集，经排烟管道进入脉冲除尘器，净化后的气体再经引风机的负压作用，从排气筒排入大气。当系统遇突发高温烟气，自动开启野风阀混入适量冷风，以确保进入除尘器的烟气温度<700C。

●系统工艺参数的确定

工艺路线确定以后，系统风量的确定至关重要，风量偏高或偏低均将导致严重后果：偏高则既增加工程造价又增加运行费用；偏低则将影响捕集效果和出现烧滤袋，使系列失败，环保不达标。

●处理风量

根据项目指挥部提供的电炉治炼工艺参数。

根据理论计算进行复核确定Q0 /。

根据捕集罩的经验公式进行修正，确定罩形系数f1。

根据系统工艺要求，确定混风空气量Q1。

通过导流罩结构确定混风修正系数K1。

通过计算罩口风速和换气次数，校核并确定补偿系数K2。

处理风量Q=f1k2(Q`0+K1Q1)

本方案暂定30t电炉除尘系统处理风量为70×104m3/h，风机型号4-84 NO22F，电机型号：Y6301-6（6KV）电机功率1600kw，1台。

●系统阻损

根据低阻、低温、高效、大流量工艺，优化管网设计，除低系统阻损。采用流速控制法，确定系统管道经济流速为14-16m/s。本方案系统阻隔损设计在3500Pa左右。

●系统阻损措施：

1）合理布置管网结构，控制弯头、变径等管件的ζ值，尽量减少弯头及管道突变等产生的局部阻力：

2)合理布置管道与捕集罩排风口，除尘器进出口及风机的相对位置，降低系统阻力。

3)选择合适的管道截面形状。

4)采用低阻值的除尘器及结构且阻力控制平衡。

5)采用低阻结构的阀门。

6)选择合适的风机及电机，使之工作在高效区。

7)合面布置风机与排气筒关系，扩大排气筒直径。

本设计在国内属水平，而国内同类产品系统阻力一般设计在5000-6000Pa左右，由N=ηQ△P可知，在保证相同处理风量的情况下，本方案的除尘能耗要比国内产品低30%以上。

●野风阀

本系统管路中捕集罩与除尘器之间设置一只野风阀，使突发高温烟气，超越报警，自动打开混风，防止突发性高温烟气烧毁滤袋。

●“高阻症”及其对除尘系统的影响

这里将除尘器实际运行阻力远远高于设计阻力定义为“高阻症”。

除尘系统中的除尘器若存在“高阻症”，将导致风机工作点偏移，输出流量（系统处理风量）除低，最终导致捕集效果恶化，严重时风机喘振，直至系统瘫痪。

●高阻症的技术因素

产生高阻症的原因是多种多样的，不能简单的认为是除尘器机理问题，更不能因此而否定某一种类除尘器。仅就袋式除尘器技术而方，引起“高阻症”的原因是主要有以下几方面。

1)清灰工况——高陡阻力曲线

由于清灰工艺编排不合理，除尘器净化周期时间很长，致使除尘器阻力上升至3000Pa，甚至更高。清灰后，阻力跌至正常值。这样，BW除尘器阻力——时间曲线呈大锯齿波变化，其特点是高陡。因而，系统处理风量波动范围大，捕集效果不稳定，时好时坏。

2）清灰机构、机理不合理：

⑴在线清灰及二次吸附，影响清灰效果；

⑵泄漏及短路环的存在，无法形成清灰时滤袋内外必需的气流状态变化；

⑶清灰气源质量，尤其是反吹气源与烟气温差大或喷吹用压缩空气油水分离不时，易造成滤袋结露，影响清灰效果。

3）所选择的滤料与烟气特性不匹配

4）工艺结构不合理

⑴由于工艺结构不合理，导致ζ值升高，除尘器结构阻力增加。

⑵清灰气源贮气室、清洁室和过滤室的容积比不合理，影响清灰效果。

●高阻症的解决办法（见图1）

图1 高阻症的解决办法

综上所述，欲达到所预期的效果，必须对除尘系统进行优化设计。其中，除尘器是最关键之一。本方案抗结露强清灰低压脉冲袋式除尘器。(详见第五章节)

5.2. LF精炼炉除尘系统

LF精炼炉炉盖罩排烟用一套除尘系统设计流量：3×104 Nm³/h

5.2. 1： LF精炼炉用半密闭型罩

半密闭罩外排烟，这是在精炼炉或小型电炉上成功使用的集烟罩型式。

半密闭集烟罩是已运行成功的改良型半密闭集烟罩，该集烟罩的移动部分（移动罩）布置在炉体上方，根据炉子布置形式可设计成与气流流线相配的大弧度拱形或门形结构。

5.2. 2：半密闭集烟罩有如下特点:

1) 移动罩内顶面满足电极升至位置的空间尺寸；

2) 精炼移动罩一般采用两根轨道在同一平面，罩体设计成门形密闭式（视现场情况定），轨道分别固定在两根轨道梁上；

3) 根据精炼炉的工作特点，固定罩一般设计在水冷电缆侧，罩体设置便于冶炼的正常工艺操作和设备检修；

4) 固定罩与移动罩之间锯齿形的迷宫密封，密封效果好，不漏烟；

5) 固定的排烟口的设计，离炉中心较近，实现集中吸烟，烟气捕集效果好；

6) 密闭罩顶部抗变形结构设计以防止在长期高温辐射下变形，同时罩体炉上方内壁及其它高温区内衬硅酸铝耐火纤维毡，再用钢板网及扁钢压紧，延长罩体的使用寿命。

7) 移动罩左右车梁各设一套主动轮一套从动轮，罩体行走平稳，速度适中（～12m/min），事故率低，操作方便、安全。