摘要:天津鋼管100 t 電爐除塵項目為適應電爐的操作及提高煙氣捕集率，減少除塵系統(tǒng)煙氣量，采用第四孔捕集一次煙氣，電爐跨屋頂罩捕集二次煙氣的組合方式，間接水冷，間接風冷，混風降溫的干法除塵，效果顯著。針對此工程，分析除塵系統(tǒng)在設計、施工、運行中需要注意的關鍵技術，并對除塵工藝的發(fā)展作了前瞻性的探討。

關鍵詞:電爐除塵,工程,屋頂罩,調(diào)速

1 概述

天津鋼管第二煉鋼廠節(jié)能環(huán)保改造100 t電爐項目采用意大利tenova 電爐技術，由意大利tenevol 提供電爐煙氣基本信息，中鋼設計院負責煉鋼工藝設計，中國京冶工程技術有限公司完成整個電爐的除塵系統(tǒng)設計。電爐除塵系統(tǒng)包括電爐一次、二次煙氣處置，采用了電爐爐蓋第四孔彎管脫開式直排與屋頂煙罩相結合的除塵工藝［1］。電爐第四孔捕集一次煙氣，煙氣捕集效率高，并減輕了電極把持器等設備的燒烤。而熔煉時從電極孔、加料孔和爐門等不嚴密處外逸于爐外的二次煙氣以及電爐在加料、出鋼、兌鐵水時產(chǎn)生的二次煙氣因其具有的突發(fā)性、排放無組織性、易受干擾性，只能憑借屋頂排煙罩來解決。一次、二次煙氣在除塵器前混合降溫，經(jīng)除塵器凈化處理后由主風機經(jīng)煙囪排入大氣。該項目自2009 年5 月投產(chǎn)以來，運行正常，廠房內(nèi)換風及時，除塵效果好，達到預定的設計技術要求。由于電爐除塵工藝已是一種比較成熟的技術，本文著重分析100 t電爐除塵系統(tǒng)在設計、施工、運行中值得注意的關鍵技術。

2 100 t 電爐除塵工藝

2. 1 設計工藝參數(shù)

設計工藝參數(shù)見表1。

2. 2 除塵工藝流程

電爐煙氣除塵系統(tǒng)采用第四孔直接排煙( 電爐一次排煙)、屋頂罩排煙( 電爐二次排煙) 相結合的煙氣捕集方式，間接水冷、間接風冷、混風冷卻的組合煙氣冷卻方式，濾袋過濾干式除塵，負壓操作。其工藝流程見圖1。

2. 3 主要除塵設備參數(shù)

2. 3. 1 布袋除塵器LFDM0875 － 24

數(shù)量:1 臺; 處理煙氣溫度: < 120 ℃; 形式: 外濾、脈沖在線清灰; 過濾面積: 20 000 m2 ; 煙氣量: 1 300 000 m3 / h;濾袋材質(zhì):覆膜滌綸針刺氈。

2. 3. 2 風機及其配套設備

風機及配套設備見表2。

2. 3. 3 機力風冷器

數(shù)量:1 臺;熱交換面積:1 200 m2 ; 軸流風機數(shù)量:6 臺;軸流風機功率:37 kW;消聲器:6 臺;隔熱閥數(shù)量:6 臺;大傾角刮板機:2 臺。

2. 3. 4 火花捕集器

直徑: 2 220 mm。

2. 3. 5 排管式水冷煙道

直徑: 2 400 mm。

2. 3. 6 方型排管式水冷燃燒室

規(guī)格:6 420 mm × 7 630 mm;高度:9 670 mm。

2. 3. 7 橢圓水冷移動彎煙道

規(guī)格:1 500 mm × 3 400 mm;角度:90°。

2. 4 電爐除塵自動控制系統(tǒng)

除塵控制系統(tǒng)由1 個中央PLC 主機架帶2 個從站組成。中央機架PLC 設備采用西門子S7 － 400，從站帶2 個461 擴展機架。下位PLC 編程采用西門子 Step7 V5. 4 SP3 軟件，上位操作畫面采用WINCC6. 2 亞洲版軟件。上位與下位的通訊接口采用TCP / IP 協(xié)議。

設備的操作方式均為機旁( 手動) 操作和遠程 ( 自動) 控制。當設備被選擇機旁手動方操作時，不與其他設備進行聯(lián)鎖;當設備被選擇遠程聯(lián)動方式下控制時，1) 可以遠程單體控制設備，2) 可以根據(jù)實際工況進行工藝連鎖控制設備。正常運轉時一般采用工藝連鎖控制方式。

在上位畫面上，可反映相關設備的運行狀態(tài)及各系統(tǒng)點儀表參數(shù)，并可遠程控制設備運行狀態(tài)。故障發(fā)生時，畫面有報警顯示并可隨時查詢故障記錄。

3 100 t 電爐除塵系統(tǒng)采用的關鍵技術

3. 1 屋頂罩的設計

電爐上方煙氣捕集罩方案的選定，主要是根據(jù)現(xiàn)場易操作性、排煙快捷性、車間內(nèi)部換氣性等原則，摒棄“狗窩”與“象宮”的密閉罩形式［1］，采用主、輔屋頂罩與車間整體密封搭配的煙氣捕集方式。主屋頂罩的設計按高斯虛擬點源法與建筑實際相結合的方式來確定罩口面積與罩口距熱源的高度，捕集罩錐體壁板傾角以45° ～ 60°［2］為宜。而在實際設計中，為降低屋頂罩高度，減輕罩體本身重量，一般捕集罩錐體壁板傾角以45°為上限。

該電爐主屋頂罩罩口尺寸為30 m × 27 m，高 12. 047 m，覆蓋煉鋼跨;而相同排風量的原二煉鋼電爐主屋頂罩罩口尺寸為30 m × 24 m，高6. 3 m。從各自在電爐加料和出鋼期，瞬間產(chǎn)生的大量含塵熱氣流煙塵被同等風量捕集的情況看，該項目主屋頂罩的捕集效果要遠遠優(yōu)于原二煉鋼主屋頂罩的捕集效果，車間內(nèi)的二次煙氣滯留時間明顯縮短，外逸幾率有較大幅度的降低，達到了良好的捕集效果。

該項目電爐輔屋頂罩罩口尺寸為30 m × 7. 5 m，高10. 143 m;而相同排風量的原二煉鋼電爐輔屋頂罩罩口尺寸為30 m × 8 m，高3. 2 m。由于二者輔屋頂罩經(jīng)常處于關閉狀態(tài)，只是起到在主屋頂罩不能開啟的情況下，輔助通風換氣的作用，故二者相差不大。

3. 2 四孔彎管與旋轉彎頭間的環(huán)縫寬度

四孔彎管與旋轉彎頭間的環(huán)縫寬度大小，決定了旋轉彎頭吸入車間空氣量的多少，對水冷燃燒室高溫煙氣溫度與燃燒效率有直接的關系。對于該項目 100 t電爐四孔彎管與旋轉彎頭間的環(huán)縫寬度，根據(jù)計算與經(jīng)驗值，設計選取80 mm。但考慮到旋轉彎頭出現(xiàn)障礙，不能運轉，進而影響到電爐爐蓋的旋轉，為此，在施工調(diào)試中，將環(huán)縫寬度調(diào)整為四孔彎管與旋轉彎頭間的法蘭大小，避免影響電爐的正常運行。

3. 3 液耦與變頻之比較

在電爐除塵工程中，對于風機調(diào)速節(jié)能和改善風機的起動性能，一般采用液力耦合器或變頻調(diào)速的方式來實現(xiàn)。在該項目100 t電爐除塵系統(tǒng)的設計選型中，對這兩種調(diào)速方式進行了對比。

3. 3. 1 對比方案

對比方案見表3。

3. 3. 2 二者投資額度比較

變頻器及配套變頻電機單臺套總投資約300 萬元;而相應的液力耦合器與配套電機單臺套約在100 萬元，為變頻器及變頻電機的1 /3。

3. 3. 3 單臺變頻器節(jié)能計算

在工況未定的情況下，只計算電機額定功率與變頻最低轉數(shù)時的功率在1 h 內(nèi)的比較。假設電價0. 6 元/ ( kW·h)。

ni / ne = 15 /50

ne = 960 r /min

ni = 288 r /min

ni / ne = (Ni /Ne) ^(1 /3)

288 /960 = (Ni /2374. 2) ^(1 /3)

Ni = 64. 1034 kW

Ni /0. 9 /0. 96 = 74. 2 kW

故節(jié)省電費

0. 6 × (2 374. 2 － 74. 2) = 1 380元/ h

3. 3. 4 單臺液耦節(jié)能計算

現(xiàn)有電機額定功率為2 500 kW;

根據(jù)調(diào)試時，液耦勺管0 位時，電機電流為41A，可得:

P = squr(3) × U × I × cos ￠= 1. 732 × 10 × 41 × 0. 901 = 640 kW

故節(jié)省電費:

0. 6 × (2 500 － 640) = 1 116 元/ h

通過以上對比分析，考慮到電爐只有在出鋼后至開始裝料期間，風機才有調(diào)至最低速的必要，一般情況下，風機均在轉速60% 以上運行，原二煉鋼采用的是液力耦合器的調(diào)速方式，若該項目采用相同型號的調(diào)速方式，可減少備件，提高效率，便于設備維護。故從經(jīng)濟性、維護性、操作性上綜合考慮，最終選用了液力耦合器調(diào)速。

3. 4 科學管理的重要性

科學合理的管理模式是電爐除塵系統(tǒng)能正常運行的保障，在平時工作中，應指定機械、電氣專業(yè)各1 人巡視、維護、管理，并定期清灰。每項操作都要記錄在案。而缺少管理，隨意起停風機的現(xiàn)象將可能導致電機等設備的損害。如某鋼廠剛建成投入使用的除塵設備，因現(xiàn)場操作人員對設備不熟悉，在無人監(jiān)管的情況下，頻繁起動風機而致使電機燒毀，從而影響了電爐生產(chǎn)，造成了嚴重的經(jīng)濟損失。

4 結論

天津鋼管集團股份有限公司二煉鋼節(jié)能環(huán)保改造項目100 t電爐除塵系統(tǒng)采用了傳統(tǒng)的、成熟的除塵技術，并對生產(chǎn)節(jié)能與技術前瞻性做了一定的探討。同時，設備在選型時，著重于系統(tǒng)的長期運行穩(wěn)定，如風機壓頭的選定，在調(diào)試至運行初期，風機實際壓頭小于風機額定壓頭，但從國內(nèi)各種風機運行1 年后，系統(tǒng)壓頭增大，風機效率降低的情況來看，該工程中風機壓頭有利于系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。另外，隨著發(fā)達國家對電爐煉鋼時產(chǎn)生二惡英等有毒氣體處理的重視［2］，將改進這種傳統(tǒng)的、成熟的電爐除塵工藝。

參考文獻

［1］ 王永忠，宋七棣. 電爐煉鋼除塵［M］. 北京: 冶金工業(yè)出版社，2003.

［2］ 冶金工業(yè)部建設協(xié)調(diào)司，中國冶金建設協(xié)會. 鋼鐵企業(yè)采暖通風設計手冊［M］. 北京:冶金工業(yè)出版社，1996:237-246.

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