摘要:針對硅鐵電爐煙氣除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的有關(guān)技術(shù)問題進(jìn)行了探討,提出了工程設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮的各種因素及其有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的選取,以供工程設(shè)計(jì)者參考。

關(guān)鍵詞:電爐煙氣　除塵　設(shè)計(jì)

1　前言

八十年代以來,國內(nèi)新建了一批6000kVA～16500kVA硅鐵電爐。均采用半封閉式煙罩,設(shè)置干法布袋除塵器凈化裝置。其煙氣凈化系統(tǒng)見圖1。本文就工程設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮的各種因素進(jìn)行探討。

2　排煙罩的設(shè)計(jì)

電爐煙氣捕集效果的好壞在一定程度上取決于煙罩的結(jié)構(gòu)形式。硅鐵電爐采用半封閉式矮煙罩代替高煙罩,以減少排煙量,防止

爐內(nèi)煙氣外逸,可改善工人操作環(huán)境。此種煙罩的排煙量約為理論爐氣量的50~60倍,一般設(shè)計(jì)成六角形罩,根據(jù)工藝需要采用水冷骨架整體結(jié)構(gòu),便于設(shè)備檢修,在襯有耐火材料的六角形罩六個(gè)側(cè)面中的三個(gè)側(cè)面裝設(shè)加料門,加料門在一般情況下不開啟,只是在加料或搗爐操作時(shí)開啟一個(gè)側(cè)面,以減少野風(fēng)進(jìn)入。

采用矮煙罩比高煙罩的排煙量少50%,煙氣溫度約400℃~700℃,當(dāng)罩內(nèi)煙氣溫度大于500℃時(shí),煙罩的材質(zhì)應(yīng)為耐熱鋼,特別是煙罩側(cè)面中的加料門結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要防止變形,開啟靈活,并提高其密封性。

3　放散煙囪的設(shè)計(jì)

3.1　煙氣呈放散狀態(tài)下的最佳排煙溫度選擇半封閉電爐的煙氣呈放散狀態(tài)下的最佳排煙溫度(不同于煙氣凈化系統(tǒng)投入運(yùn)行的排煙溫度)應(yīng)當(dāng)選取400℃為宜,此煙氣溫度下的電爐料面溫度是最佳的,此溫度既保證了充分利用煙氣的物理熱來加熱物料,也利于電極焙燒,又防止了硅石破碎而惡化爐料透氣性的現(xiàn)象發(fā)生。

3.2　最佳煙溫下放散煙氣量的確定

當(dāng)還原劑的配比為50%焦炭、50%煤時(shí),煙氣溫度為400℃,正常條件的排煙量為每t產(chǎn)品60000Nm3,刺火條件的排煙量為每t產(chǎn)品120000Nm3。

3.3　煙氣通過放散煙囪的氣速選取

設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)按刺火條件下的煙氣量作為計(jì)算依據(jù),其氣速一般先取7~13m/s,同時(shí)以正常煙氣量進(jìn)行核算,經(jīng)綜合比較來確定其放散煙囪的通徑。

3.4　煙氣通過煙囪的溫度降

當(dāng)煙氣溫度400℃~500℃時(shí),煙氣通過煙囪的每米溫度降,金屬襯磚煙囪一般為2~2.5℃,金屬煙囪為3~4℃。

3.5　煙囪擴(kuò)張式出口的設(shè)計(jì)

為了減小煙氣排入大氣時(shí)的出口動壓損失,應(yīng)減小排出口的速度。煙囪出口氣速以不小于4m/s為宜,一般將煙囪出口設(shè)計(jì)成擴(kuò)張式的,以提高煙囪的抽力。

3.6　放散煙囪的閥門

放散煙囪閥門的設(shè)計(jì),要求操作靈活,密封性好,適于多塵條件。當(dāng)煙氣凈化系統(tǒng)中的袋式除塵器進(jìn)口煙溫過高時(shí),煙囪閥門自

動開啟,放散煙氣。

4　煙氣管道的設(shè)計(jì)

4.1　排煙管道的煙氣流速

合理選取管道中的煙氣流速是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要因素,流速過低,造成管道內(nèi)積灰,堵塞管道,流速過高,阻力增加,磨損管壁,嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)漏風(fēng),影響捕集效果。管道的流速范圍一般選取為16~26m/s。低速為正常條件,高速為刺火條件。

4.2　管道的伸縮節(jié)

伸縮節(jié)應(yīng)設(shè)計(jì)成柔性的結(jié)構(gòu),使管道熱變形時(shí)引起的推力最小,以簡化支架設(shè)計(jì)。

4.3　煙氣管道材質(zhì)的選擇

對于通過550℃煙氣的金屬管道選材,宜選用低合金高強(qiáng)度鋼,輸送低于250℃煙氣的管道選材可用低碳鋼或鍋爐鋼板。

4.4　管道清灰裝置

當(dāng)水平管道過長時(shí),應(yīng)考慮管道清灰裝置在管道附近有壓縮空氣氣源時(shí),可采用在水平管道末端設(shè)置噴吹管清除管內(nèi)的積灰。

5　煙氣冷卻器的選擇及設(shè)計(jì)

5.1　冷卻器的選擇

半封閉電爐和敞口電爐通常采用袋式除塵器凈化。按過濾材質(zhì)的要求,過濾前必須將煙氣冷卻,為了把煙氣溫度降低到250℃以下,需要借助冷卻器來冷卻煙氣溫度。

近年來,國內(nèi)一般采用空氣冷卻的U型管式冷卻方式來冷卻電爐煙氣,如西北鐵合金廠12500kVA的硅鐵電爐采用了U型管式冷卻器降溫。

5.2　U型管式空氣冷卻器的設(shè)計(jì)

U型管式空氣冷卻器是以高溫?zé)煔馀c冷空氣通過自然輻射進(jìn)行熱交換,使煙氣達(dá)到降溫的一種冷卻裝置。該冷卻器制作簡單,操作維護(hù)方便,但耗費(fèi)鋼材較多。

(1)管式空氣冷卻器的排數(shù)根據(jù)煙氣在管內(nèi)的流速來決定;冷卻管內(nèi)煙氣的平均流速一般選取范圍是20~26m/s。集合管內(nèi)煙氣流速一般選取10~20m/s,低速為正常條件;高速為刺火條件;

(2)空氣冷卻器每根管的長度根據(jù)傳熱系數(shù)所決定的傳熱面積來確定;

(3)空氣冷卻器的高度由結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性確定;最佳高度以不高于17m為宜;

(4)冷卻器的管徑選取范圍一般為500~1100mm,壁厚為5mm;

(5)設(shè)計(jì)空氣冷卻器的關(guān)鍵因素是正確確定其傳熱系數(shù),由于影響傳熱系數(shù)的因素很多,如煙氣的溫度、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、管壁的

熱阻、管壁塵垢的熱阻、銹垢的熱阻等,特別是管壁上塵垢和銹垢的熱阻很難正確確定,因此應(yīng)在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上,根據(jù)相似的設(shè)

備加以修正,一般傳熱系數(shù)波動范圍是k=13.92~20.88W/m2·K。

(6)平行并列的冷卻管束應(yīng)將其中若干冷卻管的出口處設(shè)計(jì)帶有兩位切斷閥門的結(jié)構(gòu),其作用是保證在煙氣量變化的情況下,冷

卻管內(nèi)的煙氣流速近于恒定,以防止冷卻管內(nèi)積灰而降低冷卻效果;

(7)平行并列管在冷卻器的進(jìn)出口聯(lián)箱上應(yīng)錯(cuò)列式布置,有利于提高傳熱效率,又便于安裝施焊;

(8)當(dāng)冷卻器處理的煙溫為550℃時(shí),冷卻器應(yīng)設(shè)計(jì)成兩段式的。即高溫段與低溫段。高溫段冷卻管材料宜選用Corten鋼,低溫段冷卻管材料可選用低碳鋼。

6　袋式除塵器的設(shè)計(jì)

根據(jù)硅鐵粉塵輕且細(xì)的特點(diǎn),如果在風(fēng)機(jī)前加一臺預(yù)除塵器把粗顆粒粉塵分離出來,風(fēng)機(jī)磨損問題可以解決。國外對硅鐵電爐煙氣的凈化,一般采用壓入式的袋式除塵器較多,而國內(nèi)采用吸入式的袋式除塵器較多。

6.1　對于大型袋式除塵器的單元濾室的劃分

經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,認(rèn)為單元濾室袋數(shù)一般為140~160條袋子為宜。這樣可使除塵器結(jié)構(gòu)輕巧耗鋼量低,而且又保證了適宜的反吹風(fēng)量,使袋式除塵器在清灰與非清灰氣布比波動較小,穩(wěn)定凈化系統(tǒng)的運(yùn)行,保護(hù)濾袋,延長其使用壽命。

6.2　袋式除塵器的清灰方式

目前在硅鐵電爐煙氣過濾中使用脈沖清灰過濾器的情況越來越多,北京鐵合金廠兩臺6000kVA的硅錳電爐煙氣凈化均采用了大型低壓脈沖清灰除塵器。其特點(diǎn)是:這種負(fù)壓下運(yùn)行的高氣布比脈沖清灰過濾器,過濾面積比大氣反吹布袋除塵器所需要的過濾面積要減少65~75%,占地面積少,投資省。

6.3　濾袋材質(zhì)

袋濾式除塵器的工作特性除與除塵器的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)外,在很大程度上取決于濾布的性質(zhì)。目前國外使用比較普遍的還是玻璃

纖維,允許使用溫度可達(dá)250~280℃,但玻璃纖維強(qiáng)度較低,允許濾速一般不超過0·5m/min,為了提高玻璃纖維的抗折性,一般要進(jìn)行硅油和石墨處理,使用這種處理后的布袋,加上合理的反吹制度,布袋的壽命可達(dá)5~6a之久。

近幾年來,國內(nèi)外開發(fā)了一種新型材料,即在玻璃纖維的基礎(chǔ)體上,在內(nèi)側(cè)覆了一層微孔的聚四氟乙烯薄膜,國內(nèi)已有廠家生產(chǎn)這種微孔薄膜覆合濾料,這是一種理想的過濾材料。它具有聚四氟乙烯所固有的性能,極佳的化學(xué)穩(wěn)定性,表面極其光滑,摩擦系數(shù)低,耐高低溫,耐酸耐堿性好,不會老化,長久耐用,而且這種濾料具有多微孔性,透氣性和憎水性。它具有過濾效率高,運(yùn)行阻力低,過濾速度大,適用范圍廣,運(yùn)行費(fèi)用低,使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。

7　反吹制度

布袋的使用壽命除了取決于布袋材質(zhì)外,反吹制度也有重大影響,對反吹的基本要求是保持除塵布袋在工作轉(zhuǎn)為反吹,或由反吹轉(zhuǎn)為工作時(shí)氣流平穩(wěn),不要使布袋驟漲驟縮,以避免濾袋在狀態(tài)轉(zhuǎn)化時(shí)出現(xiàn)“陣發(fā)性”的變形,為達(dá)到保護(hù)濾袋的目的,挪威�？瞎镜某龎m器設(shè)計(jì)了主風(fēng)閥和反吹閥以外還加了一個(gè)小型充氣閥,即當(dāng)清灰完畢,轉(zhuǎn)入重新工作以前,當(dāng)布袋還處于收縮狀態(tài)時(shí)打開小型充氣閥使袋內(nèi)外壓差為零,然后打開主風(fēng)閥使布袋重新工作,這樣使布袋在縮漲之間有了一個(gè)緩沖的時(shí)間,有利于延長布袋壽命。

8　閥門的設(shè)計(jì)與應(yīng)用問題

負(fù)壓反吹布袋除塵器中的三通換向閥替代了除塵器排風(fēng)管道和反吹管道分別設(shè)有排風(fēng)閥和反吹風(fēng)閥,該閥門內(nèi)設(shè)兩閥板可分別關(guān)閉排風(fēng)口和反吹風(fēng)口。此閥整體密封性好,動作靈活可靠,在同一臺除塵器中閥門可減少一半,也減少了控制點(diǎn),降低了除塵器的成本。

9　主排煙風(fēng)機(jī)控制

大型硅鐵電爐的煙氣凈化系統(tǒng),其主排煙風(fēng)機(jī)的驅(qū)動電機(jī)容量是很大的,因此對主排煙風(fēng)機(jī)的合理控制十分重要。一般對其主排煙風(fēng)機(jī)控制與調(diào)節(jié),可選用液力偶合器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

10　結(jié)束語

技術(shù)上先進(jìn),經(jīng)濟(jì)上合理,操作上可行是鐵合金電爐煙氣凈化設(shè)計(jì)總的要求,設(shè)計(jì)者需妥善處理以下幾種關(guān)系:

(1)提高收煙率與減小系統(tǒng)排煙量;

(2)提高收煙率與電爐操作檢修;

(3)排煙方式與系統(tǒng)安全;

(4)凈化工藝設(shè)計(jì)與廠房結(jié)構(gòu)、車間布置;

(5)凈化工藝設(shè)計(jì)與節(jié)能要求。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”