天津钢管100 t 电炉除尘工程
摘要:天津钢管100 t 电炉除尘项目为适应电炉的操作及提高烟气捕集率，减少除尘系统烟气量，采用第四孔捕集一次烟气，电炉跨屋顶罩捕集二次烟气的组合方式，间接水冷，间接风冷，混风降温的干法除尘，效果显著。针对此工程，分析除尘系统在设计、施工、运行中需要注意的关键技术，并对除尘工艺的发展作了前瞻性的探讨。
关键词:电炉除尘,工程,屋顶罩,调速
1 概述
天津钢管第二炼钢厂节能环保改造100 t电炉项目采用意大利tenova 电炉技术，由意大利tenevol 提供电炉烟气基本信息，中钢设计院负责炼钢工艺设计，中国京冶工程技术有限公司完成整个电炉的除尘系统设计。电炉除尘系统包括电炉一次、二次烟气处置，采用了电炉炉盖第四孔弯管脱开式直排与屋顶烟罩相结合的除尘工艺［1］。电炉第四孔捕集一次烟气，烟气捕集效率高，并减轻了电极把持器等设备的烧烤。而熔炼时从电极孔、加料孔和炉门等不严密处外逸于炉外的二次烟气以及电炉在加料、出钢、兑铁水时产生的二次烟气因其具有的突发性、排放无组织性、易受干扰性，只能凭借屋顶排烟罩来解决。一次、二次烟气在除尘器前混合降温，经除尘器净化处理后由主风机经烟囱排入大气。该项目自2009 年5 月投产以来，运行正常，厂房内换风及时，除尘效果好，达到预定的设计技术要求。由于电炉除尘工艺已是一种比较成熟的技术，本文着重分析100 t电炉除尘系统在设计、施工、运行中值得注意的关键技术。
2 100 t 电炉除尘工艺
2. 1 设计工艺参数
设计工艺参数见表1。
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2. 2 除尘工艺流程
电炉烟气除尘系统采用第四孔直接排烟( 电炉一次排烟)、屋顶罩排烟( 电炉二次排烟) 相结合的烟气捕集方式，间接水冷、间接风冷、混风冷却的组合烟气冷却方式，滤袋过滤干式除尘，负压操作。其工艺流程见图1。
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2. 3 主要除尘设备参数
2. 3. 1 布袋除尘器LFDM0875 － 24
数量:1 台; 处理烟气温度: < 120 ℃; 形式: 外滤、脉冲在线清灰; 过滤面积: 20 000 m2 ; 烟气量: 1 300 000 m3 / h;滤袋材质:覆膜涤纶针刺毡。
2. 3. 2 风机及其配套设备
风机及配套设备见表2。
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2. 3. 3 机力风冷器
数量:1 台;热交换面积:1 200 m2 ; 轴流风机数量:6 台;轴流风机功率:37 kW;消声器:6 台;隔热阀数量:6 台;大倾角刮板机:2 台。
2. 3. 4 火花捕集器
直径: 2 220 mm。
2. 3. 5 排管式水冷烟道
直径: 2 400 mm。
2. 3. 6 方型排管式水冷燃烧室
规格:6 420 mm × 7 630 mm;高度:9 670 mm。
2. 3. 7 椭圆水冷移动弯烟道
规格:1 500 mm × 3 400 mm;角度:90°。
2. 4 电炉除尘自动控制系统
除尘控制系统由1 个中央PLC 主机架带2 个从站组成。中央机架PLC 设备采用西门子S7 － 400，从站带2 个461 扩展机架。下位PLC 编程采用西门子 Step7 V5. 4 SP3 软件，上位操作画面采用WINCC6. 2 亚洲版软件。上位与下位的通讯接口采用TCP / IP 协议。
设备的操作方式均为机旁( 手动) 操作和远程 ( 自动) 控制。当设备被选择机旁手动方操作时，不与其他设备进行联锁;当设备被选择远程联动方式下控制时，1) 可以远程单体控制设备，2) 可以根据实际工况进行工艺连锁控制设备。正常运转时一般采用工艺连锁控制方式。
在上位画面上，可反映相关设备的运行状态及各系统点仪表参数，并可远程控制设备运行状态。故障发生时，画面有报警显示并可随时查询故障记录。
3 100 t 电炉除尘系统采用的关键技术
3. 1 屋顶罩的设计
电炉上方烟气捕集罩方案的选定，主要是根据现场易操作性、排烟快捷性、车间内部换气性等原则，摒弃“狗窝”与“象宫”的密闭罩形式［1］，采用主、辅屋顶罩与车间整体密封搭配的烟气捕集方式。主屋顶罩的设计按高斯虚拟点源法与建筑实际相结合的方式来确定罩口面积与罩口距热源的高度，捕集罩锥体壁板倾角以45° ～ 60°［2］为宜。而在实际设计中，为降低屋顶罩高度，减轻罩体本身重量，一般捕集罩锥体壁板倾角以45°为上限。
该电炉主屋顶罩罩口尺寸为30 m × 27 m，高 12. 047 m，覆盖炼钢跨;而相同排风量的原二炼钢电炉主屋顶罩罩口尺寸为30 m × 24 m，高6. 3 m。从各自在电炉加料和出钢期，瞬间产生的大量含尘热气流烟尘被同等风量捕集的情况看，该项目主屋顶罩的捕集效果要远远优于原二炼钢主屋顶罩的捕集效果，车间内的二次烟气滞留时间明显缩短，外逸几率有较大幅度的降低，达到了良好的捕集效果。
该项目电炉辅屋顶罩罩口尺寸为30 m × 7. 5 m，高10. 143 m;而相同排风量的原二炼钢电炉辅屋顶罩罩口尺寸为30 m × 8 m，高3. 2 m。由于二者辅屋顶罩经常处于关闭状态，只是起到在主屋顶罩不能开启的情况下，辅助通风换气的作用，故二者相差不大。
3. 2 四孔弯管与旋转弯头间的环缝宽度
四孔弯管与旋转弯头间的环缝宽度大小，决定了旋转弯头吸入车间空气量的多少，对水冷燃烧室高温烟气温度与燃烧效率有直接的关系。对于该项目 100 t电炉四孔弯管与旋转弯头间的环缝宽度，根据计算与经验值，设计选取80 mm。但考虑到旋转弯头出现障碍，不能运转，进而影响到电炉炉盖的旋转，为此，在施工调试中，将环缝宽度调整为四孔弯管与旋转弯头间的法兰大小，避免影响电炉的正常运行。
3. 3 液耦与变频之比较
在电炉除尘工程中，对于风机调速节能和改善风机的起动性能，一般采用液力耦合器或变频调速的方式来实现。在该项目100 t电炉除尘系统的设计选型中，对这两种调速方式进行了对比。
3. 3. 1 对比方案
对比方案见表3。
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3. 3. 2 二者投资额度比较
变频器及配套变频电机单台套总投资约300 万元;而相应的液力耦合器与配套电机单台套约在100 万元，为变频器及变频电机的1 /3。
3. 3. 3 单台变频器节能计算
在工况未定的情况下，只计算电机额定功率与变频最低转数时的功率在1 h 内的比较。假设电价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
故节省电费
0. 6 × (2 374. 2 － 74. 2) = 1 380元/ h
3. 3. 4 单台液耦节能计算
现有电机额定功率为2 500 kW;
根据调试时，液耦勺管0 位时，电机电流为41A，可得:
P = squr(3) × U × I × cos ￠= 1. 732 × 10 × 41 × 0. 901 = 640 kW
故节省电费:
0. 6 × (2 500 － 640) = 1 116 元/ h
通过以上对比分析，考虑到电炉只有在出钢后至开始装料期间，风机才有调至最低速的必要，一般情况下，风机均在转速60% 以上运行，原二炼钢采用的是液力耦合器的调速方式，若该项目采用相同型号的调速方式，可减少备件，提高效率，便于设备维护。故从经济性、维护性、操作性上综合考虑，最终选用了液力耦合器调速。
3. 4 科学管理的重要性
科学合理的管理模式是电炉除尘系统能正常运行的保障，在平时工作中，应指定机械、电气专业各1 人巡视、维护、管理，并定期清灰。每项操作都要记录在案。而缺少管理，随意起停风机的现象将可能导致电机等设备的损害。如某钢厂刚建成投入使用的除尘设备，因现场操作人员对设备不熟悉，在无人监管的情况下，频繁起动风机而致使电机烧毁，从而影响了电炉生产，造成了严重的经济损失。
4 结论
天津钢管集团股份有限公司二炼钢节能环保改造项目100 t电炉除尘系统采用了传统的、成熟的除尘技术，并对生产节能与技术前瞻性做了一定的探讨。同时，设备在选型时，着重于系统的长期运行稳定，如风机压头的选定，在调试至运行初期，风机实际压头小于风机额定压头，但从国内各种风机运行1 年后，系统压头增大，风机效率降低的情况来看，该工程中风机压头有利于系统的长期稳定运行。另外，随着发达国家对电炉炼钢时产生二恶英等有毒气体处理的重视［2］，将改进这种传统的、成熟的电炉除尘工艺。
参考文献
［1］ 王永忠，宋七棣. 电炉炼钢除尘［M］. 北京: 冶金工业出版社，2003.
［2］ 冶金工业部建设协调司，中国冶金建设协会. 钢铁企业采暖通风设计手册［M］. 北京:冶金工业出版社，1996:237-246.
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