某钢厂30T电炉采用气幕加屋顶罩排烟除尘系统的设计方案
来源：泊头市鹏鹤环保机械有限公司 阅读：2988 更新时间：2009-09-04 11:09电弧炉在炼钢过程中，不断有烟尘从电极孔、炉盖圈及炉门、出钢槽等处排到空气中，严重地污染了车间和厂房周围的环境。现有很多种除尘方式，但其捕集效果均不够理想。本文根据电炉排烟特点，提出在电炉顶周圈设向上喷吹的空气幕与屋顶排烟罩相结合的排烟方式。该系统捕集效率高。可达95％，与单独设置屋顶排烟罩相比可节省风量30％以上，是一种高效节能的除尘系统。
一、现有除尘系统存在的问题
电弧炉在炼钢过程中不断有烟尘产生，并选出炉外。因炉体在加料、出钢、扒渣时炉体需移动和倾钭，所以整个冶炼过程中，炉体本身是一个多点不固定的烟尘排放的污染源，加之电极需不断升降和更换，因此电炉除尘器系统的设计关键在于烟尘捕集问题，设计出既不影响冶炼工艺、又不防碍操作；捕集效率高的排烟罩。从七十年代开始，实际应用有各种形式的局部排烟罩，如钳形罩、环形罩、上部吸罩及吹罩等，均有一定的捕集效果，但捕集效率不高。八十年代又出现大密闭罩及屋顶罩与内排烟相结合的排烟系统。大密闭罩虽然捕集效率高，因整个电炉包在其中，操作不方便，大罩需经常开合往往罩体受热变形开启不灵活，至使大密闭罩坚持运行的不多。上钢五厂采用屋顶罩与内排烟相结合方式，自投入使用以来一直坚持运行，但屋顶罩排风量较大，当车间有横向气流时，屋顶罩不能有效捕集。故鹏鹤环保公司在“带有空气幕排气罩计算新方法”实验研究取得成果基础上，提出“气幕与屋顶罩结合排烟系统”的设计方案。
二、没计方案简介
1、设计说明
原始设计条件：
Hx2——30T电炉一台，电炉内径4.7m、外壳直径5.0m。高架式安装，安装电炉平台距地面标高6m，炉顶大架距地面标高8.5～9.0m电炉顶屋檐下标高26m。炉内烟气温度1200℃。设计方案如图1
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1、电炉 2、送风空气幕 3、屋顶罩 |
① 在电炉炉盖上方3/4周圈长度(靠变压器室一侧不设)上，设计一个喷口向上的送风气幕，它将电炉的三个电极孔和炉盖圈包围在气幕内，喷嘴周围直径为5.2m喷嘴向内倾斜12°在条缝喷嘴内设一定角度的导流叶片，使喷吹气流呈30～40°角上升。
②在电炉正上方屋顶下檐设一屋顶排烟罩。烟尘经屋顶捕集后输送至布袋除尘器，经风机、排气筒排至大气。屋顶排烟罩设方形或圆形，尺寸6×6m(φ6m)，排气速度1.2m/s(1.5m/s)。可设法兰边，罩的收缩角不大于60。
2、方案分析
①气流组织合理
电炉产生的烟尘约90％从电极孔向上喷出，喷出速度10m/s以上，最高可达20m/s。这部分高温烟气在出口动压和热压作用下垂直向上喷出，随着周围空气混掺，上升速度不断下降，通常局部排风罩靠从四周吸气，将产生烟气排走，因此吸气速度衰减的非常快，故对烟气的捕集效率很低。本设计利用射流，对排出的烟气形成了空气屏障，保持烟气流的上升浮力。又因空气幕是周圈布置，射流卷吸的风量主要来自外侧，内侧很少，造成了强烈的贴附作用，射流向中心偏转，同电炉排出烟气形成同一个射流，这个射流即可有力地抵御了横向气流的干扰，又同时将污染物输送到屋顶排烟罩，并且这个射流达屋顶罩时的尺寸不很大，所以屋顶罩的尺寸不需很大即可有效捕集电炉排出的烟气，根据实验证明捕集效率可达95％
②设计参数可靠
根据本设计条件空气幕出口距屋顶排烟罩距离约15m，且在某一横向气流作用下，空气幕及屋顶罩设计参数的选取，目前国内外没有现成资料可借鉴。
该设计是在“带有空气幕排气罩计算新方法”试验研究取得成果后，设计条件与实验条件相吻合，经过实验得到的第一手资料为设计依据，设计参数可靠。
③节省风量、减少投资、节约电能
目前国内采用屋顶罩卡和内排烟结合的除尘设备系统。对屋顶罩排风量计算方法很多，有日本筱原伦彦计算方法、美国的Hemeon计算方法，加拿大计算方法及和我国供暖通风设计手册计算方法等。几种方法基本思想是将电炉作为热源，它以辐射和对流方式向外散热，电炉上部形成的热气流不断上升断面不断扩大，当上升到屋顶罩高度时。热气流具有一定的半径和上升速度，依此做为屋顶罩的设计依据。这种假设本身与实际情况有很大误差，实际电炉的烟气是炉内反应直接排出的。且上述几种计算方法均未解决当有横向气流干扰时，能有效捕集污染物的问题。其中供暖通风设计手册中计算方法，对横向气流干扰采取加大排气罩面积方法。由于面积加大增加的排风量大的惊人（见表1）。有实验证明，当俳风罩距污染源距离很大时，无论排风量加入多少，捕集效率为零。
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表1 几种不同中方法计算屋顶排风量比较表
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从以上数据可见，采用气幕加屋顶罩设计方案、屋顶罩排风量最少，致使输送管路的管径、特别是除尘的过滤面积，均可大幅度下降，即节省初投资又可节省电能消耗见表2。
表2 两方案各项数据比较表
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3、结论
上述两种方案分析可见，本方案无论从投资费用和运行费，都具有不可比拟的优点，更重要的是它可保证在横向气流干扰下，仍可有效捕集电炉排出的烟尘。
三、讨论
1、本方案的设计参数是实验数据，实验条件污染源的四周均设有送风气幕、而这里仅设3/4周圈，另一面是利用标高15.5m变室作为挡墙，有挡墙对排气罩的工作是有利的。另外实验数据应用于实际工程肯定有一定的误差，尚须在实践工程中总结和完善。
2、该设计能否应用于实践，不单需解决设计型式和参数问题在气幕布置和安装等方面也是较难处理需根据具体情况设计安装，特别是
若气幕固定在炉顶大架上，气幕风管与固定送风管联接问题是设计难点，本方案采用钭面脱开式，密封性尚须进一步改善。
2、本方案若能采用轻型屋顶电除尘器代替袋式除尘器的话，可取消主机管的投资，并大大减少运行电费，经济效益十分可观，有待进一步深入研究。
