对中小型电炉除尘的几点认识与探讨.pdf

对中小型电炉除尘的几点认识与探讨 王健旭宋联吉廖方俊田静 德阳市同佳环保科技有限责任公司， 四川 德阳 618000 摘要 对中、 小型电炉除尘系统的设计进行一些探讨， 并为设计出造价低廉、 维护简便、 操作简单、 运行费用节约的电炉 除尘系统提出几点认识与建议。 关键词 中小型电炉除尘;温度控制;简单实用 SEVERAL UNDERSTANDINGS AND DISCUSSION ON DEDUSTING OF MEDIUM AND SMALL- SCALE EAFs Wang JianxuSong LianjiLiao FangjunTian Jing Deyang Tongjia Environmental Technique Co. ，Ltd，Deyang 618000，China AbstractThe design of dedusting systems for medium and small-scale EAFs is explored and several understandings and suggesttions are proposed on how to design the EAF dedusting systems with low cost，simple maintenance ＆ operation and low cost of running. Keywordsdedust of medium and small EAFs;control of temperature;simple and practical 0引言 电炉冶炼是生产钢材的重要方法， 电炉烟气净化 是电炉冶炼中不可缺少的一部分。中、 小型电炉 5 ～ 30 t 在我国电炉冶炼系统中占有相当大的比例， 因此， 做好中小型电炉的烟气净化对提高电炉冶炼水平、 保 护环境和能源利用等都能起到很好的促进作用。 由于中、 小型电炉企业规模有限， 在电炉烟气治 理上存在资金不足、 专业管理人员缺乏等问题。因此 设计出造价低廉、 维护简便、 操作简单、 运行费用节约 的电炉除尘系统对电炉冶炼行业的烟气治理有着非 常重要的现实意义。就此， 结合多年来从事中、 小型 电炉除尘治理的实践经验， 对电炉除尘系统的一些关 键性问题提出认识和探讨。 1电炉烟尘的基本特征及除尘的难点 1. 1电炉炼钢工艺过程 电炉炼钢的主要工艺是 在电炉内熔炼回收废钢 铁， 并通过添加合金元素来调节金属的化学成分。用 于熔炼的能源主要是电力， 也可以直接喷入电炉氧气 和其他矿物燃料来替代和补充电能。 电炉冶炼一般分熔化、 氧化及还原 3 个冶炼期。 在熔化期废钢中的油脂类可燃物质及金属在高温时 的气化， 产生烟气为黑褐色; 在氧化期， 因吹氧、 加矿 将炉内熔化的金属剧烈氧化脱碳， 此时烟气为红褐 色; 在还原期， 将钢水中氧和硫去除， 调整钢水化学成 分， 加入炭粉或硅铁等造渣材料， 烟气呈白色或黑色。 3 个冶炼周期中以氧化期产生的烟气量最大， 含 尘浓度最高， 烟气温度最高， 粉尘粒度最细， 因此冶炼 期的烟气也就成为治理的重点对象。 1. 2电炉烟气烟尘的基本特征［ 1］ 1. 2. 1电炉烟尘的主要技术参数 吨钢产生的烟气量700 ～ 900 m 3 烟气温度1 250 ～ 1 400 ℃ 吨钢产尘量12 ～ 16 kg 1. 2. 2烟气成分 烟气成分波动较大， 受吹氧强度、 吹氧时间， 炉料 种类， 添加料及喷入燃料种类、 数量而变化， 一般氧化 阶段情况下各成分所占体积分数见表 1。 表 1氧化阶段情况下各成分所占体积分数 CO CO2N2O2 1 ～ 1412 ～ 2046 ～ 475 ～ 13 1. 2. 3烟尘成分 烟尘成分的质量分数见表 2。 68 环境工程 2010 年 10 月第 28 卷第 5 期 表 2烟尘成分的质量分数 FeO Fe2O3SiO2 MnO Al2O3 CaOMgOC 27. 616. 97. 83. 92. 322. 18. 510. 8 1. 3电炉除尘难点［ 2］ 由电炉冶炼工艺及烟尘的基本特征可知电炉炼 钢除尘普遍存在以下 3 个难题 1捕集难。电炉烟尘的捕集受电炉生产工艺操 作的限制及电炉冶炼过程不同阶段烟尘变化影响， 使 吸尘罩的形式及外形尺寸限制条件比较苛刻。 2 处理难。电炉烟尘温度高、 附着性强， 采用布 袋除尘器进行处理时， 如果系统设计不合理很容易出 现烧袋及阻力过高的状况。 3 运行效率低。由于系统阻力大， 风机工作在 低效区， 运行费用高。 针对以上 3 个难题， 本着低温， 中阻的设计原则， 进行以下几点探讨。 2除尘器的选择 目前使用最为广泛的除尘器有湿法除尘器、 电除 尘器、 袋式除尘器。针对中、 小型电炉的特点，分别 对各自适应性进行以下分析。 2. 1湿法除尘 湿法除尘具有投资省、 上马快、 运行费用低的特 点， 操作维护简单， 但除尘效率低， 很难实现达标排 放， 而且存在二次水污染问题， 现已基本淘汰。 2. 2电除尘 电收尘器是利用高压电场的作用， 使含尘气体的 粉尘与气体分离。该除尘器对烟气温度的要求很严 格， 过低会导致结露爬电， 过高则会造成粉尘比电阻 增加， 降低收尘效率，极板易受热变形， 影响收尘器 的正常操作。此外一次性投资大也限制了电除尘器 在中、 小型电炉除尘中的应用。 2. 3袋式除尘 袋式除尘器作为过滤式除尘设备的一种， 用于捕 集非粘结性、 非纤维性工业粉尘， 具有除尘效率高且 稳定、 设备造价低、 管理简单、 维修方便等优点， 适宜 收集各种粉尘， 并且能完全满足环保要求的值得信赖 的一种除尘设备。袋式除尘目前在中、 小型电炉除尘 中使用最多， 该方式除尘效率高， 一般在 99 以上， 可长期稳定达标排放， 实现无烟、 无尘、 无气味生产。 3烟尘的收集 3. 1吸尘罩的种类 烟尘的捕集是电炉除尘系统中最为重要的一环， 是否能有效地克服电炉生产工艺操作的限制及电炉 冶炼过程不同阶段烟尘变化影响是选择吸尘罩的关 键。目前普遍采用的吸尘罩有以下几种 3. 1. 1开放式吸尘罩及屋顶吸尘罩 此法是将烟罩悬挂在厂房顶构架上， 距炉顶很 远， 烟尘自炉内自由溢出， 利用热抬升由吸尘罩收集 进入除尘系统。 优点 1完全不干扰电炉操作; 2设计简单; 3由于烟尘与车间冷空气一起吸入除尘系统， 因此不需要专门设置烟气冷却系统。 缺点 1对烟尘的捕集效率低; 2烟气量很大， 系统体积大。 由于较低的捕集效率很难达到越来越严格的环 保要求以及庞大烟气量带来的高能耗， 因此开放式吸 尘罩对中小型电炉除尘并不适用。 3. 1. 2密闭罩或半密闭罩 此法是将电炉全部或部分罩起来， 将电炉产生烟 尘经净化后抽走。 优点 1有很好的捕集效率; 2有一定的隔声、 隔热作用; 3可以用较小的风量吸走绝大部分烟尘， 风机 功率小， 能耗低。 缺点 1全密闭罩由于几乎没有野风进入除尘系统， 烟气温度高， 因此对烟气冷却系统要求较高。 2吸尘罩固定影响电炉的正常操作。在电炉的 除尘中首先应该考虑到的问题就是不影响电炉冶炼 的正常操作， 因此固定式的密闭罩或半密闭罩用在电 炉除尘上并不合适。而且对于全密闭罩对烟气冷却 系统的高要求， 中、 小型电炉在有限的资金下很难 做到。 3. 1. 3移动式半密闭罩 移动式半密闭罩是在吸取了半密闭罩较好的捕 集效率和混风效果的基础上， 改进其影响操作的缺点 而形成的。 优点 1在加料、 倾倒钢水时可自动移开， 不影响操 作; 在冶炼过程中又为闭合状态， 有效地抑制烟尘的 78 环境工程 2010 年 10 月第 28 卷第 5 期 强扩散影响， 取得较好的吸尘效果。 2因为采用下部开放， 上部密闭的形式， 因此能 混加一部分冷风， 有效降低烟气温度。 缺点 对加料时产生的烟尘捕集效果较差。 3. 2吸尘罩的选择 移动式半密闭罩的优点较为明显， 是目前普遍采 用的吸尘方式， 但为了强化对加料时烟尘的收集， 大 型电炉一般附加一个屋顶罩。也就是移动式半密闭 罩 屋顶罩的形式对烟尘进行收集， 这样能最大程度 的减少烟尘的扩散与外溢。当然由于屋顶罩的低效 性， 屋顶罩吸入的烟气量是半密闭罩吸入烟气量的 2 倍 ～ 3 倍， 也就是说系统的总风量要增大 2 倍 ～ 3 倍。 但这种方式不太适合中、 小型电炉。电炉烟尘 的产生主要集中在氧化阶段， 而加料阶段产生的烟尘 量不会超过烟尘排放总量的 5 ， 排放浓度也很低。 大型电炉由于排放量的基数大， 因此尽管加料阶段的 烟尘排放比例很小， 但烟尘排放的绝对量也是很大 的， 必须进行收集处理。中、 小型电炉如果要对加料 阶段的排放量和质量分数都不超过 5 的烟尘进行 收集， 所付出的代价就是将系统风量增大 2 倍 ～ 3 倍， 考虑到除尘效率、 能源消耗、 设备投资的多方面的 因素， 显然这是极不合算的。因此， 在中、 小型电炉上 采用单一的移动式半密闭罩比采用移动式半密闭罩 屋顶罩的方式更加实用也更加易于推广。 4烟气温度的控制 4. 1混风的影响 在中、 小型电炉除尘中， 穿过半密闭罩未被密 封处的负压面， 进入半密闭罩内的空气， 是把电炉本 身产生的烟气温度降低到除尘器适用温度的最主要 因素。在电炉产生烟气一定的情况下， 根据吸风直接 冷却公式， 可以确定需要进入半密闭罩内的空气。根 据空气量利用半密闭罩抽风量计算公式就可以确定 半密闭罩的相关参数。 4. 1. 1吸风直接冷却公式［ 3］ Qh Qg tg1Cpm1－ thCpm2 / thCpc2－ tc1Cpc1 式中Qg 烟气量， m 3 /h; Qh 冷却气体量， m3/h; tg1 烟气冷却前温度， ℃ ; th 烟气冷却后温度， ℃ ， th tc2 tg2 ; tc1 冷却气体开始温度， ℃ ; Cpm1、 Cpm2 烟气温度 0 ～ tg1和 0 ～ tg2时的平均摩尔 热容; Cpc1、 Cpc2 空气为 0 ～ tc1和 0 ～ tc2时的平均摩尔 热容。 4. 1. 2半密闭罩抽风量计算公式［ 4］ L 250ΘS P 未被密封处的面积 / 已被密封处的面积 未被密封处的面积 ， 此值决定 Θ 的取值。 式中L 抽风量， m 3 /h; S 吸尘罩的容积; Θ 空气增量系数， 决定于 P 值 P 10 ， Θ 取 1. 1 ～ 1. 3; P 20 ， Θ 取 1. 2 ～ 1. 4; P 30 ， Θ 取1. 3 ～ 1. 5。 德阳市铸钢厂使用本公司设计制作的一套电炉 除尘系统， 根据冷却公式和半密闭罩的抽风量公式进 行设计取得了很好的降温和抽风效果， 电炉及除尘系 统参数见表 3。 表 3电炉及除尘系统参数 公称容 量 /t 出钢 量 /t 设计风量 / m3h － 1 配套风机 过滤面 积 /m2 滤料 51675 000Y4 － 70No. 12D1 050涤纶针刺毡 对其烟气温度进行了测量 测量点距除尘器进 口 5 m 处 ， 数据见表 4。 表 4除尘系统不同时段实测烟气温度 时刻温度 /℃ 10 0078 11 0075 12 0068 13 0088 14 00110 15 0081 结果表明， 在未采用任何其他降温措施前提下， 烟气温度始终控制在除尘器适用范围以内， 说明系统 设计的混风量完全达到了冷却高温烟气至控制温度 范围的所需风量。 4. 2管道的选择［ 5］ 一般认为较长的金属管道能对高温烟气起到很 好的冷却作用， 验证结果见表 5 测量点 1 距吸尘罩 排风口5 m处， 测量点 2 距除尘器进口5 m处， 测量 点 1和测量点 2 之间的距离为50 m 。 由表 5 可见管道对降低烟气温度效果并不十分明 显， 考虑到经济性、 美观性， 采用水泥管道， 地下埋管的 方式能极大地降低除尘系统的成本。德阳市铸钢厂电 炉除尘便采用这种方式， 事实证明不论是除尘效果、 费 88 环境工程 2010 年 10 月第 28 卷第 5 期 用控制、 环境美观还是温度控制都取得了很好的效果。 表 5除尘系统不同位置实测烟气温度 序号测点 1 /℃测点 2 /℃ 15553 26764 310399 4126122 5146141 4. 3烧袋的防治 烧袋一般由两种原因造成， 一种是烟气温度过 高， 造成滤袋物理性能下降， 最终不能达到环保要求; 二是大颗粒火星进入除尘器， 直接把滤袋烫出小洞。 在烟气温度得到有效控制后， 需要解决的问题就是防 止大颗粒火星进入除尘器。为此采用了如下措施。 4. 3. 1设置燃烧室［ 5］ 在电炉冶炼过程中， 有 CO 等可燃性气体进入管 道继续燃烧， 如果在管道中未燃烧完全则进入除尘器 会造成烧袋。设置燃烧室的目的是让 CO 在进入除 尘器前完全燃烧， 防止烧袋。 燃烧室设置在排烟罩后面， 可由耐热材料砌筑而 成， 其主要作用是 1 除去烟尘中颗粒较大的飞尘 起到沉降室的 作用 ; 2 烧掉烟气中的 CO， 保证系统的安全运行; 3 烧掉烟气中所含油脂及部分有机物。 燃烧室设计中需注意控制烟气的流速和烟气在 燃烧室内停留的时间， 因为其决定了燃烧室的通流截 面和高度， 从理论上讲， 烟气的流速越慢和烟气在燃 烧室内停留的时间越长， 对大颗粒灰尘的沉降和 CO 的燃烧都较有利。但太慢则燃烧室体积大而高， 因 此， 一般取 8 ～ 10m/s 的烟气流速基本能满足大颗粒 灰尘的沉降要求。 4. 3. 2为除尘器设置进风挡板 在除尘器进风口设置进风挡板， 也能一定程度上 防止火星烧袋。如果有火星进入除尘器， 与挡板发生 撞击， 改变运动方向， 让其不能直接和滤袋接触。 5系统阻力的控制 5. 1清灰频率的控制 一般的除尘器都采用时间控制清灰的频率， 这样 就造成系统阻力是一个变量， 因此在起初选用风机风 压参数时不是偏小就是偏大， 偏小则系统不能正常运 行， 偏大则造成不必要的能源消耗。改用压差控制清 灰频率能够使这个问题得到解决， 除尘系统始终保持 在一个固定的压力损失下运行， 这就为风机的选取提 供了可靠的依据， 让除尘系统能够稳定、 高效、 节能的 运行。 5. 2有针对地设置清灰方式 除尘器正常运行时采用三态清灰的方式。需要 停止使用除尘器时， 控制系统设置在主风机停止后再 进行一次清灰， 这样能防止灰渣板结， 延长布袋使用 寿命。 6烟道的结灰与防止 电炉烟气中含有大量的灰尘， 如设计不当， 很容 易造成烟道的结灰， 严重时可将烟道的 1 /2 流通截面 堵死， 影响除尘系统的正常使用。为防止结灰可每隔 一段设置一个小的沉降室， 利用惯性原理， 将烟气的 流速突然降低并改变流动方向， 使灰粒沉降到沉降室 底部， 定期进行清理。 在水平管道上， 控制烟气流速大于16 m/s， 使较 小颗粒的灰尘随烟气带走， 不沉积在水平管道内， 为 清灰方便， 在水平管道前后等部位， 设置清灰门， 定期 对烟道进行清灰。 7结束语 通过合理的设计， 提高除尘系统的工作效率和稳 定性并有效的降低成本， 将会极大地提高企业主对 中、 小型电炉除尘的积极性， 是对我国环境保护事业 的巨大推动。 参考文献 ［ 1］ 国家环保总局. 钢铁工业废气治理［M］ . 北京 中国环境科学出 版社， 1992 212. ［ 2］ 康芳芳， 贺立新. 屋顶罩在电炉除尘系统中的应用［J］ . 冶金设 备管理与维修， 2004 4 24- 25. ［ 3］ 张殿印， 王纯. 除尘工程设计手册［M］ . 北京 化学工业出版社， 2003 413- 415. ［ 4］ 胡传鼎. 通风除尘设备设计手册［M］ . 北京 化学工业出版社， 2003 13. ［ 5］ 徐良， 张宇雄. 电炉除尘系统烧布袋原因探讨［J］ . 冶金环境 保护， 2000 1 44- 45. 作者通信处王健旭618000 四川省德阳市泰山南路 228 号 德阳市 同佳环保科技有限责任公司 电话 0838 2227615 E- mailtjhb- 2007 163. com 2010 － 03 － 19 收稿 98 环境工程 2010 年 10 月第 28 卷第 5 期