（冶金工程专业论文）衡钢30吨电炉除尘系统方案研究与改造实践.pdf

硕士学位论文摘要 摘要 炼钢电炉烟尘是钢铁企业中主要污染源之一，具有排放量大、烟 气温度高、粉尘细且具亲水性等特点，捕集与净化困难。随着我国钢 铁工业结构调整，超高功率、强化冶炼及铁水热装等电炉炼钢工艺技 术的不断发展，环境保护要求的不断提高，电炉烟尘治理的形势将日 趋严竣。开展电炉除尘系统工艺的研究具有重要的工程意义。 衡钢炼钢分厂原除尘系统采用“密闭罩+ 第四孔排烟+ 机力冷却 器+ 分室反吹大布袋除尘器”方式j 随工艺改变及产能提高，其电炉 除尘系统除尘效果已不能满足环保要求。本文在查阅相关文献资料的 基础上，通过对衡钢电炉炼钢除尘系统的现状与存在问题的剖析，结 合国内外除尘技术系统改造经验，在充分论证基础上选定除尘系统的 改造方案：取消初炼炉原第四孔和大密闭罩收尘方式改用天车通过式 收集烟气；采用半密闭罩用于精炼炉收尘并增设抗结露脉冲除尘器系 统；对原有除尘器改造成抗结露脉冲除尘器系统。同时，进行了相关 设计计算和设备选型。通过改造工程实践表明，衡钢电炉除尘系统改 进工艺除尘效率达到预期目标。本课题的相关研究和工程实践表明该 除尘系统技术改造非常成功，取得了明显的经济效益、社会效益和环 境效益，为国内同类企业的电炉除尘系统改造提供了较好的理论依据 和工程实践经验，具有很强的借鉴作用。 关键词：电弧炉，除尘系统，技术改造 硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ef u m ea n dd u s to fe l e c t r i cf - u r n a c ei ns t e e l m a k i n go p e r a t i o ni s o n eo ft h ep o l l u t i o ns o u r c e si nt h es t e e li n d u s t r y , w h i c hh a sg r e a t d i s c h a r g ea m o u n t ，h i g ht e m p e r a t u r eo ft h ee x h a u s tg a s ，s m a l ls i z eo f t h e d u s th y d r o p h i l i c ，e f c ，w h i c hm a k ei td i f f i c u l tt oc o l l e c t a l o n gw i t ht h e s t e e li n d r s t r i a ls t r u c t u r ea d j u s t m e n to fo u rc o u n t r y ，t h ee l e c t r i cf u r n a c e s m e l t i n gt e c h n o l o g yc o n t i n u o u s l yd e v e l o p e ds u c ha se x t r e m e l yh i g h p o w e r , e n h a n c et h es m e l ta n dh o tm e t a lc h a r g i n ge t c ，t h er e q u i r m e n to f e n v i r o n m e n tp r o t e c t i o ni sc o n t i n u o u s l yi m p r o v i n g t h es i t u a t i o no ft h e e l e c t r i cf u r n a c ef u m et r e a t m e n tg r a d u a l l yi sg e t t i n gs t r i c td a yb ed a y i ti s i m p o r t a n tt od e v e l o pan e wt e c h n o l o g yo fe l e c t r i cf u r n a c ef u m e t r e a t m e n t s y s t e m t h eo r i g i n a lf u m et r e a t m e n ts y s t e mo fs t e e l m a k i n go p e r a t i o ni n h e n g y a n gs t e e lt u b e ( g r o u p ) c o ，l t d ( c a l lt h eh e n g s t e e l 鹊f o l l o w s ) u s e d ”t h ee x h a u s tc o v e r + t h ef o u r t hh o l es m o k ed i s c h a r g e + t h e m a c h i n ed i mw a t e rc o o l e r + s e p a r a t e l yt h er o o mi sa n t i t ob l o wb i g c a l i c os a c ki na d d i t i o nt ot h ed u s tm a c h i n e ”m e t h o d , c h a n g ew i mt h ec r a f t a n dt h ep r o d u c t i v i t yr a i s e ，i t se l e c t r i cf u r n a c ei na d d i t i o nt ot h ed u s t s y s t e mh a sa l r e a d yc a n ts a t i s f ya ne n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nr e q u e s t t h i st h e s i sa i m sa tc h e c k i n gt h ef o u n d a t i o no ft h er e l a t e dc u l t u r a l h e r i t a g ed a t a , p a s st om a k es t e e lt ot h eh e n g s t e e le l e c t r i cf u r n a c ei n 硕士学位论文a b s t r a c t a d d i t i o nt ot h ep r e s e n tc o n d i t i o no f t h ed u s ts y s t e ma n dt h ea n a l y s i so f t h e e x i s t e n c ep r o b l e m , c o m b i n ea th o m ea n da b r o a di na d d i t i o nt ot h ed u s t t e c h n i q u es y s t e mr e f o r m a t i o ne x p e r i e n c e ，s e t t l e i nt h ef u l l a r g u m e n t f o u n d a t i o ns e l e c ti na d d i t i o nt ot h er e f o r m a t i o np r o j e c to f t h ed u s ts y s t e m ： c a n e dt h ee l e c t r i cf u r n a c ef o u r t hb o r es m o k ed i s c h a r g em e t h o dt o c h a n g et ou s e ad a yc a rp a s st y p ec o l l e c t i o n ss m o k es p i r i tw i t hb i g c l o s e n e s sc o v e r ；a d o p tt h eh a l fc l o s e n e s sc o v e ru s e d sf o rt h er e f i n e m e n t s t o v et oa c c e p tad u s ta n di n c r e a s et oe s t a b l i s ht h ea n t i d e w f a l lp u l s e d d u s tc o l l e c t o r ；t oo r i g i n a li na d d i t i o nt ot h ed u s tm a c h i n er e f o r m a t i o n b e c o m ea n t i - d e w f a l lp u l s e dd u s tc o l l e c t o r c a r r i e do nt h er e l a t e dd e s i g n c a l c u l a t i o na n de q u i p m e n t st oc h o o s eat y p ei nt h em e a n t i m e p r a c t i c e e n u n c i a t i o nt h r o u g ht h er e f o r m a t i o ne n g i n e e r i n g ，t h eh e n g s t e e le l e c t r i c f u r n a c ei na d d i t i o nt ot h ed u s ts y s t e mi m p r o v e m e n tc r a f ti na d d i t i o nt o t h ed u s te f f i c i e n c ya t t a i n sa ne x p e c t a t i o nt a r g e t t h er e l a t e dr e s e a r c ha n d e n g i n e e r i n go f t h i st o p i c 。sp r a c t i c i n ge n u n c i a t i o ns h o u l di na d d i t i o nt ot h e d u s ts y s t e mt e c h n i q u er e f o r m sv e r ys u c c e s s f u l l y ，o b t a i n i n gt h eo b v i o u s e c o n o m i c p e r f o r m a n c e ，s o c i a lp e r f o r m a n c e a n dt h ee n v i r o n m e n t p e r f o r m a n c e f o rt h ec o u n t r yi n s i d et h ee l e c t r i cs t o v eo ft h es a m ek i n d b u s i n e s se n t e r p r i s ei na d d i t i o nt ot h ed u s ts y s t e mr e f o r m a t i o np r o v i d e s b e t t e rt h e o r i e sa c c o r d i n gt op r a c t i c ee x p e r i e n c ea n de n g i n e e r i n g ，h a v et o d r a wl e s s o n sf r o maf u n c t i o nv e r ys t r o n g l y h i 硕士学位论文 a b s l r a c t k e yw o r d s ：e l e c t r i cf u r n a c e ，f u m et r e a t m e n ts y s t e m ，t h e t e c h n i q u er e f o r m a t i o n i v 硕士学位论文 前言 刖吾 2 0 世纪末，由于世界经济的高速发展，人口的日益增多污染事件的不断发 生，特别是工业“三废”对环境的严重污染，使人类依赖地球生存的空间越来越 小。据国家环保总局的数据统计，2 0 0 0 年我国的工业粉尘排放总量为1 7 0 0 万吨。 钢铁厂因其具有资源密集、能耗密集、生产规模大等特点，长期以来一直被公认 为是废气排放量大、污染大的企业，特别是以废钢为原料的现代超高功率电炉炼 钢，每炼1 吨钢将产生1 2 1 8 k g 的粉尘。同时电炉炼钢所产生的烟尘中也存在 着二恶英和白烟等物质，对生命环境危害很大。所以必须采取强制性手段及专有 的除尘技术和设备，对电炉炼钢等烟气进行净化并实施达标排放。 衡钢2 台3 0 吨电炉分别于1 9 9 1 年和1 9 9 3 年建成投产，并配套建成了相应 的除尘设施。随着炼钢生产节奏的加快和产能的提高，现有除尘系统已不能满足 生产的需要及环保要求，烟尘的排放对周围环境造成了较大的污染，影响了附近 居民的身体健康，飘落的粉尘影响衡钢2 2 0 0 0 0 k v 变电站的安全运转；同时由于 炼钢污染源距新开通的1 0 7 国道绕城外环线不足百米，距衡钢二连轧工地也不足 百米，而且二连轧工地常年有外国专家工作，炼钢烟尘污染有损湖南省、衡阳市 和衡钢的形象，因此衡钢炼钢原除尘系统的技术改造己迫在眉睫。 2 0 0 2 年8 月，衡钢开始进行炼钢除尘系统技术改造的前期准备工作，并与 国内专门从事冶金高温烟气除尘的环保厂家与研究院所，如无锡东方环境工程公 司等单位进行了广泛接触，并委托他们编制了多套除尘系统技术改造初步方案。 2 0 0 3 年由衡钢技术中心牵头组织各有关部门对上钢三厂、南京钢厂、广钢、锡 钢、兴澄钢厂、韶关钢厂、珠江钢厂等单位的炼钢除尘设施运行情况进行考察。 根据专业环保厂家编制的技术改造方案和同类企业考察的结果，结合衡钢炼钢生 产和原除尘系统的运行的实际情况，制订并确定了电炉除尘系统技术改造方案， 并于2 0 0 4 年5 月至1 1 月对原除尘系统实施技术改造。通过检测，改造后运行效 果良好，达到了当初设计要求与国家相关环保排放标准。 i v 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的 学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论 文中作了明确的说明。 作者签名：日期：2 q q 亟年1 1 月3 日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学 位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容， 可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部 门规定送交学位论文。 作者躲悭躲师签名一吼醴铀月s 日 硕士学位论文 第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 国内外除尘技术现状 炼钢电炉是钢铁企业中粉尘主要污染源之一【1 1 ，我国炼钢电炉的特点是： 装入量大，吹氧强度高，老厂房居多，结构差，炉子布置紧密；而且炼钢电炉 烟尘污染的主要特点是：粉尘排放量大且无规则，粉尘细且亲水，排烟温度高。 因此给炼钢电炉烟尘的捕集与净化带来了很大的困难。目前我国炼钢电炉的除尘 技术发展大致分三个阶段： 1 1 1 起步阶段 大至是2 0 世纪8 0 年代前为除尘技术的萌芽起步时期。当时电炉炼钢技术水平 较低，烟气发生量较小，由于环保要求，技术水平等原因，所研制的电炉烟尘治 理装置无论从捕集到净化还是工艺技术都属初级阶段。当时世界上电炉烟尘治理 已普遍认同和采用布袋除尘器。而我国还有沿袭前苏联的技术，采用湿法净化的， 效果不佳，同时还会产生二次污染。起步阶段总的特征是“项目少，投资少，水 平低” 1 1 2 探索阶段 大致为2 0 世纪8 0 年代n 9 0 年代初期。这一阶段引进消化了一些国外技术比 较有代表性的是原北京钢厂九车间从瑞典引进的5 座5 - - 1 0 吨电炉的除尘装置，因 为是风毛麟角，全国很多院所、电炉钢厂纷至沓来，考察学习。更应该回顾的是： 当时在全国似乎开展了一场轰轰烈烈的电炉除尘技术创新活动。可谓八仙过海， 各显神通，各种捕集罩突兀离奇，除尘器名目繁多，研究领域涉及广泛。 1 1 3 成熟阶段 进入2 0 世纪9 0 年代中后期，由于以往太多的失误，太大的损失、以及环保形 势逼人矗国电炉烟尘治理技术工作逐步形成了理性的氛围，逐渐进入成熟阶段， 主要特征是投人慎重，上一套电炉除尘往往是反复考察论证。 “天车通过式集烟罩”研制成功及“低阻、中温、大流量”t 2 1 2 e 艺技术理 论的创立，填补了空白，属较大突破，主要优点是：一是捕集形式在理论上从旧 模式对烟气的强制收集过渡到利用热动力作用自然引导的收集i 二是捕集方式上 硕士学位论文第一章文献综述 从以往“三件套”的层层设防演变为一次完成电炉冶炼全过程的烟气捕集，捕 集率太于9 5 ，厂房顶不见黄烟，厂房内空气清新；三是系统小电机、大流量， 功流比小于1 4 ，在国际上属领先水平。 1 2 钢铁行业除尘技术的应用现状 早在2 0 世纪4 0 年代，发达国家就开始了电炉除尘技术的研列引。我国于2 0 世纪6 0 年代中期，首先在上海开始对3 1 0 吨电炉的除尘进行了试验和研究。8 0 年代末，国外大电炉炼钢技术得到了迅猛的发展。随着超高功率大电炉设备和技 术的不断引进，装备水平的不断提高，我国的电炉除尘技术相应地有了较大幅度 的提高。9 0 年代初，我国又率先在上海成功地自行设计完成了当时国内首座引 进的1 0 0 吨超高功率直流大电炉的除尘技术，从此开创了我国自行设计大电炉除 尘系统的良好局面，同时也带动了老厂房旧电炉的除尘技术改造水平的不断提 高。目前国内除尘技术改造发展很快，并且有一大批如东方环境所、宝钢研究院 以及钢铁设计院都具备从设计到施工的总包能力，并且采用相关新技术与新除尘 工艺，通过检测，改造后的运行与环保效果很好。 1 3 衡钢炼钢除尘技术现状 1 3 1 衡钢介绍 湖南衡阳钢管( 集团) 有限公司( 简称衡钢) 为我国中南地区最大的钢管生 产基地，也是我国三大专业化钢管生产企业之一。多年来钢管产量逐年增长、品 种规格日益增多、质量不断提高，现已成为我国钢管生产的重要基地之一，为我 国国民经济建设作出了重要贡献。 衡钢厂址位于湖南省衡阳市西南郊大栗新村，厂区呈东西向长条布置。距市 区约4 l m ；距衡阳铁路西站1 5 k m ，衡钢建有铁路专用线与该站相接；厂内道 路网与市内公路网相接，因此，厂内外运输十分方便。 衡钢现有土地2 0 0 万平方米，员工6 1 0 0 人，其中各类专业技术人员1 4 0 0 人，总资产7 0 亿元，具备年产1 0 0 万吨钢、1 0 0 万吨钢管的生产能力，2 0 0 6 年 销售收入将达到5 0 亿元以上，实现利润超5 亿元。 衡钢现系中南地区最大、全国第二大专业化无缝钢管生产企业。拥有，5 0 、 f8 9 、f1 0 8 、，2 7 3 四条钢管生产线及“炼钢一全水平连铸”、“炼钢一弧形连 2 硕士学位论文第一章文献综述 铸”两条圆管坯生产系统，是国内无缝钢管生产机组最全、先进机型最多的企业。 企业先后荣获全国五一劳动奖状、国家一级档案管理单位、全国设备管理优秀单 位、全国重合同守信用先进企业等荣誉称号。 目前衡钢炼钢系统有3 0 吨电弧炉2 座( 其中1 台为超高功率电炉) ；4 0 吨l f 炉2 台；4 0 吨v d 钢液真空处理装置l 套，2 机2 流水平圆坯连铸机3 台，以及已建成 的9 0 吨电炉一座及弧型连铸机。 衡钢现能生产，3 6 5 m m 以下各类热轧、冷拔无缝钢管，现已通过i s 0 9 0 0 1 质量、i s 0 1 4 0 0 1 环境、o h s a s 安全健康三大管理体系认证，构筑了严密的质量 保证体系，打造了机械用管、石油用管、高压锅炉管三大拳头产品，现为中国石 油油管、高压锅炉管的定点生产企业。产品出口亚、欧、美、非等3 0 多个国家和 地区，2 0 0 6 年预计出口钢管3 0 万吨，创汇近3 亿美元，目前是国内出口量最大企 业。 1 3 2 衡钢炼钢电炉除尘技术现状 衡钢炼钢分厂两台3 0 吨初炼炉分别于1 9 9 1 年和1 9 9 3 年建成投产，并配套 建成了相应的除尘设施，原风机设计最大的风量为1 9 7 0 0 0 m 3 h ，由于除尘系统 管道阻力及除尘器阻力大，实测风机抽风量只有1 6 0 0 0 0 m 3 h ；而目前随着炼钢 吹氧强度的增加及炉壁氧枪、炉门碳氧枪的使用，初炼炉的冶炼周期逐渐缩短， 单位时间内产生的烟气量大大增加，经测算，目前每台初炼炉产生的烟气量达 5 0 0 0 0 0 m 3 h 以上；由于电炉生产时所产生的烟气量大于除尘器处理的烟气量， 造成炼钢厂房屋顶呈现浓烟滚滚、“黄龙”肆虐的景象。 1 4 电炉除尘技术的特点 1 4 1 电炉车间的组成及特点 根据电炉炼钢工艺流程1 4 ，炼钢车间由散状料和投料工段、铁水倒罐站、 铁水脱磷站、电炉、钢包精炼炉等工段组成。 电炉主要是通过用废钢、铁合金和部分渣料进行配料冶炼，根据不同的钢 种要求，可以接受高碳铬铁水和脱磷铁水，然后熔制出碳钢或不锈钢钢水供连铸 用。电炉炼钢时产生的有害物污染主要体现在：电炉的加料、冶炼和出钢这三个 阶段。 电炉冶炼一般分为熔化期、氧化期和还原期 5 1 ，对于具备炉外精炼装置的 3 硕士学位论文第一章文献综述 高功率和超高功率电炉则无还原期。熔化期主要是炉料中的油脂类可燃物质的燃 烧和金属物质在电极通电达高温时的熔化过程，此时产生的是黑褐色烟气；氧化 期强化脱碳，由于吹氧或加矿石而产生大量赤褐色浓烟；还原期主要是去除钢中 的氧和硫，调整化学成分而投入炭粉等造渣材料，产生白色和黑色烟气。 在上述三个冶炼期中，氧化期产生的烟气量最大，含尘浓度和烟气温最高。 因此，电炉除尘系统应按氧化期资料进行设计。 1 4 2 电炉车间有害物的来源 人类活动引起的烟尘等有害物主要来源于3 个方面，工艺生产过程中产生的 有害物、生活过程中产生的有害物以及交通运输过程中产生的有害物。钢铁厂以 其资源密集、能耗密集、生产规模大、物流吞吐量大等特点，长期以来一直被认 为是烟尘排放量大、废弃物多、污染大的企业。特别是电炉炼钢是造成烟尘污染 的最主要来源。 电炉炼钢车间产生的有害物有以下特点：嘲 ( 1 ) 集中固定源：即车间内各工段生产地点固定，生产过程集中，生产节 奏较强，便于除尘烟罩的设置和操作控制。 ( 2 ) 烟尘排放量大：车间各生产工段均会产生较大的烟尘，特别是电炉炼 钢时的废钢加料和电炉的氧化期，烟尘排放量很大，从电炉炉口( 交流电炉第4 孔、直流电炉第2 孔) 排出的烟气含尘浓度高达3 0 9 m 3 ( 标态) 。 ( 3 ) 连续排放：电炉炼钢车间2 4 h 不间断生产。 ( 4 ) 粉尘细而黏：电炉炉口排出的粉尘粒径相当小，粒径小于l o u m 的粉 尘在8 0 以上。废钢中含有油脂类以及炼钢进所采用的含油烧嘴等都将是炼钢产 生的粉尘性较大而不易除去。 ( 5 ) 极高的烟气温度：从电炉炉口排出的含尘烟气，温度达1 2 0 0 1 6 0 0 ， 需要对高温烟气进行强制冷却或采用风冷却方法。 ( 6 ) 烟气中含有煤气：从电炉第4 孔( 或第2 孔) 排出的烟气中含有少量 的煤气，为保证除尘系统的安全可靠运行，一般设置燃烧室等装置，保证燃烧室 出口烟气中煤气含量低于2 。 ( 7 ) 强噪声和辐射：电炉炼钢特别是超高功率的电炉冶炼，产生的台噪声 4 硕士学位论文第一章文献综述 高达1 1 5 d b ( a ) 以上、并伴有强烈的弧光和辐射。通常采用电炉密闭罩，不但 可以降低罩外工作平台的噪声和电弧光辐射，而且可以提高烟气的捕集效率。 ( 8 ) 白烟和二恶英等：电炉炼钢中含有聚氯乙烯( p v c ) 塑料和氯化油、 溶剂的废钢包括含有盐类的废钢等都是导致白烟和二恶英等产生的根源。尽管产 生的二恶英只是微量，但二恶英的剧毒目前已被西方发达国家高度重视。白烟和 二恶英等很被一般的除尘装置净化，必须通过一个更高的温度环境以便烧除或采 用蒸发冷却塔通过水冷来阻止二恶英等的形成。目前我国也有几个钢厂采用了这 两种措施。 1 4 3 电炉炼钢除尘系统介绍 目前电炉炼钢除尘系统主要包括电炉除尘系统、精炼炉除尘系统以及两个系 统的合并系统等。下面分别介绍两个系统。 1 4 3 1 电炉除尘系统 电炉除尘系统通常由电炉内排烟装置( 调节活套或称移动管) 1 7 1 、屋顶罩、 密闭罩、燃烧室( 或沉降室) 、水冷烟道、废钢预热装置、管道和膨胀节、调节 阀门、火粒捕集器、强制吹风冷却器( 或自然对流冷却器和蒸发冷却塔) 、增压 风机、主排烟风机、混风阀、布袋除尘器、反吹( 吸) 风机、机械输灰装置( 或 气力输灰装置) 、贮灰仓、烟囱等设备选择性组合而成。辅助配套系统由仪表检 测和电气自动化系统、冷却水系统、压缩空气系统、油润滑系统等组成。除尘系 统在进行方案设计比例时，可根据系统需要进行组合并选用相应的除尘配套设 备。 1 4 3 2 钢包精炼炉除尘 钢包精炼炉除尘系统通常由炉内排烟装置( 调节活套或固定套管) 嘲、可 移动密闭罩、管道和膨胀节、调节阀门、排烟风机、混风阀、布袋除尘器、机械 输灰装置( 或气力输灰装置) 、贮灰仓、烟囱等设备组成。辅助配套系统由仪表 检测和电气自动化系统、冷却水系统、压缩空气系统等组成。钢包精炼炉除尘根 据需要可单独设置，也可与电炉除尘系统组合为一套除尘系统。 硕士学位论文第一章文献综述 1 4 4 电炉烟气排放方式与除尘系统方案分类 1 4 4 1 电炉烟气排放方式 电炉炉内排烟主要捕集电炉冶炼时从电炉第4 孔( 或第2 孔) 排出的高温含 尘烟气 9 1 。常用的炉内排烟有：直接式炉内排烟和弯管脱开式炉内排烟等形式。 而电炉在加料、出钢、兑铁水时以及电炉熔炼时从电极孔、加料孔和炉门等不严 密处外逸于炉外的二次烟气，只有依靠电炉炉外排烟装置进行捕集，因二次烟气 通常具有突发性和排放无组织性，且易受车间横向气流的干扰，常用的炉外排烟 有屋顶罩排烟和密闭罩排烟等形式。 1 4 4 2 除尘系统方案分类 根据电炉烟气不同排放方式 9 1 ，电炉除尘系统大致可分为如下几种方式： ( 1 ) 电炉炉内排烟与屋顶罩排烟相结合 电炉炉内排烟与密闭罩排烟相结合。该系统与精炼炉除尘分开设计。因未对 电炉噪声采用密闭罩形式隔声，故该除尘系统设置一般要求远离居民区。 ( 2 ) 电炉炉内排烟与密闭罩排烟相结合 电炉炉内排烟与密闭罩排烟相结合。该系统与精炼炉除尘分开设计，且炼钢 车间方案设计对噪声有严格的要求，但光靠密闭罩排烟不能满足对电炉加料时的 烟气捕集。 ( 3 ) 电炉炉内排烟与屋顶罩和密闭罩排烟相结合 电炉炉内排与屋顶和密闭罩排烟相结合。该系统与精炼炉除尘分开设计，采 用这种形式的除尘方宁是较理想的，它既能满足任一时刻对烟气的有效捕集，又 解决了电炉的噪声问题。除尘系统的烟气冷却用蒸发冷却塔，可防止电炉烟气中 二恶英的再生成。 ( 4 ) 炉和精炼炉内排烟与屋顶罩排烟相结合 电炉和精炼炉炉内排烟与屋顶罩排烟相结合。将精炼炉除尘并入电炉除尘， 既可节省投资又可减少除尘占地面积，操作管理也方便。 ( 5 ) 电炉和精炼炉炉内排烟与密闭罩排烟相结合 电炉和精炼炉炉内排烟与密闭罩排烟相结合，该种设计目前已较少采用。 ( 6 ) 电炉和精炼炉炉内排烟与电炉屋顶罩和密闭罩相结合 6 硕士学位论文 第一章文献综述 此种形式的除尘系统目前在国内外的大电炉除尘设计中用得最为广泛，它既 可节省投资和减少除尘占地面积、操作管理方便，又能满足电炉和精炼炉烟气在 任一生产阶段被除尘系统有效捕集，同时又解决了电炉的噪声问题。 ( 7 ) 电炉半密闭导流罩形式的屋顶罩排烟系统 利用车间电炉处的一侧土建隔墙、另一侧电炉变压器外墙，并对电炉合金加 料一侧采用固定的吸声耐温墙板等作为挡风墙或叫烟气导流板，在电炉操作面一 侧和在其上部的加料而一侧采用“l ”形活动移门形式，并在移门顶部设置烟气 流罩，引导电炉烟气上升至屋顶罩被抽走，它利用电炉热烟气密度与周围冷空气 密度产生的差值，开不成自然对流向上扩散的原理，对电炉烟气进行导向进入屋 顶烟罩。此种形式的特点是：系统简单、操作方便、维修工作量小，亦能部分降 低电炉噪声。它尤其适用于老厂房的电炉除尘改造。缺点是：因为没有一次排烟 措施，电炉周围操作区内温度通常较高，岗位粉尘浓度相对较大，电炉生产设备 的使用寿命将受到一定的影响。这种排烟方式通常用于5 0 吨以下的电炉民除尘 改造项目。因电炉吨位相对较小，故除尘器也可采用大室大灰斗长袋脉冲除尘器 形式，以取代刮板输灰系统和贮灰仓。 ( 8 ) 电炉导流罩形式的屋顶罩排烟系统 同上述电炉半密闭导流罩形式的不同之处是：根据电炉工艺的布置，电炉 导流罩的上部没有半密闭罩子甚至也不采用“l ”形活动多移门形式，只需要在 电沪的3 个侧面进行有效的围和挡，并对电炉周围的厂房进行密闭，以防止车 间横向气流的干扰。 1 5 本课题研究的目的和意义 衡钢炼钢分厂除尘系统采用密闭罩+ 第四孔排烟+ 机力冷却器+ 分室反吹 大布袋除尘器方式，其电炉原除尘系统随工艺改变及产能提高除尘效果已不能满 足环保要求，主要表现为：初炼炉烟气不能完全捕捉；烟气输送系统阻力大、消 耗高；烟气净化部分压降大；精炼炉系统无除尘装置。 基于原除尘系统存在的问题，本课题结合国内外除尘技术系统改造的经验， 通过对衡钢电炉炼钢除尘系统的现状与存在问题的剖析，正确科学地对选定最优 的除尘系统改造方案进行论证与相关设计，最终通过除尘工艺上改进并检测除尘 7 硕士学位论文第一章文献综述 效果。 通过考察国内相关钢厂的除尘现状，以及同国内一些环保研究所交流，我们 认为初炼炉的除尘系统取消原第四孔和大密闭罩收集的方式，采用“天车通过式 屋顶罩”专利技术收集烟气【1 0 1 。三台精炼炉及v d 炉增设3 4 除尘系统( 包括高 压电机、风机、控制柜、液力偶合器、抗结露低阻脉冲除尘器、联接管路、阀门 及烟囱) ，采用半密闭罩捕集烟气方式；利用已有仓室的外壳把原有两个除尘器 改为抗结露低阻脉冲除尘器，扩大除尘器面积，并对相应风机和电机进行增大功 率改造；合理并管，降低能耗。 通过环保检测，改造后的烟尘排放达到设计要求与国家相关环保标准。本课 题的研究为企业的合理投资提供理论依据与改造实践经验。对国内同类企业的电 炉除尘改造的技术方案研究与成功改造有很强的借鉴作用。 8 硕士学位论文第二章衡铡原电炉除尘系统存在问题剖析 第二章衡钢原电炉除尘系统存在的问题剖析 电炉除尘系统【1 通常由电炉内排烟装置( 调节活套或称移动管) 、屋顶罩、 密闭罩、燃烧室( 或沉降室) 、水冷烟道、废钢预热装置、管道和膨胀节、调节 阀门、火粒捕集器、强制吹风冷却器( 或自然对流冷却器和蒸发冷却塔) 、增压 风机、主排烟风机、混风阀、布袋除尘器、反吹( 吸) 风机、机械输灰装置( 或 气力输灰装置) 、贮灰仓、烟囱等设备选择性组合而成。辅助配套系统由仪表检 测和电气自动化系统、冷却水系统、压缩空气系统、油润滑系统等组成。除尘 系统在进行方案设计比例时，可根据系统需要进行组合并选用相应的除尘配套 设备。 衡钢拥有1 6 0 0 0 k v a3 0 吨和2 5 0 0 0 k v a3 0 吨超高功率电炉各一台、三台4 0 吨l f 精炼炉及一台4 0 吨v d 真空精炼炉工位。原两台初炼炉各配有一套除尘系 统，但精炼炉系统没有除尘系统，随着衡钢炼钢工艺的改进，以及使用碳氧枪 用氧量增加，老除尘系统已不能满足除尘的环保排放要求。 2 1 衡钢原电炉除尘系统除尘方式 衡钢炼钢分厂电炉除尘系统采用密闭罩+ 四孔内排烟+ 机力冷却器+ 分室 反吹大布袋除尘器方式，原有电炉除尘系统工艺流程图如下( 图2 一1 ) ： 图2 1 原有除尘系统工艺流程图 2 2 原除尘系统运行情况 衡钢炼钢分厂两台3 0 吨初炼炉建设时分别配套的原除尘系统风机设计最大 的风量为1 9 7 0 0 0 m 3 f a ，实测风机抽风量只有1 6 0 0 0 0 m 3 h ；而目前随着炼钢吹氧 9 硕士学位论文 第二章衡铡原电炉除尘系统存在问题剖析 强度的增加及炉壁氧枪、炉门碳氧枪的使用，初炼炉的冶炼周期逐渐缩短，单位 时间内产生的烟气量大大增加，经测算，目前每台初炼炉产生的烟气量达 5 0 0 0 0 0 m 3 h 以上；由于电炉生产时所产生的烟气量大于除尘器处理的烟气量， 造成炼钢厂房屋顶呈现浓烟滚滚、“黄龙”肆虐的景象。2 0 0 4 年4 月2 3 日衡钢 安环部门针对炼钢原除电炉尘系统实际运行进行了相关检测( 记录见表2 1 、表 2 2 ) 。根据其检测与运行记录，除尘系统压力损失达2 5 0 0 3 0 0 0 p a 以上；烟气收 集能力严重不足，衡钢炼钢分厂原除尘系统随炼钢工艺改变及产能提高，除尘效 果已不能满足国家环保要求。 表2 - 1 原除尘系统运行记录情况( 2 0 0 4 年4 月2 3 日) 主电机电流 主风机进风口 除尘器进出口差压( p a ) 时间 压力( p a ) ( a ) 1 #矽 8 ：3 0 3 5 3 0 0 02 6 0 0 2 5 0 0 1 0 ：3 03 53 3 0 03 0 0 02 7 0 0 1 2 ：3 03 53 5 0 0 3 3 0 0 2 9 0 0 1 4 ：3 03 53 7 0 03 6 0 03 1 0 0 1 6 ：3 03 52 7 0 0 1 7 0 01 0 0 0 1 8 ：3 03 53 0 0 02 7 0 01 6 0 0 2 2 ：3 03 53 4 0 03 2 0 02 4 0 0 1 ：3 03 53 0 0 02 8 0 01 6 0 0 3 ：3 0 3 5 3 4 0 0 3 1 0 02 5 0 0 5 ：3 03 53 8 0 03 5 0 02 2 0 0 平均3 5 。 3 5 9 4 2 9 9 02 2 5 0 表2 - 2 原除尘系统排放记录情况( 2 0 0 4 年4 月2 3 日) 1 4 除尘系统岁除尘系统 采样参数、迤 采样编号 1 4 2 # 3 4 i矿 1 0 硕士学位论文第二章衡铡原电炉除尘系统存在问题剖析 采样时间 1 0 ：0 11 0 ：“9 ：4 31 0 ：1 4 采气时间( m ) 8888 大气压( k p a ) 1 0 3 4 21 0 3 4 21 0 3 4 21 0 3 4 2 烟气密度0 叫n 1 3 ) 1 6 7 81 7 9 91 7 0 51 7 9 0 含湿量( ) 4 o o4 0 04 0 04 o o 烟气温度( ) 1 3 21 4 21 2 61 3 l 烟气流速( n l s ) 1 5 6 41 5 0 5 1 5 7 91 4 7 9 工况风量( m 3 m ) 1 6 1 9 4 51 6 5 4 0 81 6 2 0 7 01 6 2 2 1 8 标况风量( m 3 1 1 ) 1 9 7 0 0 01 9 7 0 0 01 9 7 0 0 01 9 7 0 0 0 实际见量( 1 n 3 1 1 ) 5 0 2 5 4 65 1 9 5 3 25 0 2 6 9 35 0 8 5 2 6 2 3 原有电炉除尘系统存在问题及效果分析 通过原除尘系统上述相关检测与运行记录可见，衡钢电炉原除尘系统存在的 问题主要表现为：初炼炉烟气不能完全捕捉；烟气输送系统阻力大、消耗高；烟 气净化部分压降大；精炼炉系统无除尘装置。针对衡钢原除尘系统存在的问题， 具体剖析如下： 2 3 1 初炼炉烟气不能完全捕捉 ( 1 ) 初炼炉在冶炼时产生的烟气量大幅度增加，原烟气净化部分的风机设 计最大风量为1 9 7 0 0 0 m 3 & ，现实际生产时产生的风量已达到5 0 0 0 0 0 m 3 m 左右， 因此风机系统已不能满足风量要求。 ( 2 ) 采用第四孔和大密闭罩收集的方式，由于存在着在加料时大密闭罩需 要经常开启( 一般每炉钢需要打开3 4 次) ，这样使炉内的大量的从电极孔冒出 的烟气无法捕捉，烟气通过屋顶冒出( 目前我司初炼炉冒出的黄烟主要是这一原 因产生的) ，造成环境污染。 ( 3 ) 第四孔和第五孔合并后密封不好，烟气往外冒。 ( 4 ) 大密闭罩由于频繁开启，存在密封不严的现象，烟气易往外冒。 ( 5 ) 第四孔强制抽烟，需要的负压较高。 2 3 2 烟气输送系统阻力大、消耗高 ( 1 ) 原第四孔管路设计弯头较多，且流量是按1 9 7 0 0 0 l n 3 & 进行设计的， 现流量增加了，流速增加，阻力也增大了。 ( 2 ) 第四孔的机力冷却器管路易堵塞，使管路阻力增加，同时需要大量 的自来水来冷却，使烟气降温，浪费能源。 硕士学位论文第二章衡铡原电炉除尘系统存在问题剖析 ( 3 ) 原烟气净化部分的引风机设计不尽合理，系统阻力大。 2 3 3 烟气净化部分压降大 ( 1 ) 除尘室大布袋反吹装置为人工控制，反吹频率不高，除尘器内压力降 较大，影响抽力。 ( 2 ) 除尘器布袋太长，内无整体骨架，刚性不够，反吹效果不理想。 ( 3 ) 除尘器过滤面积较少。 2 3 4 原精炼炉系统无除尘装置 衡钢炼钢生产线初步设计对精炼炉系统没配备有除尘装置，加之后又增加三 号精炼炉及一台v d 真空炉工位，精炼炉等二次烟尘没有收集装置，直接外排， 给环境造成严重污染。 2 4 原除尘系统改进措施 针对原除尘系统存在的以上问题，以及国内外除尘设计与改造的经验，要改 善原除尘效果须从除尘工艺上进行改进，同时增设精炼炉除尘系统；改进烟气捕 集装置；增加风机功率，合理并管，减少流态压力损失；改进与扩容除尘器；降 低整个除尘系统运行能耗。 硕士学位论文 第三章衡钢3 0 吨电炉除尘系统改造的方案论证 第三章衡钢3 0 吨电炉除尘系统改造的方案论证 3 1 衡钢3 0 吨电炉除尘系统改造的方案制定 为了将衡钢电炉原除尘系统改造成功，我们与国内冶金环保设计单位与厂家 多次交流并考察几个同类企业的改造业绩与运行效果，对原除尘系统改造先后制 定了三个技术改造方案。 3 1 1 炼钢除尘系统改造方案( - - ) 3 1 1 1 初炼炉烟气捕捉部分 由于第四孔烟气温度较高要冷却【1 2 1 ，造成不必要的水电消耗，同时抽风带 走电炉内大量能量和有用金属材料，不利于节能降耗。所以国内除尘界认为在小 电炉( 6 0 吨以下) 上一般不采取这一方式。 天车通过式电炉烟气捕集罩的特点f 1 3 】： ( 1 ) 捕集罩主要由导流罩和顶吸罩组成； ( 2 ) 电炉冶炼时产生的大量烟气在热射流的作用下，上冲扩散，导流罩减 少烟气流与空气的混合使热气保持一定的热荷与抬升速度。 ( 3 ) 顶吸罩由主罩和辅罩组成。 ( 4 ) 烟气受引风机负压的作用，通过排烟管道进入除尘器净化。 因此，通过考察国内相关钢厂的除尘现状，以及同国内一些环保研究所交流， 我们认为取消原第四孔和大密闭罩收集的方式，采用天车通过式收集烟气，适合 衡钢初炼炉的除尘。 3 1 1 2 精炼炉烟气捕捉部分 精炼炉的除尘1 1 4 】目前常用的方式有： ( 1 ) 电极孔除尘，即在炉盖上开孔，用管路将烟气抽走，送入除尘器净化。 这一方式除抽走大量热气外，还影响精炼炉内还原气氛的形成，不利于产品质量； 另外，从电极孔处冒出的烟气无法捕捉。但这一方式抽风量较小。 ( 2 ) 采用半密闭罩收集，即将电炉密闭罩的原理用于精炼炉。这一方式克 服了电极孔除尘的缺点。但抽风量大。 根据我们的实地考察，我们认为采用半密闭罩捕集烟气适用于我司4 0 吨 硕士学位论文第三章衡钢3 0 吨电炉除尘系统改造的方案论证 l f 钢包精炼炉除尘。 3 1 1 3 除尘净化装置 为了缩短施工周期和降低运行时能源消耗，烟气经捕集后，采取以下并管方 案： ( 1 ) 1 4 精炼炉通过管路并入l 撑初炼炉主管路( 可利用原1 4 初炼炉的烟气输 送管路) ，进入除尘器净化； ( 2 ) 2 4 精炼炉及v d 真空精炼炉通过管路( 可利用原2 8 初炼炉的烟气输送 管路) ，进入除尘器净化 ( 3 ) 2 “初炼炉路通过管路，进入除尘器净化 ( 4 ) 每台精炼炉的管路上用电动控制阀进行控制。 3 1 1 4 净化系统： 利用已有仓室的外壳把原有除尘器改为抗结露低阻脉冲除尘器【1 5 】，风机和 电机进行增大功率改造；2 4 精炼炉及v d 炉除尘系统新增一套净化装置( 包括高 压电机、风机、控制柜、液力偶合器、抗结露低阻脉冲除尘器、联接管路、阀门 及烟囱) 一套除尘系统的好坏【1 5 1 ，关键在于除尘室内压差的控制的稳定性。 据我们考察了解，脉冲反吹清灰是一种较为理想且有效的清灰方式，它能够长 期的将除尘室内的压差控制在较低的范围内。 脉冲反吹需0 4 0 5 m p a 压缩空气或者氮气。脉冲用气需经干燥和预热，避 免结露而影响除尘效果。脉冲清灰工艺流程图见图3 - l 。 脉 冲 喷 储 吹 气 包 脉冲清灰工艺流程 图3 - 1 脉冲清灰工艺流程图 3 1 1 5 电气及仪表系统改造方案 ( 1 ) 原p l c ( 三菱f 1 ) 控制系统己坏，现采用手动操作，本次改造拟采用 1 4 硕士学位论文 第三章衡钢3 0 吨电炉除尘系统改造的方案论证 西门子公司$ 7 3 0 0 或a b 公司c o n t r o ll o g i x 系统，使系统实现全自动。 ( 2 ) 取消原有的盘装仪表操作和显示，改为通过p l c 采集现场仪表信号( 温 度、压力、差压、转速) ，进上位机显示及操作，并由p i , c 控制仪表阀门。 (