天车通过式电炉烟气捕集罩.doc

天车通过式电炉烟气捕集罩 随着电炉炼钢技术的发展，从国外引进的大中型超高功率电炉已越来越多。目前，中小型电炉除尘采用半密闭罩确实有其他罩形不可比拟的优越性。但是，半密闭罩如不加以改进直接用于大中型超高功率电炉，将会出现罩内炉顶设备工作环境恶劣及由罩内吸入的烟气温度高，易烧滤袋等缺陷。目前，应用于大中型超高功率电炉的烟气捕集形式一般均为屋顶罩+ 四孔(同时密闭冶炼区厂房)，这种形式的捕集方案既可以捕集电炉各工况条件下产生的烟气、不影响冶炼工艺，又能改善炉顶设备工作条件，具有很大的优越性。但是，它有明显的不足，如除尘能耗高;厂房内冶炼区烟气弥漫，炉台上降尘量大，炉前工及天车工工作环境没有得到很好地改善。 东方环境工程设计研究所参照国内外电炉除尘的有关经验、教训，经过多年的探索与实践，终于找到了 一种较为理想、符合我国国情的捕集罩，可与第四孔相结合天车通过式集烟罩。它是综合了屋顶罩+四孔及半密闭罩的优点的一种捕集形式。 A 德国克虏伯公司“天车开入式集烟罩”(见图2-80) 图2-80 天车开入式集烟罩天车开入式集烟罩是电炉炼钢跨与铸锭(连铸)跨相垂直，电炉四周隔墙，厂房顶部设排烟口，形成一个全封闭式的集烟罩(室)、炉前隔墙上部留一空隙，用活动封板封闭，加料等作业时，天车推开封板，通过空隙驶入罩内，当天车驶至电炉上时，正好天车上的附带封板将空隙重新封闭。因天车仅开入而不通过，故称天车开入式集烟罩。 该集烟罩将电炉全封闭，不受横向气流干扰，但容积较大。为保证一定的换气次数，获得较好的效果及罩内环境质量，必须设计较大的处理风量。 B 天车通过式集烟罩 a 与天车开入式集烟罩的比较(见表2-123)。 表2-123 天车通过式集烟罩与天车开入式集烟罩的比较项目天车开入式天车通过式电炉布置厂房端头电炉布置离厂房端墙距 离较远，天车需从电炉正上 方通过集烟罩结构由一隔墙形成一密闭室，将 电炉与其他工部隔开，隔墙上 部仅留天车开入的缺口，该缺 口天车驶入前，由一活动封板 封死，天车驶入密闭室时，天 车一侧将其移开，天车驶至电 炉中心上方加废钢时，则带封 板的天车另一侧将缺口重新 封住。 密闭室的顶部(厂房顶)设 风管抽吸电炉一、二次烟尘由于电炉布置与左不同， 故无法采用天车开入式集 烟罩。炉前(后)及电炉两 侧钢结构封墙(变压器侧利 用一变压器室墙)，将电炉 围住三面，炉后(前)有回转 门，从而形成一导流罩。导 流罩的顶部敞开，且低于天 车下沿，导流罩上方设顶吸 罩，两罩之间可通过天车， 顶吸罩覆盖并大于导流罩， 顶吸罩引出风管至除尘器续表2-123项 目天车开入式天车通过式优缺点形成了密闭室，不受横向气 流干扰，密闭室容积过大，致 使必须保证相当大的处理风 量方可确保烟气较顺利排出， 否则，易从下部门窗溢出。 工人在密闭室内工作，故对 劳动卫生、安全生产条件益处 不大导流罩与顶吸罩间有一 天车通过的必要间隙，易混 入冷空气及受横向气流的 干扰。 集烟罩容积很小，尽管不 全密封，但处理风量可降 低，且能取得较好的捕集效 果。 工人在罩外工作，劳动卫 生条件好，一旦电炉出现大 喷及爆炸等情况，导流罩起 到了安全防护罩的作用b 天车通过式集烟罩的结构(见图2-81)。 图2-81 天车通过式集烟罩示意图天车通过式集烟罩主要由导流罩、顶吸罩组成。导流罩做至距天车下缘100200mm处，顶吸罩罩口距天车100mm处，中部断开处留有能使天车(行车)自由通过的位置，故称为天车通过式集烟罩。导流罩包括固定导流罩和移动导流罩。固定导流罩设置于炉侧和炉后，移动导流罩设置于炉前，设高低位轨道向变压器室方向开启。移动导流罩与固定导流罩在电炉上方形成一个导流罩罩口，罩口截面面积根据热射流的气流断面积公式进行设计，可略微缩小。炉前移动罩与固定罩敞开部分设计门开启机构。 c 天车通过式集烟罩的原理 电炉冶炼时，产生的大量烟气根据热辐射原理上升，此时导流罩迫使烟气在导流罩的范围内上升，减少烟气流与空气的混合，同时又抑制车间横向气流的干扰。烟气上升至顶吸罩下沿时，受引风机的负压作用，加上烟气流原有的运动惯性，烟气继续上升进入顶吸罩，然后通过管道进入除尘器净化。 d 天车通过式集烟罩的演变过程 天车通过式集烟罩可视为半密闭集烟罩与屋顶罩的变形，理由如下： (1)天车通过式集烟罩是半密闭集烟罩的变形 (见图2-82)。 (a)半密闭集烟罩(b)顶吸罩加深扩口，导流罩缩口(c)罩顶抬高，上部为顶吸罩，下部为导流罩 图2-82 半密闭集烟罩演变为天车通过式集烟罩示意图横向布置电炉的半密闭集烟罩分固定罩与移动罩，它们均在电炉上方，加废钢及检修时，将罩移到变压器顶部。 将半密闭罩原在天车下面的移动罩的主体(上部) 移到天车的上部，同时将其根据厂房条件加深并改善气流条件，从而变为天车通过式集烟罩的顶吸罩;将半密闭罩的固定罩上口渐缩，变形为天车通过式集烟罩的导流罩;炉后部分两跨厂房之间将导流罩与顶吸罩连接。 由天车通过式集烟罩示意图，可见与半密闭罩的比较。 (2)由低捕集罩(类似低伞形罩)变为中部断开的高捕集罩(类似高伞形罩)，其中高温电炉烟气用高伞形罩捕集有利，而中部断开则会增加周围空气的混入量和横向气流干扰的不利因素。 (3)顶吸罩加深、容积加大、罩形改善、导流罩上口缩小，使得烟气流上升至导流罩上口时截面较小，继续上升并扩散至顶吸罩下口时，也不易溢出，弥补了中部断开的不足。 (4)捕集罩的工作温度大为降低，同时集烟罩各组成部分基本不相关，固定导流罩固定在平台上，移动导流罩可沿高低位轨道向变压器房侧移动，顶吸罩固定在厂房顶，不存在对接吻合，使得结构更简单、更可靠。顶吸罩不存在变形的问题，导流罩工作条件较好，反之，即使出现一些变形也不影响冶炼生产及除尘设施的正常运行。 (5)导流罩的设置客观上对电炉安全生产有一定的益处，当冶炼发生大沸腾或意外爆炸事故时，导流罩可起到安全防护作用。 (6)天车通过式集烟罩也可认为是屋顶罩的改进。屋顶罩在电炉烟气捕集中由于受到厂房和厂房内设备(如天车)的影响，使屋顶罩距电炉热源表面的距离过大。烟气在热射流的作用下，在上升过程中不断混入周围空气，使气流截面逐渐扩大，烟气流量增加，加上横向气流对热气流的影响，热气流上升过程中出现偏斜，使屋顶罩的罩口尺寸在设计中增加了许多安全系数。罩口面积过大，排风量就更大。为了更好地把屋顶罩应用于大中型电炉除尘系统中，就不可避免地对屋顶罩进行改进。一是可在电炉炉后与两侧设置挡风板，至天车下缘，避免横向风对电炉热气流的影响，并起导流的作用;二是将原根据厂房屋架设计的罩口向下延伸至天车上方，进一步缩小了受横向风干扰的空间，三是为了能正常检修电炉设备或更换水冷电缆、炉体，将电炉一侧的挡风板改为可移动的移动导流罩;四是可将导流罩下部适当敞开，使之成为低温进风区，降低了热气流的温度。这样就形成了天车通过式集烟罩的雏形。天车通过式集烟罩与屋顶罩的比较分析见表2-124。 表2-124 天车通过式集烟罩与屋顶罩比较分析项 目屋顶罩天车通过式集烟罩集烟罩 结构位于冶炼区厂房屋 架下弦上方，相当于天 车通过式集烟罩的顶 吸罩炉前及电炉两侧结构封墙(变压 器侧选用室墙)，将电炉围住三面， 炉前操作敞开，且低于天车下沿， 导流罩上方设顶罩并大于导流罩， 顶吸罩引出风管至系统抗横风 干扰冶炼区屋架下弦无 遮挡之物，易受横风干 扰导流罩与顶吸罩间天车通过间 隙处易受横向气流干扰(仅指天车 行走方向)对冶炼 区工作岗 位的影响对冶炼区工作环境 有所改善，但不能隔 热、降噪，更无安全罩 作用能改善冶炼区工作环境，减少落 尘量，隔热、降噪，有安全罩作用捕集 功能电炉冶炼全过程，集 烟罩均正常捕集烟气电炉冶炼全过程，集烟罩均正常 捕集烟气续表2-124项 目屋顶罩天车通过式集烟罩对捕集 率的影响电炉四周无导流罩， 混入冷空气数量多，同 样处理风量，捕集率 低，且烟气温度低，系 统运行能耗增加由于烟气热抬升速度高，用天车 通过式在高位捕集较为有利对电炉的 影响改善了炉顶设备工 作环境改善了炉顶设备工作环境对烟柱的 影响依靠烟柱本身热抬 升力自由扩散上升至 罩口处，对加料、出钢 时的二次烟尘更无影 响。因而，只能依靠扩 大罩口面积捕吸更多 烟气迫使电炉各种工况条件下的烟 气在导流罩范围内上升，减少冷空 气混入量，控制烟柱扩散度，因而， 顶吸罩截面小捕集率70%90%(设计指标)与四孔 匹配性同天车通过式集烟 罩，但烟气温度(混合 后)稍低与四孔抽出的不经机力冷却器 冷却的高温烟气直接混合后烟气 温度110，能完全进入除尘器可以认为，天车通过式集烟罩是半密闭罩的变形，也可以认为是屋顶罩让出天车空间继续向下延伸，是屋顶罩的完善，技术和设备简单，运行可靠。 e 天车通过式集烟罩工位 电炉正常冶炼(包括加料、出钢)及换电极时，移动导流罩处于导流状态，顶吸罩正常排烟;电炉设备检修或更换水冷电缆、炉体时，开启移动导流罩至变压器房，暴露电炉，便于检修作业。 C 天车通过式集烟罩实例 某厂有30t电炉一座，主要参数如下： 电炉直径4.6m、最大出钢量48t/炉、吹氧量65m3/t 钢、电炉变压器20MVA、冶炼时间120min/炉。 原来采用屋顶罩除尘系统，但效果不佳，经多次论证，这座电炉最终确定用天车通过式集烟罩加以改造。下面就以此电炉为例，对天车通过式集烟罩与屋顶罩进行比较分析。 a 屋顶罩工艺参数计算 根据高悬罩计算公式计算屋顶罩处理风量，计算依据：热源表面距屋顶罩罩口距离为14m，热源温度与周围空气温差为150-32=118。 电炉假想点O到排烟罩罩口距离(Z)见图2-83。 Z=H+M=14+2.584.61/0.88 14+14.6=28.6(m) 电炉热射流直径(Dc)： 图2-83 屋顶罩工艺示意图Dc0.434Z0.880.43428.60.88 8.3(m) 屋顶罩罩口直径(Df)： DfDc+0.8H=8.3+0.814 19.5(m) 热源面积(Fs)： Fs/4Ds20.7854.62 16.61(m2) 屋顶罩罩口面积(Ff)： Ff/4Df20.78519.52 298.5(m2) 气流断面积(Fc)： Fc/4Dc20.785(8.3)254(m2) 罩口气流速度(Vr)： Vr0.085(Fs1/3t5/12)/(Z1/4) 0.85(16.611/31185/12)/(28.61/4) 0.085(2.557.3)/2.3=0.7(m/s) 屋顶罩设计处理风量(L)： L=VfFc+0.5(Ff-Fc)3600 0.754+0.5(298.5-54)3600 57.4104(m3/h) b 天车通过式集烟罩工艺参数计划 采用天车通过式集烟罩时，把导流罩作为一个热源，导流罩罩口至顶吸罩罩口距离H=5.1m，导流罩罩口尺寸B=5.6m，A=8.9m。根据屋顶罩的分类，当H不大于1.5(Fs热源面积)时采用低悬罩，现罩口高5.1m小于1.5 10.6m，因此按低悬罩设计。则： 罩宽：Bf5.6+0.5H=5.6+0.55.1 8.15(m)9(m) 罩长Af8.9+0.5H=11.15(m)