電爐熔化煙氣治理工藝及過程控制

詹昌俊，姜成東，楊繼忠，史 磊

（濟南鑄造鍛壓機械研究所，山東 濟南 250022）

在鑄造生產中，隨著科技和生產的發展對鑄鐵件提出更高質量的要求，例如薄壁化、輕量化、強韌化，因此為獲得更優質的鐵水，正越來越多地采用電爐熔化作業。

感應電爐熔煉鑄鐵，由于它具有鐵水溫度高，成分波動小，元素燒損少，增碳率高，便于調整鐵水成分，并同時具有熔煉和保溫雙重功能等優點，從20世紀60年代初起，在一些工業發達國家開始普及。近年來，除了對鐵水質量的要求提高以外，隨著我國電力工業的迅猛發展，環境保護要求的提高，以及生鐵和焦炭價格的攀升，對采用雙聯熔煉或以中頻感應電爐取代沖天爐這一趨勢也產生了極大的推動作用。

與沖天爐熔煉一樣，感應電爐熔化時所產生的高溫含塵煙氣也同樣需要治理，使之凈化后有組織地排放到大氣，達到環保要求。

1 電爐除塵工藝流程

感應電爐熔煉的煙氣溫度和粉塵初始濃度與沖天爐熔煉相比，雖然相對要低，但粉塵粒徑小，大多屬于顯微粉塵或超顯微粉塵，難以捕集；另外，在不同的電爐作業工況下，所需處理的煙氣量相差較大。

本文介紹的電爐除塵系統典型工藝流程見圖1。

如圖1所示，以熔化工部配備2套電爐，一拖二，共4個爐體為例：通常工作狀態下，每套電爐2個爐體為熔化/保溫交替作業，所需處理煙氣量一般可分別按100%和30%考慮，混合煙氣溫度可按＜130℃設計。煙氣管道在車間內走地溝，以減少管道占用空間，便于操作和工藝設備布置。

該除塵系統采用旋風+濾筒過濾兩級干法除塵工藝，即每臺電爐煙氣經一定長度的管道順序進入一級旋風除塵器去除粗顆粒，再進入二級脈沖濾筒除塵器凈化后，經排氣筒排入大氣。電爐出風口設置電動閥，采用PLC控制；根據每臺電爐的作業工況，通過電動閥控制其引風量。系統設置煙氣溫度檢測，在濾筒除塵器進風口管道上設置緊急電動野風閥，當檢測煙氣溫度達到并超過除塵器所設定最高工作溫度時，控制系統報警，同時快速打開電動野風閥摻入冷風以保護濾筒過濾元件。

2 除塵系統組成及過程控制

圖2所示為根據圖1流程圖所設計的某合資企業新建鑄造車間熔化工部2套電爐，一拖二，共4個爐體除塵系統成套設備，包括旋風除塵器、脈沖濾筒除塵器、旋轉卸灰閥、引風機、排氣筒，以及電動閥、脈沖清灰裝置、電控系統等。

圖2 兩級除塵工藝電爐除塵系統

2.1 旋風除塵器

該設備為組合式低阻旋風除塵器，采用星型卸灰閥連續排灰。

除塵器主要技術參數：

①型號：XD-10Ax2

①處理風量：36000～50000（m2/h）

②阻力：500Pa

除塵器工作原理：

氣流在做旋轉運動時，氣流中的粉塵顆粒會因受離心力的作用從氣流中分離出來。

除塵器特點：

①除塵器本身無運動部件，結構簡單，運行管理及維護檢修方便。

②對粉塵的物理性能無特殊要求，對粉塵負荷的適應性較強。

③可耐較高的溫度，適應高溫煙氣處理。

④設備阻力較低，除塵效率較高。

旋風除塵器一般只能捕集分離10μm以上的塵粒，例如用作一級除塵，不能作為最終除塵設備使用。

2.2 脈沖濾筒除塵器

該除塵器采用壓縮空氣脈沖噴吹清灰方式，采用褶式濾筒作為過濾元件，濾筒材質采用聚酯濾料，其配套件包括電磁脈沖閥、脈沖控制儀、壓差表等。除塵器設置維修平臺、護欄及爬梯，采用星型卸灰閥連續排灰。

除塵器主要技術參數：

①處理風量：35000～50000（m2/h）

②連續使用溫度：≤130℃

③過濾阻力：500～1000（Pa）

2.3 旋轉卸灰閥

該卸灰閥依靠星形回轉葉輪在殼體內的連續轉動而完成排灰作業。一般情況下，卸灰閥在除塵系統運行期間均連續運轉工作，以防止除塵器灰斗積灰。該卸灰閥結構緊湊，便于電氣控制，既能連續卸灰，又能取到閘閥的作用。為了保證其氣密性，回轉葉輪的葉片端部通常采用柔軟耐磨材料，以保持與殼體內壁的緊密接觸。

2.4 引風機

風機采用整體機架，帶減振裝置，可在一般基礎上直接安裝。風機進風口配置風門調節電動執行器，以便于系統工藝調整和控制；為降低風機噪聲，風機出風口配置消聲器，并將風機安裝在風機房內。

2.5 電控系統

除塵系統采用PLC自動控制，并設有煙氣溫度快速檢測和數顯裝置。電控柜包括PLC控制柜和風機啟動柜。

風機采用Y-Δ降壓起動，風機風門采用電動執行器-智能操作器調節。

除塵器旋轉卸灰閥采用自動控制和現場手動控制。

脈沖濾筒除塵器設置壓差表，可現場顯示過濾元件的內外壓差；同時還可將該壓差值換算成電信號遠程傳輸給中控室。

3 脈沖濾筒除塵器結構及技術特點

3.1 除塵器結構及工作原理

除塵器主要由灰斗、除塵室、凈氣室、脈沖噴吹清灰系統、支架、爬梯、卸灰閥等部分組成。凈氣室頂部為可拆式密封蓋板，用于安裝、檢查和更換濾筒，四周裝有護欄。灰斗兩側留有檢修門，用于檢查濾筒、清理灰斗內集灰。除塵室與凈氣室之間有花板分隔，濾筒安裝于花板上。除塵室與凈氣室之間接有壓差表。

除塵器過濾元件采用褶式濾筒。濾筒由金屬頂蓋、底座、框架內芯，褶式濾料及密封圈等五部分構成。

除塵器工作時，含塵氣體由灰斗的進風口進入除塵室，較粗顆粒直接落入灰斗，含塵氣體經濾筒過濾，粉塵阻留于濾筒表面，干凈氣體經筒口到凈氣室，由出風口、風管、引風機、排氣筒排入大氣。當濾筒表面的粉塵不斷增加，導致設備阻力上升至設定值時，脈沖控制儀控制各個脈沖閥順序工作，使壓縮空氣通過噴吹孔對濾筒進行噴吹清灰，使濾筒突然膨脹，在反向氣流的作用下，附于濾筒表面的粉塵迅速脫離濾筒落入灰斗內，粉塵由卸灰閥排出。脈沖清灰結構示意見圖3。

脈沖控制儀輸出一個信號持續時間，稱脈沖寬度。在35ms～350ms范圍內可調（每次可調1ms）。輸出兩個電信號之間的間隔時間，稱脈沖間隔。在5 s～180s范圍內可調（每次可調1s）。輸出電信號完成一個循環所需要的時間，稱脈沖周期。在1min～30min范圍內可調。控制儀可以根據清灰要求，調整脈沖間隔和沖寬度，對除塵器實施定時清灰。

3.2 除塵器技術特點

①過濾元件采用褶式濾筒（見圖4），單位體積過濾面積大，結構緊湊，節省占地空間。褶式濾筒與類似規格濾袋相比，有效過濾面積可提高2～3(倍)。以 BHA 公司 MAT6374（φ162mm×2000mm）濾筒為例，其過濾面積為4.6 m2，而與之相互換的濾袋為φ159×2000（mm），其過濾面積僅為約 1m2。因而可以大幅度提高處理風量。

②表面過濾阻力小，過濾效率高。傳統的針刺呢濾料為深層過濾機理，深層過濾依賴建立初級塵餅來過濾粉塵。以此制成的濾袋在工作初期需要在其表面建立一個初級塵餅。粉塵很容易穿透這種濾料，增大排放量，或者堵塞空氣通道，使濾袋過早失效。特別在收集帶潮氣粉塵時，更容易糊袋。而褶式濾筒選用的紡黏聚酯濾料為表面過濾機理，表面過濾不需預先形成初級塵餅，所有被收集的粉塵均被攔截在濾料的表面，其過濾效率極高，可達99.99%以上；同時又能保持相當低的運行阻力，節省壓縮空氣用量，與常規脈沖袋式除塵器相比，可降低20%～40% 。

③濾筒采用一體化設計，密封性好，整體剛性好，可以直接取代常規濾袋和籠架。高強度的沖孔鍍鋅碳鋼內芯使褶式濾筒能夠承受操作和清灰壓力，永不變形；濾筒的頂部和底部采用鍍鋅碳鋼結構，克服了常規濾袋頂部和底部易于磨損的缺點。

④濾筒應用頂裝直立式安裝，通過內嵌鋼板式密封圈直接安裝在除塵器的花板上，安裝、維修快速簡便。

⑤褶式濾筒對工況和溫度適用性廣。對微米級顆粒和超微顆粒粉塵的過濾效率極高，對含塵濃度適應性廣，含塵濃度從數克/立方米到數百克/立方米皆可進行高效率的處理。標準濾筒可在130°C下持續工作，高溫濾筒可在230°C下持續工作。

⑥貯氣包配置自動放水閥，提高噴吹氣體的質量。

⑦可選用定時或按壓差兩種方式清灰。

⑧噴吹管免工具拆裝，使濾件的更換極為簡便。

4 結 論

1）電爐除塵系統采用旋風+濾筒過濾兩級干法除塵工藝，除塵效率高，可大大降低粉塵排放濃度和排放速率，并有效提高除塵系統使用壽命。

2）采用PLC程序控制，處理煙氣量可隨電爐工況自動變化；利用過濾元件表面過濾機理，運行阻力低，達到節能減排目的。

3）可改進之處：球鐵生產時，當鐵水采用爐前沖入法進行球化處理，瞬時間產生大量白煙，小范圍內環境粉塵濃度突然增高，且粉塵分散度很高，對環境污染和對人體危害都比較大，因此需要同時考慮除塵凈化。

［1］GB 8959-2007，鑄造防塵技術規程［S］.

［2］張殿印，張學義 .除塵技術手冊［M］.北京：冶金工業出版社，2002.

［3］鑄造車間通風除塵技術編寫組.鑄造車間通風除塵技術［M］.北京：機械工業出版社，1983.