高溫熔爐消煙除塵治理的研究

黃頂強

(廣西玉柴機器股份有限公司，廣西 玉林 537005)

1 引言

電爐煉鋼是煉鋼的主要冶煉工藝，一般有電弧爐與感應爐以中頻爐感應爐為主。冶金與鑄造業廣泛使用的電弧爐和中頻電爐是以廢鋼為主要原材料[1]，在冶煉過程中由于爐料 (廢鋼)中的油脂類、鐵銹、坭塵等物質的燃燒[2]，以及金屬在高溫時的氣化而產生黑褐色的煙氣，煙氣中含有不同種類規格大小的粉塵[3]，尤其是在用吸鐵盤或輥道輸送加料 (廢鋼)的時候[4]，由于廢鋼原料中帶有各種細顆粒雜質粉塵等，這些雜質粉塵、煙塵會隨電爐產生的熱氣流從爐口急速上升，濃度較大的煙塵，上升速度較快，迅速擴散至整個車間，煙塵只能從車間的天窗和孔隙排放到大氣;高溫熔爐產生的煙塵含有 S、As、H2S、CO2、CO、N2、P、FeO、Fe2O3、SiO2、MnO、Al2O3等，這些煙塵嚴重污染作業區的環境和大氣環境，對人體的健康造成較大的威脅，為了解決這些難題，需要對中頻電爐在加料、熔煉、出鋼整個過程所產生的煙塵進行有效的控制和治理，確保達到職業健康和大氣環境排放標準[5－7]。

2 煙塵的基本情況和特點

2.1 污染物的基本情況

表1 高溫熔爐的煙氣量

表2 高溫熔爐的煙氣的成分和占比

表3 高溫熔爐的煙塵顆粒分布占比

2.2 污染物的特點

(1)電爐煙塵屬于非均性產生排放，陣發性大，煙氣量波動大，在整個煉鋼過程中，從加料、溶化、氧化、還原及出鋼過程中產生的煙塵量不同，差異較大，因此電爐煙塵凈化處理，對煙塵的控制應該是全方位全過程的。

(2)煙塵的顆粒度分布比較廣，既有煙氣又有顆粒狀的粉塵，各種成份的比重差異也較大，所選用的除塵器的濾袋需適應以上特點且過濾性能強的濾料。

(3)電爐煙塵散發點多，煙塵收集難度較大，電爐煙氣主要從電極孔(指電弧爐)爐口、爐身圈、爐頂(加料時)以及出鋼口(出鋼時)產生。在收集該部分煙氣時又要考慮到不影響電爐冶煉時的生產操作，其排煙罩的設置難度較大。

3 煙塵治理的原理和主要結構組成

3.1 煙塵治理的原理

煙塵治理流程:中頻電爐(塵源)→導流屏→集塵罩→吸風管→旋風分離器→袋式除塵器→風機→排氣筒。

采用LQGM型氣箱高壓脈沖袋式除塵器治理，氣箱高壓脈沖袋式除塵器是目前國內推行的最新穎的除塵器。它主要由上箱體 (清潔室)、中箱體(過濾室)、下箱體 (灰室)、排灰閥、噴吹機構和電氣控制等部分組成。工作時，塵氣經導流槽，因容積突然擴大，粗粒徑粉塵因風速減慢到懸浮速度以下，失去所需懸力，在重力作用下，粗粒首先落入灰斗;細微粉塵改變方向向上流動，被截留在濾袋表面，干凈尾氣則穿透濾袋到凈氣室由風機排出。由于在濾袋表面上形成粉塵層，一方面增強了濾袋的凈化效率，另一方面也增加了阻力，降低了抽煙氣能力。為了維持系統能夠正常運行，當內部阻力增加到設定限值時，吹灰機構能自動打開脈沖閥門和自動啟閉提升氣缸，輪流分室吹氣，干凈氣體以螺旋方式進入布袋頂端風口，使濾袋膨脹收縮產生的振動，把掛在袋外壁四周的粉塵抖落，使濾袋阻力減小，除塵器恢復正常。由于被吹灰的一室，首先切斷了上升的氣流，在不受干擾的情況下除塵器脈沖能夠實現自動清灰，能消除粉塵二次吸附現象。因此脈沖清灰徹底，除塵效率提高，為延長濾袋壽命，采用了無毛刺的鍍鋅濾架。

熔爐的加料方式采用小車加料，吸煙罩采用活動(旋轉)上懸吸罩，可有效的將中頻電爐在加料、熔煉、除渣時產生的煙塵收集起來抽走。用行車出鐵水時，懸罩可轉在一旁吸取游離煙氣，為防止橫向氣流的干擾，進口風速控制在3m/s。

煙罩的布局與結構以不影響工人操作、行車吊運和操作安全可靠為原則，為此采用頂吸式狹縫旋轉罩，工人操作方便。因爐氣與大量冷風同時吸入，降低了煙氣溫度，除塵器可以采用拒水防油普通濾料，不需采用高溫濾料，大大減少今后設備運行的費用;采用狹縫式煙罩，適當提高罩口風速，擴大誘導速度場，有效地使罩子周圍的煙氣進入吸罩，電爐的集煙罩后的吸風管上設有電動蝶閥控制，既符合其生產工藝上的要求，又節約了設備的投資

在進除塵器前端設置一臺火花捕集器，防止火星進入袋式除塵器，損壞濾袋(火花捕集器的尺寸為1600×2100×5000mm)。電動機采用變頻控制，以便節約能源。

3.2 煙塵治理的主要結構組成

3.2.1 集塵罩

因其不受電爐工藝設備布置的限制，不妨礙電爐車間各生產設備的工藝操作與維修，而被煉鋼廠廣泛采用。在每臺中頻電爐的上方(中頻爐廠房高22m，)的屋面上開5.5×5.5m 的方孔，設“”倒升型屋頂集煙罩，其下沿口離天車距離500mm，不影響天車通過，其抽風口設在集煙罩的上部橫側面(出口向除塵器一側)。

3.2.2 導流屏

導流屏是集塵罩不可缺少的輔助設施，因為從中頻電爐爐口到屋頂集煙罩的罩口有較長的距離，電爐產生的煙塵隨熱氣流上升到不了屋頂罩就很快在車間里就擴散開了，很容易受橫向氣流的干擾，所以要提高屋頂集煙罩的捕集效果必須在每臺電爐的三個側面設置導流屏，導流屏的高低是從電爐平臺上2m高處開始直至天車的橫梁下的500mm至(離平臺2m高是相連通的不影響行人和電爐的操作。導流屏必須豎有較牢固的支架和內壁鋪有耐溫材料的彩鋼板組成，這樣可以將電爐產生的煙氣控制在一定的范圍內，確保煙氣不擴散、不外溢，使煙氣隨爐子產生的熱氣流一起上升至屋頂集塵罩口部被抽走。這樣一方面是提高了收塵效果，另一方面導流屏還起到了隔熱防輻射和隔噪音的良好效果，使車間的生產作業環境有較大改善作用。

3.2.3 導流屏的自動門

導流屏是從三個側面將電爐圍著的，電爐的前面因加料和出鋼水就不能固定設屏，但是為將出鋼時的煙氣控制住，需采取增加集煙裝置，最好在電爐的正前方也設一段導流屏。設計兩扇活動門(門的高度是離平臺4m處開始高8m)兩扇門中間留800～1000mm的空擋，讓加料時天車的鋼絲繩索能通過，即使是天車司機控制有些偏差也不成問題，因為門是活絡的，打開了能自動復位，有效的將出鋼時的煙氣也控制在導流屏內，這兩扇門的位置必須超出平臺100mm的位置，這樣集煙效果更佳，該自動門裝置是國內首創的，門的自動復位，鉸鏈是專門設計制造。

3.2.4 煙塵的捕集效果

有了以上三項技術措施即:屋頂集煙罩+導流屏+導流屏自動門，中頻電爐的整個冶煉過程中散發出來的煙塵都被控制在導流屏內不受外界氣流的干擾，并隨熱氣流上升至屋頂集塵罩，然后抽至室外袋式除塵器凈化后達標排放。煙塵的捕集率可達95～98%，且大大降低了對作業環境的高溫、輻射和噪聲，使整個車間的生產、作業環境煥然一新。

4 煙塵治理的主要技術參數

表4 煙塵治理系統的主要技術參數:(單臺)

表5 煙塵治理系統的結構技術參數

5 煙塵治理的成效對比

5.1 治理要求

5.1.1 大氣環境檢測標準

外排煙氣執行大氣污染物綜合排放標準GB16297－1996《大氣污染物綜合排放標準》粉塵最高允許排放濃度:≤60mg/m3

5.1.2 作業現場的各抽塵點工業衛生標準

根據GBZ 2.1－2007《工作場所有害因素職業接觸限值化學有害因素》的標準(實測濃度):

含有10%以下游離態二氧化硅的粉塵濃度:≤8mg/m3

含有10%～50%游離態二氧化硅的粉塵濃度:≤1mg/m3

含有50%～80%游離態二氧化硅的粉塵濃度:≤0.7mg/m3

含有80%以上游離態二氧化硅的粉塵濃度:≤0.5mg/m3

5.1.3 工業企業噪聲衛生標準

單臺風機或系統噪聲:≤85分貝

整個系統的漏風量＜1%。

5.2 系統設備及非標鋼結構的設計、施工驗收符合以下標準

《鋼結構設計規范》GB50017－2003

《壓縮機、風機、泵安裝工程施工及驗收規范》GB50275－98

《鑄造設備安裝工程施工及驗收規范》GB50277－98

《機械設備安裝工程施工及驗收通用規范》GB50231－98

《起重設備安裝工程施工及驗收規范》GB50278－98

《鋼結構工程施工質量驗收規范》GB50205－2001

固定式鋼直梯符合GB4053.1－93固定式鋼斜梯符合GB4053.2－93防護欄符合GB4053.3－93”

5.3 煙塵治理的成效

5.3.1 大氣排放監測

表6 煙塵治理系統的排放口所測顆粒物濃度

采用TH－800V煙塵采樣儀、FA2104N電子天平，分析方法利用固定污染源排氣是顆粒物測定與氣態污染物采樣方法GB/T16157－1996。

表7 煙塵治理系統的噪聲衛生標準

采用AWA6218B型噪聲統計分析儀。

5.3.2 作業現場排放監測

表8 煙塵治理系統的作業現場煙塵濃度

采用IFC－2防爆型粉塵采樣儀、電子分析天平等。

6 結束語

根據表一、表二的監測結果，達到GB16297－1996《大氣污染物綜合排放標準》和《工業企業噪聲衛生標準》，排放口顆粒物濃度達標排放、煙塵治理系統的噪聲達標排放。根據表三的監測結果，作業現場加權平均濃度(TWA)符合國家職業衛生接觸限值要求，徹底解決了車間內作業環境的污染和大氣污染。

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