轉爐三次除塵系統設計與應用

王娟（中冶京誠工程技術有限公司，北京　100176）

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轉爐三次除塵系統設計與應用

王娟
（中冶京誠工程技術有限公司，北京100176）

【摘 要】目前隨著國內對煉鋼大氣污染物排放標準的嚴格要求，很多廠區引入三次除塵作為二次除塵的輔助手段。本文介紹了轉爐煙氣產生的原因，并結合某鋼廠的三次除塵系統改造方案，從除塵系統的工藝流程、除塵罩的布置及設計注意事項、三次除塵的煙氣量計算方法與結果比較這幾個方面對三次除塵的設計和應用進行闡述。

【關鍵詞】三次除塵改造煙氣量的確定

1　引言

隨著現代工業的發展，環境保護與產業發展不平衡的問題日益突出，尤其是近些年來逐漸增加的霧霾天氣，引起社會各界的廣泛關注，也使相關部門加大了治理大氣污染物的力度和決心。根據國家最新頒布的《煉鋼工業大氣污染物排放標準》，對現有企業和新建企業的大氣污染物排放濃度提出了更加嚴格的要求。很多老廠區現有的除塵系統已經無法滿足最新的排放要求。本文主要結合某鋼廠二次除塵系統改造項目，對三次除塵系統的設計與應用進行闡述。

2　轉爐三次除塵系統設計

2.1煙氣產生的原因

轉爐煉鋼，在生產過程中，通常在爐口設置一次除塵、二次除塵來捕集轉爐在吹煉、兌鐵、加廢鋼和礦石產生的煙氣。正常情況下，轉爐二次除塵通過狗窩和擋火門封閉、爐前門型排煙罩的方式基本能夠捕集到所有煙氣。但隨著生產節奏的加快，仍會有部分煙氣捕集不到溢出屋面。

目前鋼廠反映轉爐區域屋頂冒煙現象較嚴重，環境受到影響。煉鋼廠轉爐區域屋頂冒出的煙氣主要來自以下幾個方面：

（1）系統除塵點較多，部分除塵點抽風量較小。

（2）爐口平臺冒黃煙。轉爐輔原料加料系統、轉爐合金加料系統、爐后吹氬喂絲站合金加料系統的卸料小車卸料時煙塵很大。

（3）氧槍孔和部分密封不嚴密處冒黃煙。

（4）工藝操作方式不當如兌鐵速度快，或兌鐵和出鋼時爐口偏離煙氣補集罩，都會瞬時產生大量熱煙塵通過熱氣壓的作用彌散至煉鋼車間頂部。

因此本工程對現有轉爐車間進行除塵改造，增設轉爐三次除塵，目的是為煉鋼車間創造一個良好的工作環境和操作條件，并確保冶煉期間屋頂無序零排放，煉鋼區粉塵濃度排放達標，滿足勞動安全衛生的要求。

2.2三次除塵系統方案

本次工程主要是對現有煉鋼廠轉爐二次除塵系統進行改造，除了車間外增加一套新的三次除塵系統以外，車間內需要改造的范圍包括：修改排煙罩，對煙氣進行密閉隔斷、塔樓鋼結構加固、封閉屋面，改造狗窩、增加車間隔斷、改造氮封、增大風量，增設卸料處移動通風槽，調整系統除塵點數等多種措施，改善轉爐二次除塵效果。

2.2.1工藝流程

煙氣工藝流程為（如圖1所示）：塵氣→吸塵罩（密閉罩）→手動（電動）風量平衡閥→管道→布袋除塵器（及補償器）→管道→風機（及入口調節門）→煙囪（鋼制）。

轉爐兌鐵及出鋼時會有大量熱煙塵通過熱氣壓的作用彌散至煉鋼車間頂部，為捕集這部分煙氣，采用轉爐工位頂部屋面設置屋頂罩形式，將轉爐頂部范圍內的廠房屋架加以合理的圍擋形成排煙罩；罩子頂部設錐形吸風口。從屋頂罩捕集的煙氣采用濾袋過濾的干式除塵方法，負壓操作的工藝流程。

2.2.2除塵罩的布置及設計中注意事項

本次工程的煉鋼車間之前都是利用天窗和豎風井進行自然通風，通過風壓和熱壓的作用將粉塵和其他污染物排出廠房，這種無組織排放嚴重污染了周邊的環境也不符合國家對大氣污染物的排放濃度要求。這次設計采用了封閉高跨天窗，在天窗側面加屋頂罩，封閉原有豎風井在氣樓封閉處增加煙氣罩的方式來捕集三次除塵的煙氣。

由于是改造工程，因此在設置屋頂罩前要根據罩子和管道的荷載核算屋面的承受能力，如果超出屋面承受力范圍，要對屋面梁和支架支撐位置進行加固。此外還要結合建筑和結構專業對屋面天窗和豎風井進行封閉改造。屋面的改造工程量相對比較大。

2.3煙氣量的確定

對于三次除塵屋頂罩煙氣量的計算，目前國內尚無成熟的計算方法。推薦下面兩種方法以供參考。

2.3.1高懸罩理論計算

在熱射流基礎的理論上，采用《鋼鐵企業采暖通風設計手冊》對高懸罩的計算方法，見高懸罩的射流圖（圖2所示），手冊中列出了高懸罩的理論計算公式（表1所示）。

表1　高懸罩理論計算公式

式中：

d—爐子直徑（m）；

H—罩口與爐頂間距（m）；

⊿t—熱源與周圍空氣溫差（℃）；

Fs—熱源面積（m2）；

Fc—罩口熱氣流斷面積（m2）；

Vr—罩口其余面積（m2）；

Ff—罩口面積（m2）；

Fc—上升氣流在罩口處的橫斷面積（m2）

以本次工程為例，現有轉爐3x180t，每個轉爐做一個屋頂罩捕捉二次除塵以外的煙氣。根據表1的公式計算得出：見表2。

表2　計算結果

此計算結果為一個轉爐上對應的一個罩子的排風量。總排風量為轉爐個數乘以一個罩子的排風量。總的煙氣量為300 x104m3/h。

2.3.2換氣次數計算

根據多年的工程實踐和數據經驗積累，我們一般選擇車間內換氣次數的方法來計算煙氣量。按照以往的工程，三個轉爐的三次除塵的煙氣量約為80x104～130x104m3/h。

按照經驗數據，換氣次數取60～120次每小時計算。本工程設計的屋頂罩三次除塵煙氣量約為84 x104m3/h。

2.3.3計算結果比較

通過實例可以看出用高懸罩理論計算得出的煙氣量非常大。受煉鋼車間封閉性不好，大門常開，漏風點多，熱源多，氣流復雜干擾因素多等條件影響，理論計算值與實際偏差較大。從經驗來看，實踐摸索出的換氣次數法計算的煙氣量更接近實際的煙氣量，根據以往的工程，應用換氣次數法計算出的風量可以滿足使用要求。

3　結語

目前國內很多煉鋼廠的轉爐車間仍以二次除塵為主，隨著國家對環境保護的重視，不少企業都加大了環保除塵的投資力度。已有不少項目在轉爐二次除塵的基礎上增加三次除塵，實施并順利投產。三次除塵做為二次除塵的輔助手段，是對二次除塵煙氣捕集方式的一種補充和改進。實踐證明，對屋面進行封閉改造增加三次除塵后，有效的改善了屋頂冒煙的情況，煙氣的捕集效率可以達到90%以上。對于改造的工程，在施工過程中只要合理安排時間，與轉爐的生產節奏配合好，就可以在不停產的情況下對屋面進行施工改造。三次除塵作為轉爐煉鋼的除塵措施已經被越來越多的同行接受，然而也并非所有的工程項目都要增加三次除塵系統，總之，不論是二次除塵還是三次除塵在設計和制定方案前都要因地制宜，具體問題具體分析，結合現場的實際情況做出優化、高效的環保措施。

參考文獻：

［1］李承汀，徐連達等.鋼鐵企業采暖通風設計手冊［M］.北京:冶金工業出版社，1996:241.