摘要:天津鋼管100 t 電爐除塵項(xiàng)目為適應(yīng)電爐的操作及提高煙氣捕集率，減少除塵系統(tǒng)煙氣量，采用第四孔捕集一次煙氣，電爐跨屋頂罩捕集二次煙氣的組合方式，間接水冷，間接風(fēng)冷，混風(fēng)降溫的干法除塵，效果顯著。針對此工程，分析除塵系統(tǒng)在設(shè)計、施工、運(yùn)行中需要注意的關(guān)鍵技術(shù)，并對除塵工藝的發(fā)展作了前瞻性的探討。

關(guān)鍵詞:電爐除塵,工程,屋頂罩,調(diào)速

1 概述

天津鋼管第二煉鋼廠節(jié)能環(huán)保改造100 t電爐項(xiàng)目采用意大利tenova 電爐技術(shù)，由意大利tenevol 提供電爐煙氣基本信息，中鋼設(shè)計院負(fù)責(zé)煉鋼工藝設(shè)計，中國京冶工程技術(shù)有限公司完成整個電爐的除塵系統(tǒng)設(shè)計。電爐除塵系統(tǒng)包括電爐一次、二次煙氣處置，采用了電爐爐蓋第四孔彎管脫開式直排與屋頂煙罩相結(jié)合的除塵工藝［1］。電爐第四孔捕集一次煙氣，煙氣捕集效率高，并減輕了電極把持器等設(shè)備的燒烤。而熔煉時從電極孔、加料孔和爐門等不嚴(yán)密處外逸于爐外的二次煙氣以及電爐在加料、出鋼、兌鐵水時產(chǎn)生的二次煙氣因其具有的突發(fā)性、排放無組織性、易受干擾性，只能憑借屋頂排煙罩來解決。一次、二次煙氣在除塵器前混合降溫，經(jīng)除塵器凈化處理后由主風(fēng)機(jī)經(jīng)煙囪排入大氣。該項(xiàng)目自2009 年5 月投產(chǎn)以來，運(yùn)行正常，廠房內(nèi)換風(fēng)及時，除塵效果好，達(dá)到預(yù)定的設(shè)計技術(shù)要求。由于電爐除塵工藝已是一種比較成熟的技術(shù)，本文著重分析100 t電爐除塵系統(tǒng)在設(shè)計、施工、運(yùn)行中值得注意的關(guān)鍵技術(shù)。

2 100 t 電爐除塵工藝

2. 1 設(shè)計工藝參數(shù)

設(shè)計工藝參數(shù)見表1。

2. 2 除塵工藝流程

電爐煙氣除塵系統(tǒng)采用第四孔直接排煙( 電爐一次排煙)、屋頂罩排煙( 電爐二次排煙) 相結(jié)合的煙氣捕集方式，間接水冷、間接風(fēng)冷、混風(fēng)冷卻的組合煙氣冷卻方式，濾袋過濾干式除塵，負(fù)壓操作。其工藝流程見圖1。

2. 3 主要除塵設(shè)備參數(shù)

2. 3. 1 布袋除塵器LFDM0875 － 24

數(shù)量:1 臺; 處理煙氣溫度: < 120 ℃; 形式: 外濾、脈沖在線清灰; 過濾面積: 20 000 m2 ; 煙氣量: 1 300 000 m3 / h;濾袋材質(zhì):覆膜滌綸針刺氈。

2. 3. 2 風(fēng)機(jī)及其配套設(shè)備

風(fēng)機(jī)及配套設(shè)備見表2。

2. 3. 3 機(jī)力風(fēng)冷器

數(shù)量:1 臺;熱交換面積:1 200 m2 ; 軸流風(fēng)機(jī)數(shù)量:6 臺;軸流風(fēng)機(jī)功率:37 kW;消聲器:6 臺;隔熱閥數(shù)量:6 臺;大傾角刮板機(jī):2 臺。

2. 3. 4 火花捕集器

直徑: 2 220 mm。

2. 3. 5 排管式水冷煙道

直徑: 2 400 mm。

2. 3. 6 方型排管式水冷燃燒室

規(guī)格:6 420 mm × 7 630 mm;高度:9 670 mm。

2. 3. 7 橢圓水冷移動彎煙道

規(guī)格:1 500 mm × 3 400 mm;角度:90°。

2. 4 電爐除塵自動控制系統(tǒng)

除塵控制系統(tǒng)由1 個中央PLC 主機(jī)架帶2 個從站組成。中央機(jī)架PLC 設(shè)備采用西門子S7 － 400，從站帶2 個461 擴(kuò)展機(jī)架。下位PLC 編程采用西門子 Step7 V5. 4 SP3 軟件，上位操作畫面采用WINCC6. 2 亞洲版軟件。上位與下位的通訊接口采用TCP / IP 協(xié)議。

設(shè)備的操作方式均為機(jī)旁( 手動) 操作和遠(yuǎn)程 ( 自動) 控制。當(dāng)設(shè)備被選擇機(jī)旁手動方操作時，不與其他設(shè)備進(jìn)行聯(lián)鎖;當(dāng)設(shè)備被選擇遠(yuǎn)程聯(lián)動方式下控制時，1) 可以遠(yuǎn)程單體控制設(shè)備，2) 可以根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行工藝連鎖控制設(shè)備。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時一般采用工藝連鎖控制方式。

在上位畫面上，可反映相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及各系統(tǒng)點(diǎn)儀表參數(shù)，并可遠(yuǎn)程控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。故障發(fā)生時，畫面有報警顯示并可隨時查詢故障記錄。

3 100 t 電爐除塵系統(tǒng)采用的關(guān)鍵技術(shù)

3. 1 屋頂罩的設(shè)計

電爐上方煙氣捕集罩方案的選定，主要是根據(jù)現(xiàn)場易操作性、排煙快捷性、車間內(nèi)部換氣性等原則，摒棄“狗窩”與“象宮”的密閉罩形式［1］，采用主、輔屋頂罩與車間整體密封搭配的煙氣捕集方式。主屋頂罩的設(shè)計按高斯虛擬點(diǎn)源法與建筑實(shí)際相結(jié)合的方式來確定罩口面積與罩口距熱源的高度，捕集罩錐體壁板傾角以45° ～ 60°［2］為宜。而在實(shí)際設(shè)計中，為降低屋頂罩高度，減輕罩體本身重量，一般捕集罩錐體壁板傾角以45°為上限。

該電爐主屋頂罩罩口尺寸為30 m × 27 m，高 12. 047 m，覆蓋煉鋼跨;而相同排風(fēng)量的原二煉鋼電爐主屋頂罩罩口尺寸為30 m × 24 m，高6. 3 m。從各自在電爐加料和出鋼期，瞬間產(chǎn)生的大量含塵熱氣流煙塵被同等風(fēng)量捕集的情況看，該項(xiàng)目主屋頂罩的捕集效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于原二煉鋼主屋頂罩的捕集效果，車間內(nèi)的二次煙氣滯留時間明顯縮短，外逸幾率有較大幅度的降低，達(dá)到了良好的捕集效果。

該項(xiàng)目電爐輔屋頂罩罩口尺寸為30 m × 7. 5 m，高10. 143 m;而相同排風(fēng)量的原二煉鋼電爐輔屋頂罩罩口尺寸為30 m × 8 m，高3. 2 m。由于二者輔屋頂罩經(jīng)常處于關(guān)閉狀態(tài)，只是起到在主屋頂罩不能開啟的情況下，輔助通風(fēng)換氣的作用，故二者相差不大。

3. 2 四孔彎管與旋轉(zhuǎn)彎頭間的環(huán)縫寬度

四孔彎管與旋轉(zhuǎn)彎頭間的環(huán)縫寬度大小，決定了旋轉(zhuǎn)彎頭吸入車間空氣量的多少，對水冷燃燒室高溫?zé)煔鉁囟扰c燃燒效率有直接的關(guān)系。對于該項(xiàng)目 100 t電爐四孔彎管與旋轉(zhuǎn)彎頭間的環(huán)縫寬度，根據(jù)計算與經(jīng)驗(yàn)值，設(shè)計選取80 mm。但考慮到旋轉(zhuǎn)彎頭出現(xiàn)障礙，不能運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而影響到電爐爐蓋的旋轉(zhuǎn)，為此，在施工調(diào)試中，將環(huán)縫寬度調(diào)整為四孔彎管與旋轉(zhuǎn)彎頭間的法蘭大小，避免影響電爐的正常運(yùn)行。

3. 3 液耦與變頻之比較

在電爐除塵工程中，對于風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能和改善風(fēng)機(jī)的起動性能，一般采用液力耦合器或變頻調(diào)速的方式來實(shí)現(xiàn)。在該項(xiàng)目100 t電爐除塵系統(tǒng)的設(shè)計選型中，對這兩種調(diào)速方式進(jìn)行了對比。

3. 3. 1 對比方案

對比方案見表3。

3. 3. 2 二者投資額度比較

變頻器及配套變頻電機(jī)單臺套總投資約300 萬元;而相應(yīng)的液力耦合器與配套電機(jī)單臺套約在100 萬元，為變頻器及變頻電機(jī)的1 /3。

3. 3. 3 單臺變頻器節(jié)能計算

在工況未定的情況下，只計算電機(jī)額定功率與變頻最低轉(zhuǎn)數(shù)時的功率在1 h 內(nèi)的比較。假設(shè)電價0. 6 元/ ( kW·h)。

ni / ne = 15 /50

ne = 960 r /min

ni = 288 r /min

ni / ne = (Ni /Ne) ^(1 /3)

288 /960 = (Ni /2374. 2) ^(1 /3)

Ni = 64. 1034 kW

Ni /0. 9 /0. 96 = 74. 2 kW

故節(jié)省電費(fèi)

0. 6 × (2 374. 2 － 74. 2) = 1 380元/ h

3. 3. 4 單臺液耦節(jié)能計算

現(xiàn)有電機(jī)額定功率為2 500 kW;

根據(jù)調(diào)試時，液耦勺管0 位時，電機(jī)電流為41A，可得:

P = squr(3) × U × I × cos ￠= 1. 732 × 10 × 41 × 0. 901 = 640 kW

故節(jié)省電費(fèi):

0. 6 × (2 500 － 640) = 1 116 元/ h

通過以上對比分析，考慮到電爐只有在出鋼后至開始裝料期間，風(fēng)機(jī)才有調(diào)至最低速的必要，一般情況下，風(fēng)機(jī)均在轉(zhuǎn)速60% 以上運(yùn)行，原二煉鋼采用的是液力耦合器的調(diào)速方式，若該項(xiàng)目采用相同型號的調(diào)速方式，可減少備件，提高效率，便于設(shè)備維護(hù)。故從經(jīng)濟(jì)性、維護(hù)性、操作性上綜合考慮，最終選用了液力耦合器調(diào)速。

3. 4 科學(xué)管理的重要性

科學(xué)合理的管理模式是電爐除塵系統(tǒng)能正常運(yùn)行的保障，在平時工作中，應(yīng)指定機(jī)械、電氣專業(yè)各1 人巡視、維護(hù)、管理，并定期清灰。每項(xiàng)操作都要記錄在案。而缺少管理，隨意起停風(fēng)機(jī)的現(xiàn)象將可能導(dǎo)致電機(jī)等設(shè)備的損害。如某鋼廠剛建成投入使用的除塵設(shè)備，因現(xiàn)場操作人員對設(shè)備不熟悉，在無人監(jiān)管的情況下，頻繁起動風(fēng)機(jī)而致使電機(jī)燒毀，從而影響了電爐生產(chǎn)，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

4 結(jié)論

天津鋼管集團(tuán)股份有限公司二煉鋼節(jié)能環(huán)保改造項(xiàng)目100 t電爐除塵系統(tǒng)采用了傳統(tǒng)的、成熟的除塵技術(shù)，并對生產(chǎn)節(jié)能與技術(shù)前瞻性做了一定的探討。同時，設(shè)備在選型時，著重于系統(tǒng)的長期運(yùn)行穩(wěn)定，如風(fēng)機(jī)壓頭的選定，在調(diào)試至運(yùn)行初期，風(fēng)機(jī)實(shí)際壓頭小于風(fēng)機(jī)額定壓頭，但從國內(nèi)各種風(fēng)機(jī)運(yùn)行1 年后，系統(tǒng)壓頭增大，風(fēng)機(jī)效率降低的情況來看，該工程中風(fēng)機(jī)壓頭有利于系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行。另外，隨著發(fā)達(dá)國家對電爐煉鋼時產(chǎn)生二惡英等有毒氣體處理的重視［2］，將改進(jìn)這種傳統(tǒng)的、成熟的電爐除塵工藝。

參考文獻(xiàn)

［1］ 王永忠，宋七棣. 電爐煉鋼除塵［M］. 北京: 冶金工業(yè)出版社，2003.

［2］ 冶金工業(yè)部建設(shè)協(xié)調(diào)司，中國冶金建設(shè)協(xié)會. 鋼鐵企業(yè)采暖通風(fēng)設(shè)計手冊［M］. 北京:冶金工業(yè)出版社，1996:237-246.

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