高温熔炉消烟除尘治理的研究

黄顶强

(广西玉柴机器股份有限公司，广西 玉林 537005)

1 引言

电炉炼钢是炼钢的主要冶炼工艺，一般有电弧炉与感应炉以中频炉感应炉为主。冶金与铸造业广泛使用的电弧炉和中频电炉是以废钢为主要原材料[1]，在冶炼过程中由于炉料 (废钢)中的油脂类、铁锈、坭尘等物质的燃烧[2]，以及金属在高温时的气化而产生黑褐色的烟气，烟气中含有不同种类规格大小的粉尘[3]，尤其是在用吸铁盘或辊道输送加料 (废钢)的时候[4]，由于废钢原料中带有各种细颗粒杂质粉尘等，这些杂质粉尘、烟尘会随电炉产生的热气流从炉口急速上升，浓度较大的烟尘，上升速度较快，迅速扩散至整个车间，烟尘只能从车间的天窗和孔隙排放到大气;高温熔炉产生的烟尘含有 S、As、H2S、CO2、CO、N2、P、FeO、Fe2O3、SiO2、MnO、Al2O3等，这些烟尘严重污染作业区的环境和大气环境，对人体的健康造成较大的威胁，为了解决这些难题，需要对中频电炉在加料、熔炼、出钢整个过程所产生的烟尘进行有效的控制和治理，确保达到职业健康和大气环境排放标准[5－7]。

2 烟尘的基本情况和特点

2.1 污染物的基本情况

表1 高温熔炉的烟气量

表2 高温熔炉的烟气的成分和占比

表3 高温熔炉的烟尘颗粒分布占比

2.2 污染物的特点

(1)电炉烟尘属于非均性产生排放，阵发性大，烟气量波动大，在整个炼钢过程中，从加料、溶化、氧化、还原及出钢过程中产生的烟尘量不同，差异较大，因此电炉烟尘净化处理，对烟尘的控制应该是全方位全过程的。

(2)烟尘的颗粒度分布比较广，既有烟气又有颗粒状的粉尘，各种成份的比重差异也较大，所选用的除尘器的滤袋需适应以上特点且过滤性能强的滤料。

(3)电炉烟尘散发点多，烟尘收集难度较大，电炉烟气主要从电极孔(指电弧炉)炉口、炉身圈、炉顶(加料时)以及出钢口(出钢时)产生。在收集该部分烟气时又要考虑到不影响电炉冶炼时的生产操作，其排烟罩的设置难度较大。

3 烟尘治理的原理和主要结构组成

3.1 烟尘治理的原理

烟尘治理流程:中频电炉(尘源)→导流屏→集尘罩→吸风管→旋风分离器→袋式除尘器→风机→排气筒。

采用LQGM型气箱高压脉冲袋式除尘器治理，气箱高压脉冲袋式除尘器是目前国内推行的最新颖的除尘器。它主要由上箱体 (清洁室)、中箱体(过滤室)、下箱体 (灰室)、排灰阀、喷吹机构和电气控制等部分组成。工作时，尘气经导流槽，因容积突然扩大，粗粒径粉尘因风速减慢到悬浮速度以下，失去所需悬力，在重力作用下，粗粒首先落入灰斗;细微粉尘改变方向向上流动，被截留在滤袋表面，干净尾气则穿透滤袋到净气室由风机排出。由于在滤袋表面上形成粉尘层，一方面增强了滤袋的净化效率，另一方面也增加了阻力，降低了抽烟气能力。为了维持系统能够正常运行，当内部阻力增加到设定限值时，吹灰机构能自动打开脉冲阀门和自动启闭提升气缸，轮流分室吹气，干净气体以螺旋方式进入布袋顶端风口，使滤袋膨胀收缩产生的振动，把挂在袋外壁四周的粉尘抖落，使滤袋阻力减小，除尘器恢复正常。由于被吹灰的一室，首先切断了上升的气流，在不受干扰的情况下除尘器脉冲能够实现自动清灰，能消除粉尘二次吸附现象。因此脉冲清灰彻底，除尘效率提高，为延长滤袋寿命，采用了无毛刺的镀锌滤架。

熔炉的加料方式采用小车加料，吸烟罩采用活动(旋转)上悬吸罩，可有效的将中频电炉在加料、熔炼、除渣时产生的烟尘收集起来抽走。用行车出铁水时，悬罩可转在一旁吸取游离烟气，为防止横向气流的干扰，进口风速控制在3m/s。

烟罩的布局与结构以不影响工人操作、行车吊运和操作安全可靠为原则，为此采用顶吸式狭缝旋转罩，工人操作方便。因炉气与大量冷风同时吸入，降低了烟气温度，除尘器可以采用拒水防油普通滤料，不需采用高温滤料，大大减少今后设备运行的费用;采用狭缝式烟罩，适当提高罩口风速，扩大诱导速度场，有效地使罩子周围的烟气进入吸罩，电炉的集烟罩后的吸风管上设有电动蝶阀控制，既符合其生产工艺上的要求，又节约了设备的投资

在进除尘器前端设置一台火花捕集器，防止火星进入袋式除尘器，损坏滤袋(火花捕集器的尺寸为1600×2100×5000mm)。电动机采用变频控制，以便节约能源。

3.2 烟尘治理的主要结构组成

3.2.1 集尘罩

因其不受电炉工艺设备布置的限制，不妨碍电炉车间各生产设备的工艺操作与维修，而被炼钢厂广泛采用。在每台中频电炉的上方(中频炉厂房高22m，)的屋面上开5.5×5.5m 的方孔，设“”倒升型屋顶集烟罩，其下沿口离天车距离500mm，不影响天车通过，其抽风口设在集烟罩的上部横侧面(出口向除尘器一侧)。

3.2.2 导流屏

导流屏是集尘罩不可缺少的辅助设施，因为从中频电炉炉口到屋顶集烟罩的罩口有较长的距离，电炉产生的烟尘随热气流上升到不了屋顶罩就很快在车间里就扩散开了，很容易受横向气流的干扰，所以要提高屋顶集烟罩的捕集效果必须在每台电炉的三个侧面设置导流屏，导流屏的高低是从电炉平台上2m高处开始直至天车的横梁下的500mm至(离平台2m高是相连通的不影响行人和电炉的操作。导流屏必须竖有较牢固的支架和内壁铺有耐温材料的彩钢板组成，这样可以将电炉产生的烟气控制在一定的范围内，确保烟气不扩散、不外溢，使烟气随炉子产生的热气流一起上升至屋顶集尘罩口部被抽走。这样一方面是提高了收尘效果，另一方面导流屏还起到了隔热防辐射和隔噪音的良好效果，使车间的生产作业环境有较大改善作用。

3.2.3 导流屏的自动门

导流屏是从三个侧面将电炉围着的，电炉的前面因加料和出钢水就不能固定设屏，但是为将出钢时的烟气控制住，需采取增加集烟装置，最好在电炉的正前方也设一段导流屏。设计两扇活动门(门的高度是离平台4m处开始高8m)两扇门中间留800～1000mm的空挡，让加料时天车的钢丝绳索能通过，即使是天车司机控制有些偏差也不成问题，因为门是活络的，打开了能自动复位，有效的将出钢时的烟气也控制在导流屏内，这两扇门的位置必须超出平台100mm的位置，这样集烟效果更佳，该自动门装置是国内首创的，门的自动复位，铰链是专门设计制造。

3.2.4 烟尘的捕集效果

有了以上三项技术措施即:屋顶集烟罩+导流屏+导流屏自动门，中频电炉的整个冶炼过程中散发出来的烟尘都被控制在导流屏内不受外界气流的干扰，并随热气流上升至屋顶集尘罩，然后抽至室外袋式除尘器净化后达标排放。烟尘的捕集率可达95～98%，且大大降低了对作业环境的高温、辐射和噪声，使整个车间的生产、作业环境焕然一新。

4 烟尘治理的主要技术参数

表4 烟尘治理系统的主要技术参数:(单台)

表5 烟尘治理系统的结构技术参数

5 烟尘治理的成效对比

5.1 治理要求

5.1.1 大气环境检测标准

外排烟气执行大气污染物综合排放标准GB16297－1996《大气污染物综合排放标准》粉尘最高允许排放浓度:≤60mg/m3

5.1.2 作业现场的各抽尘点工业卫生标准

根据GBZ 2.1－2007《工作场所有害因素职业接触限值化学有害因素》的标准(实测浓度):

含有10%以下游离态二氧化硅的粉尘浓度:≤8mg/m3

含有10%～50%游离态二氧化硅的粉尘浓度:≤1mg/m3

含有50%～80%游离态二氧化硅的粉尘浓度:≤0.7mg/m3

含有80%以上游离态二氧化硅的粉尘浓度:≤0.5mg/m3

5.1.3 工业企业噪声卫生标准

单台风机或系统噪声:≤85分贝

整个系统的漏风量＜1%。

5.2 系统设备及非标钢结构的设计、施工验收符合以下标准

《钢结构设计规范》GB50017－2003

《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》GB50275－98

《铸造设备安装工程施工及验收规范》GB50277－98

《机械设备安装工程施工及验收通用规范》GB50231－98

《起重设备安装工程施工及验收规范》GB50278－98

《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205－2001

固定式钢直梯符合GB4053.1－93固定式钢斜梯符合GB4053.2－93防护栏符合GB4053.3－93”

5.3 烟尘治理的成效

5.3.1 大气排放监测

表6 烟尘治理系统的排放口所测颗粒物浓度

采用TH－800V烟尘采样仪、FA2104N电子天平，分析方法利用固定污染源排气是颗粒物测定与气态污染物采样方法GB/T16157－1996。

表7 烟尘治理系统的噪声卫生标准

采用AWA6218B型噪声统计分析仪。

5.3.2 作业现场排放监测

表8 烟尘治理系统的作业现场烟尘浓度

采用IFC－2防爆型粉尘采样仪、电子分析天平等。

6 结束语

根据表一、表二的监测结果，达到GB16297－1996《大气污染物综合排放标准》和《工业企业噪声卫生标准》，排放口颗粒物浓度达标排放、烟尘治理系统的噪声达标排放。根据表三的监测结果，作业现场加权平均浓度(TWA)符合国家职业卫生接触限值要求，彻底解决了车间内作业环境的污染和大气污染。

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