中频感应电炉除尘系统选型研究

（镇江中船瓦锡兰螺旋桨有限公司，江苏镇江212009）

中频感应电炉除尘系统选型研究

陈斌

（镇江中船瓦锡兰螺旋桨有限公司，江苏镇江212009）

要解决中频感应电炉烟气污染问题，须处理好烟尘捕集罩、管网阻力、除尘器结构设计等几个关键问题。本文首先介绍了五种中频感应电炉的烟气捕集罩，并对各种捕集罩的优缺点进行了对比分析。然后结合一台“一拖二”中频感应电炉的除尘系统的选型案例，详细阐述了电炉除尘器选型时应注重的关键事项。为从事电炉设计、制造和生产使用的工作人员提供有益的借鉴和参考。

中频感应电炉；烟气捕集罩；除尘系统；选型要素

中频感应电炉在有色金属铜及其合金熔化生产中应用极为广泛。加到感应电炉中的炉料主要成份有电解铜、锌、铝、钛、锡等，炉料中通常也含有油污、尘土、氧化皮，炉料在金属熔化、去渣球化和出铜水过程中产生大量烟尘，烟尘中还会含有锌或锡的氧化物，因此中频感应电炉熔化作业中所产生的烟尘对人体和环境是极其有害的。国家标准[1-2]规定了工业炉窑烟尘、生产性粉尘、有害污染物的最高允许排放浓度。标准规定：“自1997年1月1日起新建、改建、扩建的有色金属熔炼炉在一类区域禁排；在二类区域的烟尘、粉尘最高允许排放浓度为100 m g/m3；在三类区域的烟尘、粉尘最高允许排放浓度为200 m g/m3”.对1997年1月1日以前安装的电炉，其烟尘、粉尘排放该标准也有类似要求，只是排放浓度稍有放宽。因此无论是新旧电炉，为其配套合适的除尘装置是非常必要和紧迫的。要解决中频炉烟气污染问题，须处理好烟尘捕集形式、管网阻力、除尘器结构设计等几个关键问题，而除尘系统的第一步是有效地捕集烟尘，防止烟尘逃逸，然后将被捕捉的烟尘输送到除尘器本体过滤后达标排放，捕尘罩作为烟气和粉尘的吸纳、捕捉装置，在除尘器的高效运行中起着十分重要的作用，甚至决定除尘系统能否有效运行。文中介绍几种应用于中频感应电炉的烟尘捕集罩和一套双供电（一拖二）10+10 t熔炼、保温电炉除尘装置的选型实践案例。

1 电炉烟气捕集罩介绍

1.1 转动捕尘罩

转动捕尘罩位于感应电炉炉口正上方，罩子大小接近于炉口直径，电炉烟气在高温热力作用下从炉口垂直升起，正好被负压状态下的可移动捕尘罩捕捉，移动捕尘罩通过刚性风管、回转轴承固定于电炉台的立柱结构上。捕尘罩结构如图1所示，在出高温熔融的液体时（如铜水），该转动捕尘罩可由电机减速装置驱动齿轮组转动。转动捕尘罩适合炉料由人力或机动小车加入的生产工况，如加料需行车由正上方加入，需转动捕尘罩。转动捕尘罩的缺点是在出铜水时，电炉炉体向炉前倾转一定角度，此时高温烟尘会外逸，无法收集。

图1 转动捕尘罩示意图

1.2 炉口环形捕尘罩

炉口环形捕尘罩如图2所示，通过法兰与炉体连接，捕尘罩固定在感应电炉炉口四周，炉口环形罩内壁均匀设置若干小孔，高温烟气由小孔进入环形罩内，通过风管输送至除尘器本体，实际生产中要及时清理以防异物堵塞四周吸尘孔。由于感应电炉炉体需要翻转操作，风管与炉口环形捕尘罩间通过回转法兰装置过渡。为防止高温熔融液体对捕尘罩的损坏，该罩内臂四周砌筑耐高温的炉衬材料。炉口环形捕尘罩对电炉加料、高温液体的吹氮气除杂气操作没有任何影响。同转动捕尘罩相比，由于环形捕尘罩在电炉产生烟气的第一现场将烟气捕捉，烟气捕捉效率高，同等条件下可减小对除尘器的风量要求，从而节省投资成本。

图2 炉口环形捕尘罩案例

1.3 “龙卷风”炉盖捕尘罩

“龙卷风”罩是瑞典Ne d e rm a n公司生产的一种电炉除尘捕烟气装置，如图3所示。该罩的开合由油缸驱动，转动油缸安装在保护罩内以防止热辐射和金属喷溅。炉台之上全部由钢结构部件构成，被吸收的烟气通过吸尘罩旁的旋臂及管道排出。油缸驱动“龙卷风”炉盖捕尘罩的翻转，该罩最大翻转角度为90°，不影响电炉加料和吹气操作。出铜水时捕尘罩随同炉体一同翻转，能有效吸收电炉在生产运转过程中产生的烟气，包括熔炉在装料、出铜水、出渣和更换炉衬过程中的废气。该装置同时取代了电炉炉盖功能，电炉升温熔化时该装置既可吸烟气又能防止热量散发，有利于提高电炉的热效率。但该罩结构相对复杂，投资成本较高。

图3 “龙卷风”炉盖捕尘罩

1.4 炉口环形捕尘罩加旋转侧吸罩

该装置是在炉口环形捕尘罩的基础上，再增加一套旋转侧吸罩的烟尘捕集装置，从而解决了炉口环形捕尘罩在出铜水时对烟气不能进行有效捕集的弊端。旋转侧吸罩安装在两个炉台的中间位置，并装有驱动电机和旋转机构，能180°水平旋转，确保一套旋转侧吸风罩兼顾两个炉台。该捕尘罩装置如图4所示，连接炉口环形捕尘罩和旋转侧吸罩的风管上分别装有电动控制阀门，可以控制炉口环形捕尘罩和旋转侧吸罩同时或独立工作。

图4 炉口环形捕尘罩加旋转侧吸罩

1.5 屋顶吸尘罩

这种捕集罩离电炉远，只有烟尘升至屋顶，吸尘罩才发挥捕集作用，属于接受型捕集罩。烟气上升过程中，一方面不断有冷空气掺入导致烟气温度下降，影响烟气上升；另一方面烟气会受到横向风的影响，电炉烟气疏散范围扩大，因而屋顶吸尘罩要求捕集罩的罩口面积很大，除尘系统所需的风量、除尘器过滤面积、管路直径、系统动力消耗等随之增加。屋顶吸尘罩是一种投资很高的电炉除尘方式，风量比其它捕集罩都大很多。

2 中频感应电炉除尘器选型案例

2.1 中频电炉及除尘系统组成

本设备采用二台10 t中频无芯感应铜熔化炉，配置1 600 k W的变频电源供电。全套设备包括：整流变压器、逆变柜、中频电源、电容器柜、2台10 t炉体、液压系统（含液压缸、泵站）、炉体冷却塔、电源冷却塔。配套的除尘系统包括炉口除尘环、旋转侧吸罩、风管系统、除尘室、风机、排气烟囟等，电炉及除尘系统布置如图5所示。正常情况下一台电炉熔化、另一台电炉保温，采用一套中频电源同时向两组感应线圈供电，功率在两台电炉间可以任意分配，炉体直径1 200 mm，炉体高2 600 mm.

图5 电炉及除尘系统布置

2.2 除尘系统关键点的选择

电炉炉料主要是电解铜、铝、锌，炉料形状为正方形块状，须用行车吊运投料，铜水出炉前还要加入氮气驱除铜水中的氢气和其他杂气，因而采用炉口除尘环捕集形式不影响电炉工人操作空间。综合考虑操作、投资预算和除尘效果，该除尘系统捕集罩采用炉口环形捕尘罩加旋转侧吸风罩结构。

电炉操作平台下有2台逆变柜、2台电容器柜、液压站、中频电源冷却水泵组、电炉炉体冷却水泵组等成套设备。如在电炉平台下布置1 m左右直径的风管，必将给电炉设备的操作和维护带来极大的影响，最终将风管布置在地沟中（如图5所示），地沟上方铺设花纹钢板，风管从10 t电炉炉体处以最短距离、最少的弯头与除尘室相连接，在地沟中安排风管有效地降低了管道阻力。

对于中频感应电炉来说，在不同的电炉工作阶段，需要的除尘风量是不一样的。总体来说，在熔化和保温阶段，烟量小需要的风量很小；在加料阶段，烟量较多风量较大；在出铜水球化阶段，烟量最多需要的风量也最大。电炉除尘系统必须配置多个阀门，对电炉的每个操作阶段进行风量调节。在靠近除尘室进风口处还必须设置野风阀，野风阀与除尘风管中的测温元件连锁，当风管中烟气温度达到140℃时，野风阀自动打开，混入自然风，使风管中烟气温度下降，避免烧损布袋。

该除尘系统除尘器选择PP C96-8气箱式脉冲除尘器。该除尘器共计8个收尘室，每个室有96条过滤袋。过滤室用隔板分成8个独立的收尘室，每个室有一个电磁阀，一个脉冲阀，一个气缸，一个提升阀。工作时按清灰器（P L C）给定的时间，对每个收尘室轮流进行清灰，清灰时提升阀关闭，切断了通过该收尘室的气流，随即脉冲阀开启向滤袋内喷入高压空气（或氮气），清除滤袋外表面粘附的粉尘，各收尘室清灰周期由P L C编入的清灰程序控制器自动连续进行，也可以设置手动控制清灰。PP C型系列气箱脉冲除尘器的清灰特点是各室轮流进行清灰，即所谓的离线清灰。当某一个室进行喷吹清灰时，过滤气流被切断，该室已停止收尘，而其他室照常工作，避免了喷吹清灰时产生的粉尘二次飞扬，所以本系列除尘器能捕集含尘浓度高达1 300 g/m3的尘气。

2.3 除尘风量选择

除尘器风量的大小决定除尘效果的好坏和设备投资运行成本，除尘风量是除尘器选型的关键参数。中频电炉除尘器的风量计算可以根据罩口或罩内平均风速进行估算，或者通过热源辐射来计算，影响的因素很多，较为复杂。一般在实践中主要是依靠经验来估算。根据中频炉相关技术参数及现有类似工况中频电炉除尘器使用情况，10 t中频炉采用炉口除尘加旋转侧吸罩捕集方式，一般按45 000 m3/h的除尘风量来配置，再考虑到系统中1%的风量的损失，故风量配置49 500 m3/h.对于炉前旋转侧吸罩，出铜水时可通过风门阀关闭炉体吸口，打开炉前旋转侧吸罩阀门，罩面流速可达到5 m/s左右，除尘效果能得到保证。

要保证除尘网管不积尘且管网阻力适中，管道内流速选取范围为16 m/s～20 m/s，根据系统总风量风管直径取1 m，管道内流速为17.5 m/s左右，满足要求。

2.4 除尘系统操作要求

熔炼时，如1#炉熔炼，打开1#炉阀门，关闭2#炉阀门及旋转侧吸罩阀门。如2#炉熔炼，打开2#炉阀门，关闭1#炉阀门及旋转侧吸罩阀门。出铜水时，先将旋转侧吸罩旋转至要出铜水的炉前，调整旋转侧吸罩尽量靠近浇包即靠近烟源点，打开旋转侧吸罩阀门，关闭1#炉及2#炉阀门。

风机通过变频器启动、调节和关闭。合上电源，按下变频器的启动按钮，风机即开始启动；要停运风机，按下变频器的停止按钮即可。通过变频器调节电机频率来控制风机转速和风量，频率越大，风机转速越快，风量越大；频率越小，风机转速越慢，风量越小。旋动变频器上的调节旋钮，即可调节电机的频率，即时频率会显示在变频器的屏幕上。电机频率最大50 H Z，调到50 H Z时风机转速最快，风量最大。熔炼时，烟尘量较小，此时可以把电机调到低频率，以节约能源；在出铜水时烟尘量很大，此时需把电机调到最高频率，增大风量以保证除尘效果。

3 结束语

电炉烟气捕尘罩的形式多种多样，也各具优缺点。究竟选择哪种捕尘罩须结合电炉加料是行车加料还是机动小车加料，须结合是新建电炉还是改造电炉，须结合现场实际情况，还须结合投资预算，综合比较后选择。通常电炉烟气温度较高，为防止对除尘布袋的损伤，须配套温控野风阀门[3]。当风管内烟气温度达到设置临界点时，打开阀门，引入冷风降温。也有在除尘系统中加入旋风塔装置[4]，通过沉降来降低烟气温度。除尘器通常选用布袋除尘，除尘效率高，对空排放浓度低。如选用湿式喷淋塔除尘，排放的污水对环境存在二次污染问题[5]。综上所述，对中小型感应电炉，选择炉口环形捕尘罩加旋转侧吸罩烟尘捕集装置，再配套干式布袋除尘器是一种高效、实用和经济的选择。

［1］国家环境保护局科技标准司.G B9078-1996工业炉窑大气排放标准［S］.国家环境保护局，1996.

［2］中国环境科学研究院，中国环境监测总站.G B3095-1996环境空气质量标准［S］.北京：中国环境科学出版社，1996.

［3］钟柏善.高温烟气除尘系统引进野风阀使用建议［J］.工业安全与防尘，1999（07）:19-20.

［4］宋风敏.袋式除尘器和旋风除尘器的性能及其应用比较［J］.环境科学与管理，2012（8）:90-92.

［5］董芃，李军，翟明，王丽.湿式除尘器在运行中存在问题分析［J］.电站系统工程，2006（6）:29-30.

确定激振力后即可确定振动电机。

5）弹簧刚度:圆截面螺旋压缩弹簧刚度的计算。

式中:P—轴向载荷，kg·f；

F—变形量，mm；

G—弹性模量，kg·f/mm2；

d—弹簧钢丝直径，mm；

D—弹簧中径，mm；

n—弹簧有效圈数。

综上所述，设计落砂破碎一体机时，需根据负荷大小选择台面及负荷，并确定选用哪种形式，再根据铸型的落砂需要确定栅格尺寸，根据下道工序对砂团要求的大小确定筛板及筛网的尺寸。并按上面所述选择参数，然后根据受力情况，设计各部分。

选型建议:如果砂箱不太大，且连续生产，可选用落砂破碎一体机，如果是大砂箱，且集中落砂，选择落砂破碎一体机要慎重。

3 结束语

由于实现了一机多能，解决了场地有限问题，节省了对树脂砂设备的投资、维修、保养、基础施工，从而节省了资金。

参考文献：

［1］郭敬文.落砂破碎一体机的应用［J］.铸造设备与工艺，2012（4）: 8.

［2］吴剑.新型振动落砂输送机的开发［J］.铸造设备与工艺，2009（1）:8-9.

［3］刘习军，贾启芬.工程振动理论与测试技术［M］.北京：高等教育出版社，2004．

［4］闻邦春，刘树英，何口.振动机械的理论与动态设计方法［M］.北京：机械工业出版社，2002．

［5］吴剑.铸造振动机械设计与应用［M］.北京:化学工业出版社，2008.

Research on Dust Removal System Selection for Medium Frequency Induction Furnace

CHEN Bin
（Zhenjiang Wartsila-CME Propeller CO.，LTD.，Zhenjiang Jiangsu 212009，China）

To solve smoke pollution problem of medium-frequency induction furnace，it is necessary to deal with several key points such as smoke collecting hoods，resistance of ventilation pipe system and dust collector structure design.Five types smoke collecting hoods for medium-frequency induction furnace are described and the advantages and disadvantages of these hoods are analyzed in the article.Then combined with a practical case on selecting dust remover for medium-frequency induction furnace，the article sets forth several key points on selecting dust remover.It provides the helpful reference to the personnel who pursues the process design，the manufacture and the operation for the medium-frequency induction furnace.

medium-frequency induction furnace，smoke collecting hoods，dust removal system，model selection factor

TG232.3，TF066.3+8

A

1674-6694（2016）06-0014-04

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.06.005

2016-06-22

陈斌（1968-），男，学士。从事设备引进与技改，设施改造。