酒钢不锈钢炼钢电炉除尘研究与技术改造

舒 刚 吕永鹏 周纪帅

（中冶南方工程技术有限公司，湖北 武汉430223）

1 概述

酒钢集团宏兴股份公司不锈钢分公司炼钢分厂原有100吨电炉区域除尘效果不理想，冶炼期间有大量烟气从狗屋逸出，逸出的烟无法完全通过屋顶罩捕集，导致烟气在厂房内弥散并逸出厂房，对生产现场和周围环境造成了污染。

在对现有电炉区域的现场检测的基础上，结合理论计算分析提出了合理的改造措施，项目实施后，电炉除尘效果得到很好的改善。

2 改造前电炉除尘的情况

该电炉除尘系统采用炉内排烟（一次烟气）和密闭罩（狗屋）及屋顶罩联合排烟（二次烟气）的混合系统，一次烟气和二次烟气在混风器内混合后进入除尘器。二次烟气除尘系统还包括电炉扒渣站和电炉上下料除尘点。除尘管道上设置有电动调节阀门，根据不同的生产工艺过程，控制阀门的开启，满足除尘工艺要求。在电炉加料、兑铁阶段，四孔和狗屋烟道阀门关闭，屋顶罩阀门开启，烟气通过屋顶罩捕集；冶炼阶段，屋顶罩阀门关闭，四孔烟道和狗屋烟道阀门开启，烟气通过四孔和狗屋除尘系统捕集；出钢阶段，屋顶罩和四孔烟道阀门关闭，狗屋阀门开启，烟气通过狗屋除尘系统捕集。

改造前电炉除尘的流程图见下图：

图1 改造前电炉除尘系统流程图

电炉冶炼原设计采用每炉“50%废钢+50%铁水”的配料方式，目前采用全冷料冶炼和“50%废钢+50%铁水”冶炼两种方式，其中“50%废钢+50%铁水”的冶炼模式约占电炉总生产炉数的60%。

改造前电炉除尘设置一套布袋除尘系统，系统处理烟气量1385000m3/h，包含布袋除尘器、离心风机、高压变频电机及输灰系统等。改造前布袋除尘系统烟囱的排放浓度为50Nmg/m3，不能满足最新对于钢铁行业超低排放的要求[1]。

3 电炉除尘系统改造

电炉冶炼时产生的有害物质主要体现在电炉的加料、冶炼和出钢三个阶段[2]。受到业主生产组织的限制，本次改造不改造第四孔排烟的水冷管道及机力冷却器设施，主要针对电炉狗屋排烟罩和电炉屋顶除尘进行改造。

3.1 电炉屋顶罩改造

现有电炉屋顶除尘罩为典型的热源上空接受式排烟罩，电炉烟气与周围的空气温度存在较大温差，通过对流散热将热量传给周围空气，周围空气受热上升，形成热射流。对热射流观察发现，在离热源表面1～2 倍热源直径处，射流发生收缩，在收缩断面上流速最大，随后上升气流逐步缓慢变大。因此可以将电炉捕集的情况近视看成从一个假想点源逐步扩散的过程[3]。排烟罩与热源的距离，排烟罩的面积以及排风量，对于电炉屋顶除尘罩的排烟效果有决定性的影响。

图2 电炉屋顶除尘罩

Q- 热源的对流散热量 kJ/s

α- 对流换热系数 J/（m2·S·℃）

△t- 热源点温度与周围的温度差℃，兑铁水工况时，温差可取330℃

B- 热源点的直径m，电炉直径～7.4m

H- 热源点与屋顶罩的距离m，取25m

表1 新增电炉除尘系统主要设备参数表

根据上述公式和参数，计算得到热射流的流量LZ=302m3/s=1087200m3/h

那么屋顶罩的排风量L=LZ+V'×F' （5）

其中F'- 罩口的扩大面积，等于罩口面积减去热射流的面积

V'- 扩大面积上的风速，取0.5m/s

热射直径DZ=0.36×H+B=0.36×25+7.4=16.4m （6）

本项目罩口实际面积=24m×18m，满足烟气捕集的要求

F'=24×18-π/4×（16.4）2=220.8m2

计算得到屋顶罩的排风量 L=302+220.8 ×0.5=412.4m3/s=1484640m3/h

根据理论分析及计算，本次对电炉屋顶除尘主要的改造措施有：

（1）现有电炉屋顶罩为尖顶结构，储存烟气的容积有限，不利于存储瞬间散发的大量烟气，在维持罩口面积不变的前提下，将尖顶结构改造为平顶结构，增大储烟的容积；

（2）现有电炉除尘屋顶的风量远低于计算屋顶排烟罩需要的排烟量，需要新增除尘设施，增大现有屋顶罩的排烟量。

3.2 电炉狗屋除尘点改造

改造前电炉狗屋采用侧吸的方式，在狗屋的东侧和西侧分别布置有除尘口及除尘管道。经过项目实际现场考察，电炉冶炼过程中，尤其是吹氧工况下，大量的高浓度、高热压的烟气直接冲击到电炉狗屋顶部，侧面布置的吸尘口无法捕集，大量烟气逸散到狗屋之外，给车间环境及行车的运行均带来较大不利影响。

本次改造将电炉狗屋的抽尘口布置到电炉狗屋顶部移动大门处，活动除尘罩可以随着电炉狗屋大门活动，当狗屋大门关闭时，除尘罩口与除尘管道接口对接，用于捕集和输送狗屋内的含尘烟气。有研究表明，电炉狗屋除尘罩改到顶部之后，烟气在水平方向的扩散明显降低，厂房纵向的烟气温度随高度的增加衰减加快，捕集效率得到明显提高[4]。

3.3 新增电炉除尘设施

经过分析计算，改造前电炉除尘系统处理烟气量不能满足电炉除尘的要求，需要新增一套布袋除尘设施，新增布袋除尘设施主要参数见表。

经过上述改造之后，电炉除尘效果良好，不仅减少了电炉厂房烟气外逸对主厂房外环境污染，改善了车间内岗位环境，也减少了企业由于环保问题的停产时间，产生了很好的社会效益和经济效益。

4 结论

4.1电炉屋顶捕集罩的风量，要在电炉兑铁水最不利工况下，结合厂房的布置结合理论计算确定，罩口的尺寸，必须大于罩口高度热射流的尺寸。

4.2电炉屋顶罩的设计要采用大容积的方式，保证足够的容烟量。

4.3电炉狗屋的抽尘口，宜以布置在狗屋顶部为主，狗屋侧面为辅，主要除尘风量应分配到顶部抽尘口。