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机铸车间冶炼烟气净化系统改造 张顺喜 1 张 剑 1 杨 洁 2 1.武汉工业学院化学与环境工程系, 武汉 430023; 2.武汉新宇环保工程有限公司, 武汉 430023 摘要 针对原有两电弧炉烟气净化系统存在的问题, 采用折叠式集气罩、简易通风槽与低压长袋脉冲袋式除尘器技术 进行改造, 经一段时间运行表明 系统运行可靠, 烟尘治理效果良好, 岗位粉尘浓度、烟尘排放浓度均达到国家规定的 标准。 关键词 电弧炉; 袋式除尘器; 烟气净化; 集气罩; 改造 RECONSTRUCTION OF SMELTING FLUE GAS TREATMENT SYSTEM IN THE MECHANICAL FOUNDRY WORKSHOP Zhang Shunxi1 Zhang Jian1 Yang Jie2 1. Department of Chemical and Environmental Engineering, Wuhan Polytechnic University, Wuhan 430023, China; 2. Wuhan New Cosmos Environmental Protection Co. , Ltd. , Wuhan 430023, China Abstract In accordance with present problems of flue gas purifying system for two electric arc furnaces, folding gas -collecting hood, simple ventilated groove and low pressure long pulse bag filter were used to re the er cleaning system.The operation of a period of time shows that new flue gastreatment system canwork reliably and has a good effective dust removal. The concentration of the dust in the post and the discharge concentration can be up to the national discharge standard. Keywordselectric arc furnace; bag filter;purification of flue gas;gas -collecting hood reconstruction 1 概述 江铜集团某铜矿机械铸造公司承担该矿生产机 械的维修任务, 其机铸车间内现有 1. 5,5 t 电弧炉各 一台 。电弧炉在冶炼时, 产生的烟气量大、 温度高 、 含 尘浓度高 、 粉尘粒径小等特点 ,属于典型的污染设备。 为此, 两设备在购置当初 ,矿领导对其产生的污染非 常重视,并对污染进行了治理 , 获得了一定效果。但 由于净化系统设计上的缺陷, 整个系统运行不稳定, 设备维修频繁, 特别是在两设备使用率增加后 ,原有 净化系统已远远跟不上生产的需要 ,最终导致设备年 久失修、 老化,并停止了运转。近年来, 由于生产量日 益增加,车间环境质量急剧下降,烟雾缭绕,不仅严重 危害车间内工作人员的身体健康, 而且影响到车间 内工作人员的正常操作, 还对厂区及周围环境造成一 定程度的污染, 严重影响该公司在全矿的形象 。对此 各级领导非常重视, 并决定对原有净化处理系统进行 改造, 以有效控制两设备产生的烟尘污染 ,改善生产 车间环境 ,保障职工身体健康 ,构建和谐厂矿 。 经过实地考察 、 分析 ,找出了原来净化系统失效 的原因 ,并结合现有技术与实际情况确定了改造方 案。工程完工后 ,通过一段时间的运行 , 改造系统烟 气净化效果良好 ,运行稳定 ,各项指标达到国家规定 的标准,系统改造取得了成功 。本文旨在论述烟气净 化系统改造思路以及折叠式集气罩与简易通风槽技 术在改造工程时的应用, 以为类似电弧炉烟气净化系 统改造提供参考 。 2 烟气净化系统改造方案的确定 2. 1 原有净化方案以及存在的问题 由于两设备购置时间较早 ,根据当时的烟气净化 技术采用的治理方案如图 1 所示 。 侧吸集气罩机械振打袋式除尘器风机烟囱 图 1 电弧炉原有烟尘净化工艺流程 侧吸集气罩将电弧炉产生的烟气收集,烟气经机 械振打袋式除尘器净化后随烟囱排放,该系统在运行 初期由于使用次数少, 加之当时的排放标准不高, 烟 气经净化后基本能达到国家相关排放标准 。随着生 88 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期 产量的增加 ,该系统存在的问题逐步暴露出来 ,主要 问题有 净化系统运行不稳定 ,“烧袋”频率高 ,进一步 研究发现, 袋式除尘器滤袋点蚀破坏严重 ; 除尘时振 打强度不合适, 清灰效果差,以致气流阻力大 ,侧吸集 气罩捕集烟尘量有限 ; 侧吸集气罩在设计上存在明显 不足 ,仅对炉盖与炉体接触处产生的烟气进行收集, 而对炉门密封不严导致的外溢烟气 、 电极安装孔排放 的烟气以及钢水出炉时产生的烟气未采取措施加以 收集 ,以使部分尘源排放到车间内 ,产生了污染,另集 气罩在选取侧吸结构时也存在问题 ,因为电弧炉产生 的烟气温度较高 ,烟气受到的抬升作用力较大 ,迫使 烟气以一定速度向上流动 ,侧吸集气罩要将上升烟流 捕集到罩内 ,势必加大抽吸作用力, 随之要提高风机 风压 ,也增加了电机的功率消耗; 经过计算,发现原来 设计的风量偏小 ,导致烟气排放温度高 , 高温粉尘冷 却效果较差,也是“烧袋”频繁的原因之一。为此, 根 据用户要求,在对净化系统改造时 ,充分利“旧” ,并解 决原有设计的不足, 以使烟气净化后达到国家规定的 各项指标 。 2. 2 改造方案的确定 在对电弧炉烟气净化系统进行改造时,需对电弧 炉产生的烟尘有详细认识 。通过现场采样、 分析与测 量,炉内烟气温度高达1 200 ℃ 以上,烟气中含有的主 要气体成分为 CO、 CO2、 N2、 O2, 烟气中粉尘的主要成 分为 Fe2O3、FeO 、 CaO 、 SiO2等, 且易粘结、附着力强, 同时粒径小 , 其粒径小于 7 μ m 的粉尘累积频率达 70。根据上述烟尘特点,可选用的主要除尘设备有 湿式除尘器、 电除尘器以及袋式除尘器 。湿式除尘器 种类较多, 对烟气温度高 、 粒径小的粉尘可采用文丘 里型湿式除尘器 ,不仅捕集效果好, 而且可降低烟气 温度, 减少风机负荷 , 但需一套污水处理装置和污泥 处理装置, 由于厂区内现无该设施, 故文丘里型湿式 除尘器不宜使用 ; 电除尘器对微米、亚微米粉尘有较 好的捕集效果, 但结构复杂、 钢材使用量大,同时还需 配备一套高压电源 ,使得一次性投资较大 ,在大烟气 量下使用时才显示出优点, 由于烟尘净化成本所限, 电除尘器也不宜采用 ; 袋式除尘器经过多年的发展, 技术已日臻成熟 ,其中低压长袋脉冲袋式除尘器由于 捕集效率高 、清灰能力强、稳定性好等优点 , 已在钢 铁、 有色、 机械、矿山等众多行业中广泛应用 ,同时也 克服了机械振打袋式除尘器清灰效果差的特点, 为 此,经过相互协商, 决定采用低压长袋脉冲袋式除尘 器技术来改造原有净化系统。为防止高温粉尘“烧” 袋,一方面加大风量 , 以降低烟气温度和高温粉尘温 度,另一方面在袋式除尘器前端设置一预除尘设备, 以去除大粒径粉尘, 从而保证了滤袋设计寿命 。 针对原有集气罩设计上的缺陷 ,烟气净化系统在 改造时,对集气罩重新进行设计。在设计集气罩时基 于如下考虑 集气罩尽可能将尘源点围起来 ; 罩体控 制烟流时应符合电弧炉烟气流动特点,同时可节省能 耗。当前, 对中小型电弧炉应用较多的集气罩有炉顶 罩、 顶部旋转或移动罩、可移动密闭罩等 。炉顶罩在 电极孔周边设置罩体 ,可将电极孔产生的烟气加以收 集,罩体尺寸较大时 ,也可控制炉门 、 炉盖处产生的烟 气,但对生产操作产生影响,且仍有部分烟气外溢 ; 而 顶部旋转或移动罩虽不影响生产操作,但仍有烟气溢 出,且投资较大 ,采取该方案岗位浓度可能会超标 ,也 不宜采用; 可移动密闭罩虽一次性投资较大 ,但该方 案是将电弧炉全部围住, 故可将产生的烟气全部收集 起来, 而且不影响生产操作 ,同时能起到隔声降噪效 果,减少电弧炉噪声对周边的危害。经分析比较决定 采用可移动密闭罩来收集两电弧炉产生的烟气,考虑 现有的两电弧炉间歇冶炼的作业制度以及两电弧炉 使用空间有限的特点 ,决定将常用的两罩体可移动密 闭罩设计为多罩体可折叠移动密闭罩结构,从而避免 了场地狭小不能使用移动罩的矛盾 ,还克服了两电弧 炉操作时相互干扰问题。 在袋式除尘器进口端设置有温度传感器和混风 阀,旨在防止冶炼过程中产生的突发高温烟气, 一旦 烟气温度超过设定值时, 混风阀迅速打开 ,外界冷空 气混入 ,使烟气温度降低 ,从而保证烟气温度稳定在 设定范围内 ,以延长滤袋寿命 。 3 集气罩的设计 集气罩的设计应结合两电弧炉的大小与地面布 置形式 、 现有可提供的工作场地、现有的生产工艺以 及操作要求来考虑 。两电弧炉中间位置是两炉共同 倾倒钢水的场地 ,场地有限,为此设计一中间罩体 ,为 方便钢水倾倒, 其长度不能太长, 为能与左电炉或右 电炉围成一密闭空间, 在罩体中间设计一挡板墙; 另 外,中间罩体顶部设计一两电弧炉共用的烟气出口, 由于顶部烟气出口随中间罩体一起移动 ,为与固定烟 道联接, 设计一简易通风槽, 不仅结构简单 , 联接可 靠,而且密封良好; 中间罩体需要移动,两侧各设置有 一驱动机构 。由于两电弧炉另一侧使用场地受到限 89 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期 制,若各设计一大罩体 , 罩体打开时会影响电弧炉的 操作 ,为此 ,将一大罩体设计为可折叠的两罩体结构, 由于两罩体打开时, 罩体重叠 ,节约大量空间 ,也能在 有限场地使用, 故在两电弧炉两端设计有左大 、 小罩 体与右大 、 小罩体 。左、右大罩体设计为顶面、前面、 后面三面结构, 工作时分别将左、 右电弧炉部分罩住; 左、 右小罩体设计为顶面、前面 、后面和侧面四面结 构,工作时分别与中间罩体 、 左或右大罩体共同将相 应电弧炉围住, 以形成一密闭空间, 将电弧炉产生的 烟气收集起来; 左、 右大罩体均设计有驱动机构,不仅 使自身移动,还带动相应侧小罩体运动 ,以完成左大、 小罩体或右大、小罩体的开启与闭合。 各罩体大小除考虑两电弧炉外形尺寸外 ,各罩体 与电弧炉间距、罩体可重叠间距以及行车离地面高度 也是设计时需考虑因素。综合考虑多方因素 ,设计各 罩体尺寸为 中间罩体长 、 高 、 宽尺寸为 2m 7. 5m 5 m; 左大 、小罩体尺寸分别为 3 m 7. 5 m 5 m、 3 m 7. 2 m 4. 7 m; 右 大、小 罩体 尺寸 分别 为 2. 5 m 7. 5 m 5 m 、 2. 5 m 7. 2 m 4. 7 m; 为保证操 作工人的视线以及外界冷空气的进入, 各罩体离地 2 m范围内均未铺设钢板。 在各罩体接触处, 设计凹凸密封结构 ,且在凹槽 内铺设耐高温纤维, 保证各罩体闭合时密封良好。为 保证高温对钢结构强度的影响 , 在各罩体顶部 、 中间 罩体挡板墙两侧均铺设耐高温隔热纤维板。 为使罩体开启灵活, 各罩体均在轨道上运行; 经 现场实地勘测, 发现电弧炉靠墙体侧有大量电缆, 为 此,将罩体两侧运动轨道设置为一高一低结构 ,即一 侧设计在地面上 ,一侧离地一定高度, 为保证密闭空 间,在墙体与高架轨道间可铺设挡板, 为此还可节省 大量钢材 ,降低制造成本 。由于大 、 小罩体需重叠 ,故 在前 、 后侧均铺设有两根轨道 。各罩体运动所需车轮 均采用起重机专用车轮; 中间罩体 、 左、右大罩体均需 完成开启与闭合功能 ,故驱动机构所用电机需正向、 反向转动; 为使罩体以合适速度运行, 驱动机构需带 减速机构; 为保证各罩体实时限位, 需控制运动时产 生的惯性, 除在轨道适当位置处设置限位块外 ,还需 设置制动系统, 基于上述要求, 决定选用浙江通力公 司生产的一体化减速机, 中间罩体两减速机型号为 TRF-78 -E2. 2- 4P- 32. 72 - M1-Ⅱ- 250, 电 机 功 率 均 为 2. 2 kW ; 左、右大罩体两侧减速机型号均为 TRF-78- E4 -4P-28. 35- M1 -Ⅱ- 250, 电机功率为 4 kW; 上述减速 机均带减速 、 制动系统,结构紧凑,体积小 。减速后中 间罩体 、 大罩体运行速度分别为 12,14 m min, 速度适 宜,罩体运行平稳。 根据上述设计结果,其集气罩的结构简图如图 2 所示 。 1左小罩体; 2左大罩体; 3中间罩体; 4轨道; 5右大罩体 折叠状态 ; 6右小罩体 折叠状态 ; 7墙体; 8轨道支架; 9地面基础; 10一体化减速机; 11简易通风槽 带密封胶带 ; 12烟气出口。 图 2 集气罩结构简图 4 除尘设备的设计与选用 4. 1 预除尘设备的设计 由于原来机械振打袋式除尘器外壳为圆形,为此 决定将其改造为预除尘设备 旋风除尘器 ,将烟气 中大粒径高温粉尘除掉, 避免滤袋点蚀损坏。为提高 预除尘效果 ,除尘器进口设计为蜗壳形。 4. 2 低压长袋脉冲袋式除尘器设计 低压长袋脉冲袋式除尘器风量的确定,应结合电 弧炉的型号 、 两电弧炉生产运行制度来考虑。根据工 厂作业生产制度 两电弧炉在同一时间仅一台冶 炼的特点 ,以5 t 电弧炉来计算处理的烟气量 ,该炉实 际最大装料量为 12 t , 冶炼时间为 2. 5 h, 电炉内平 均烟气温度为1 250 ℃, 袋式除尘器设计运行温度低 于120 ℃。电弧炉原始烟气发生量按560 m 3 t 来计 算 [ 1] ,根据计算式 [ 2] 计算的烟气量为38 000 m 3 h, 考 虑温度过高时留一定安全裕量 , 取设计烟气量为 45 000 m 3 h。 袋式除尘器设计的过滤风速为 1. 2 m min, 则总 过滤面积为 640 m 2 ; 选用长滤袋, 尺寸规格为 120 mm 6 000 mm, 滤袋数量为 284 条; 滤袋材质选用耐 高温、对细微粉尘有较好捕集效果的绦纶针刺毡; 喷 吹压力设计为 0. 15 ～ 0. 25 MPa; 压气耗量 ≤1 m 3 min; 设备设计阻力≤1 200 Pa。 4. 3 引风机的选用 引风机风量的确定根据相关公式 [ 3] 计算并考虑 下转第 94 页 90 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期 自控照明。在施工过程中, 砖缝与灰缝饱满 ,混凝砂 浆捣实 ,防止出现孔洞和缝隙, 提高隔声间的隔声效 果。为了使隔声门关闭严密 , 在门上设有加压关闭 装置 。 3 工程效果 厂界噪声有关监测数据见表 5。 表 5 厂界噪声复测结果dB 昼间 Leq 测点位置第 1 次第 2 次 夜间 Leq 测点位置第1 次第 2 次 151. 752. 9149 . 648. 5 2 52. 652. 2 2 49 . 749. 6 3 51. 452. 2 3 48 . 649. 1 4 52. 252. 3 4 49 . 249. 6 5 50. 049. 5 5 48 . 147. 4 647. 847. 8646 . 046. 3 747. 148. 1745 . 345. 5 847. 247. 8846 . 246. 5 950. 150. 6948 . 149. 0 10 52. 452. 7 10 49 . 449. 8 标准值60标准值50 复测结果表明, 厂界昼间噪声监测值为 47. 1～ 52. 9 dB ,夜间噪声监测值为 45. 3～ 49. 8 dB。敏感点 昼间噪声监测值为 51. 9 ～ 53. 5 dB, 夜间噪声监测值 为49. 0～ 49. 5 dB, 均达到国家标准要求。 现场实际感觉结果表明, 除尘系统风机噪声特别 是出风口噪声明显下降 。解决了厂办公区的噪音污 染问题,消除了对厂界周围居民区的环境噪声污染, 达到了降低噪声污染的目的。 参考文献 [ 1] GB T2888- 91, 风机和罗茨风机噪声测量方法[ S] . 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