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转炉二次烟气除尘变工况及风机调速 迟志勇 中钢集团天澄环保科技股份有限公司, 武汉 430079 摘要 根据转炉二次烟气除尘风量随冶炼周期变化的特征 , 利用工艺设备工况特征信号控制各除尘阀门的开闭, 并根 据各个除尘分支管道工况的变化, 确定系统在不同工作点的总阻力、风量和风机转速, 达到自动控制风机调速, 节约电 能的目的。 关键词 转炉; 二次烟气除尘; 变工况; 风机调速 VARIABLE CONDITION AND FAN SPEED REGULATION IN DUST COLLECTING SYSTEMS FOR SECONDARY FUME OF CONVERTERS Chi Zhiyong Sinosteel Tiancheng Environmental Protection Science secondary fume dust cleaning;variable condition; fan speed regulation 转炉在兑铁水、加废钢、 出钢、出渣等阶段产生的 烟气以及加散装料和吹氧冶炼时溢出的烟气统称为 转炉二次烟气。这些烟气具有温度高 ,粉尘粒径小, 瞬间烟气量大等特点 ,是目前转炉炼钢厂的主要污染 源,为此钢厂普遍设置了转炉二次烟气除尘系统。 1 二次烟气除尘风量及风机调速节能 转炉在不同冶炼阶段产生的烟气量差异较大 ,二 次除尘系统捕集风量也相应不同。转炉二次烟气除 尘风量以兑铁水时为最大 ,出钢时的风量为兑铁水时 的1 3～ 1 2,吹氧冶炼期的风量往往视吹氧强度以及 一次烟气除尘系统的实际效果而定 ,其风量通常等于 或略大于出钢时的风量。在设计除尘系统风量时 ,常 按兑铁水时所需要的风量确定除尘系统规模。对于 3 座转炉三吹三工作制度 ,通常按 2 台兑铁 ,1 台出钢 考虑除尘系统总风量。对于 2 座转炉或三吹二工作 制度, 可以按照一座兑铁水 ,一座出钢考虑除尘系统 最大风量 [ 1] 。 从冶炼各阶段时间对应的除尘风量分析 ,兑铁水 作业时间为 3 min, 此时需要的除尘风量最大 ; 吹氧冶 炼时间约为整个冶炼周期的 45; 此时需要的除尘风 量次之; 出钢等其余阶段需要的除尘风量略小一些。 转炉二次烟气除尘风量有下述特点 ,风量随冶炼 时间有周期性的变化, 非峰值风量的工作时间比较 长,不同工况的出现有稳定的规律 ,重现性好。所以 风量的调节可通过与工艺过程连锁实现自动控制 ,具 备实施风机自动调速的可操作性条件。目前 ,一台转 炉的二次除尘风量达 25 ～ 60 万 m 3 h, 电机功率在 1 000 kW以上 ; 对风机调速以适时调节风量节约电能 具有显著的经济性。因此 ,风机调速作为一种控制管 网风量 、 降低系统能耗的风机调节措施 , 目前在工程 上应用十分普遍。风机转速调节的方式通常采用液 力偶合器或交流变频器, 以往多数使用前者, 近几年, 随着国家经济实力增强, 性能更优越的高压交流变频 调速技术在除尘系统中正得到越来越广泛的应用 。 2 烟气捕集方式及风量阀门控制 现阶段 ,转炉二次除尘常规捕集方式为 1 设置 84 环 境 工 程 2009年 6 月第27 卷第3 期 转炉大密闭罩。将转炉操作层以上部分的转炉四周 全封闭起来,密闭罩正面为两扇可直线平移对开的挡 火门, 后面出钢侧开有两扇操作门, 四周各壁板适当 位置匀开有观察孔门。2 设置炉前排烟罩。位于挡 火门内侧上方,为双侧顶吸风型,由烟罩本体和活动钢 垂帘构成,在烟罩内侧受强烈辐射影响部位加衬耐火 材料。3 设置炉后排烟罩。在密闭罩出钢侧设置炉后 出钢吸风罩,其安装部位可根据现场实际情况采用顶 吸或侧上吸等形式。4 在操作平台下设置挡烟板,诱 导出钢、 出渣时产生的烟气进入大密闭罩 图1 [ 2] 。 1转炉; 2炉前罩; 3炉后风管; 4转炉密闭罩。 图 1 转炉密闭罩示意 在转炉除尘各个吸风支管上设置电动 或气动 阀门 ,依据转炉冶炼阶段的变化而自动 手动 控制各 阀门的开与关状态。当位于“自动”操作状态时,各阀 门与转炉冶炼作业各工况状态的工艺特征信号连锁, 除尘 PLC 控制系统根据工况特征信号指令控制各阀 门开关状态 ,并同时控制风机调速系统 , 改变风机风 量。各阀门动作及控制条件见表 1 注 控制条件可 根据现场实际有所调整 。 表 1 阀门动作及控制条件 冶炼 阶段 阀门 名称 阀门 状态 控制条件延时条件 兑铁与 加废钢 炉前阀开1. 转炉在兑铁与加废钢时 的倾斜角度到位 根据实情 定角度 ; 2. 吊运铁水包的行车正对 转炉口位置处; 3. 条件 1、 2 同时具备。 延时约 1 min 关上述条件 1、 2 破坏一条。延时约 1 min 吹炼炉前阀 密闭 小室阀 开吹炼 氧枪下降至开氧气时; 关提升氧枪时;延时约 2 min 开吹炼 氧枪下降至开氧气时;吹炼 氧枪下降至开 氧气时。 关提升氧枪时;延时约 2 min 出钢炉后阀 开炉后摇炉房操作转炉至炉后角度, 炉后阀开。 关转炉回零位时, 炉后阀关。 在补炉、维护氧枪等非生产操作以及停炉状态 时,可将控制方式转为“手动”操作状态时 ,可手动控 制各阀门的开与关,PLC 根据各阀门的开关状态控制 风机转速升降而改变风机风量 。 3 系统工况变化及风机调速计算 1 依据转炉除尘捕集风量的变化特征 ,每台转炉 可以划分为三种基本工作状态 , 即兑铁与加废钢、吹 炼、 出钢,相应可得到 3 组除尘捕集风量值。若除尘 系统治理 2 台转炉 ,二吹二制度, 根据组合的乘法原 理可知, 理论上有 9 种工况组合方式, 取消 2 台转炉 同时兑铁水状态 ,实际有 8 种工况组合方式。若除尘 系统治理 3 台转炉,则有 27 种工况组合方式; 其中剔 除3 台转炉同时兑铁水或同时出钢工况, 实际有 25 种工况组合方式 。 2 除尘系统总阻力由管网及设备各阻力累加而 得。除尘管网阻力与流量的平方成正比 。目前,转炉 除尘系统普遍采用脉冲袋式除尘器 ,该类除尘器的阻 力由两部分构成 ,即与风量平方成正比的结构阻力和 与风量成正比的滤袋平均阻力。转炉二次除尘系统 总阻力可表示为 P P0P1P2a0Q 2 a1Q 2 a2Q 1 式中 P 系统总阻力,Pa ; P0 除尘系统正在工作的支风管阻力 , P0 a0Q 2 ,Pa ; a0 支管道的综合阻力系数 ; Q 除尘系统风量 ,m 3/h; P1 除尘系统总管道的阻力 包括 ,主管道、 烟囱、除尘器结构等阻力符合 P1 a1Q 2 关系的设备 ,Pa ; a1 主管道及设备的综合阻力系数, 为常 数; P2 袋式除尘器滤料的平均阻力 , P2a2 Q ,Pa ; a2 滤袋的阻力系数。 滤袋阻力系数 a2与滤料性能、 粉尘性质 、 除尘器 清灰方式等因素有关; 在工程应用中,除尘器常采用定 压差清灰方式 ,将滤袋阻力控制在800～ 1 200 Pa范围 。 因此,可将滤料平均阻力近似看作不随风量变化的数 值而可取其平均值1 000 Pa [ 3 -4] 。工艺系统见图 2。 3 下面以治理一台转炉的除尘系统为例 图 2 , 85 环 境 工 程 2009年 6 月第27 卷第3 期 图 2 系统示意 含计算简图 阐述风机转速计算过程, 对于治理二、三座转炉除尘 系统的计算原理则与之相同。参数如下 兑铁水阶段 , 捕集风量为 40 万 m 3/h, 风机满速 运转 n 960 r min ; 系统阻力构成为 P0800 Pa, P13 200 Pa, P21 000 Pa ; P 5 000 Pa ; 出钢阶段, 捕集风量为20 万 m 3 h , P 0 400 Pa。 由公式 1 可得 , a1P1 Q 2 3200 40 2 2,在出 钢工况, P1a1Q 2 2 20 2 800 Pa ; 设 P2为 1 000 Pa不变 ,则 P 2200 Pa。当满足出钢工况风量 条件时,按照风机特性公式 Q1 Q2n1 n2 2 P1 P2 n1 n2 2 3 计算, 20 40 n1 960, n1480 r min; 代入公式 3 , 风机压头为 P15000 0. 25 1250 Pa, P1 2200 Pa,不能满足系统压力的要求。若以满足系统 压力要求2 200 Pa来计算转速 n2, 5000 2200 960 n2 2 , 得 n2637 r min ,Q226. 54 万m 3/h。显然 ,满 足除尘系统要求的转速 n0应是 480 ～ 637 r min的某 个值 ; 若准确获取 n0需要利用风机性能曲线和管网 特性曲线进行多次试算, 以求得两曲线的准确交点。 在工程 应用中 , 可取 初算的两 个转速的平 均值 558 r min近似风机转速 n0。 在实际应用中 ,因阀门关闭不严等会产生漏风, 所以应根据漏风程度适当提高风机转速 ,即在计算转 速值基础上附加漏风量系数, 作为风机新工作点的转 速值 。 4 结束语 1 转炉除尘系统捕集风量在冶炼周期内变化 ,除 尘PLC 控制系统采集各阀门的开、关状态信息 ,确定 除尘系统的工况 ,根据管网的特性曲线和风机性能曲 线判断该工况下风机需要输出的风量 、 压头及转速。 通过适时改变风机转速, 以满足各阶段对风量的要 求,最终达到节约电能的目的 。 2 参与变工况的支管数量越多, 形成的工况种类 就越多 。如 3 台转炉可以形成几十种工况组合。在 工程实际中 ,往往将风机转速的变化划分为若干档, 避免档位划分过细而不利于控制操作; 对于有些工 况,若风量值接近,可以合并为一种风量组合控制 。 3 因不同工况下各除尘支管间的阻力值有差异, 会导致管网特性曲线产生偏移。各支管间的阻力值 差异越大, 特性曲线偏离也越显著, 支管阻力趋大时, 特性曲线变陡; 支管阻力趋小时,特性曲线变缓。 4 在计算新工作点风机转速时要附加阀门等的 漏风系数。 参考文献 [ 1] 孙本中. 转炉二次烟气治理[ J] . 通风除尘, 1996 3 34 -36. [ 2] 冶金工业部建设协调司, 中国冶金建设协会. 钢铁企业采暖通 风设计手册[ M] . 北京 冶金工业出版社, 1996. [ 3] 胡学毅. 浅谈变工况除尘系统风机调速计算方法[ J] . 暖通空 调, 2001,31 6 . [ 4] 胡鉴仲. 袋式除尘器手册[ M] . 北京 中国建筑工业出版社, 1984. 作者通信处 迟志勇 430079 武汉市洪山区东湖开发区流芳园东 一工业园 中钢集团天澄环保科技股份有限公司 E -mail chizhiyong sin. com 2008- 07-31 收稿 上接第 83页 [ 3] Jeffrey Moore J. Three dimensional CFD rotordynamic analysis of gas labyrinth seals[ J] . Journal of Vibration and Acoustics. ASME, 2003, 125 427 -433. [ 4] 李晓芸, 蔡小峰. 混合 SNCR -SCR 烟气脱硝工艺及其应用[ J] . 华电技术, 2008 3 69-71. [ 5] 傅维镳, 张永廉, 王清安. 燃烧学[ M] . 北京 高等教育出版社, 1989. [ 6] 侯凌云, 侯晓春. 喷嘴技术手册[ M] . 北京 中国石化出版社, 2002. 作者通信处 郑斌 255049 山东淄博市 山东理工大学交通与车 辆工程学院 电话 0533 2782616 E -mail zhengbinsdut . edu. cn 2008- 07-21 收稿 86 环 境 工 程 2009年 6 月第27 卷第3 期