天津钢管100t电炉除尘工程.pdf

天津钢管 100 t 电炉除尘工程 肖敬斌刘克勤王爽 中国京冶工程技术有限公司， 北京 100088 摘要 天津钢管 100 t 电炉除尘项目为适应电炉的操作及提高烟气捕集率， 减少除尘系统烟气量， 采用第四孔捕集一次 烟气， 电炉跨屋顶罩捕集二次烟气的组合方式， 间接水冷， 间接风冷， 混风降温的干法除尘， 效果显著。针对此工程， 分 析除尘系统在设计、 施工、 运行中需要注意的关键技术， 并对除尘工艺的发展作了前瞻性的探讨。 关键词 电炉除尘; 工程; 屋顶罩; 调速 THE DUST REMOVAL PROJECT OF THE 100 t ELECTRIC ARC FURNACE IN No. 2 STEELMAKING PLANT OF TIANJIN STEEL TUBE Xiao JingbinLiu KeqinWang Shuang China Jingye Engineering Corporation Limited，Beijing 100088，China AbstractFor adapting the operation of the electric arc furnace，increasing the catching rate of fume and reducing the fume amount of the dust removal system，the combination of catching the primary exhaust gas from the fourth hole and catching the secondary exhaust gas from the roof cover was used in the electric arc furnace plant. The dry dust removal of the indirect water- cooling，indirect wind-cooling and mixing wind was also adopted，obvious effect was got. So it was analyzed the key technolo- gies in design，construction and running of the dedusting system. And it was discussed the development of the dust removal technics in the needing attention future. Keywordsdust removal by electric arc furnace;project;roof cover;speed-regulating 1概述 天津钢管第二炼钢厂节能环保改造100 t电炉项 目采用意大利 tenova 电炉技术， 由意大利 tenevol 提 供电炉烟气基本信息， 中钢设计院负责炼钢工艺设 计， 中国京冶工程技术有限公司完成整个电炉的除尘 系统设计。电炉除尘系统包括电炉一次、 二次烟气处 置， 采用了电炉炉盖第四孔弯管脱开式直排与屋顶烟 罩相结合的除尘工艺 ［ 1］。电炉第四孔捕集一次烟 气， 烟气捕集效率高， 并减轻了电极把持器等设备的 烧烤。而熔炼时从电极孔、 加料孔和炉门等不严密处 外逸于炉外的二次烟气以及电炉在加料、 出钢、 兑铁 水时产生的二次烟气因其具有的突发性、 排放无组织 性、 易受干扰性， 只能凭借屋顶排烟罩来解决。一次、 二次烟气在除尘器前混合降温， 经除尘器净化处理后 由主风机经烟囱排入大气。该项目自 2009 年 5 月投 产以来， 运行正常， 厂房内换风及时， 除尘效果好， 达 到预定的设计技术要求。由于电炉除尘工艺已是一 种比较成熟的技术， 本文着重分析100 t电炉除尘系 统在设计、 施工、 运行中值得注意的关键技术。 2100 t 电炉除尘工艺 2. 1设计工艺参数 设计工艺参数见表 1。 表 1设计工艺参数 电炉数 量 /座 工程容 量 /t 平均出 钢量 /t 最大出 钢量 /t 冶炼 周期 /min 最大冶炼 周期 /min 吹氧时 间 /min 单位耗 氧量 /m3 吹氧强度 / m3h － 1 最大脱碳 速度 /min 炉气含尘量 / gm －3 炉气成分 / N2CO2 CO H2OO2 除尘器烟气量 / m3h － 1 除尘器过 滤面积 /m2 烟气温 度 /℃ 11001001205055344510 5000. 05 ～0. 0618 ～ 3054. 38 32. 729. 942. 210. 7513 10520 000≤120 2. 2除尘工艺流程 电炉烟气除尘系统采用第四孔直接排烟 电炉 一次排烟 、 屋顶罩排烟 电炉二次排烟 相结合的烟 气捕集方式， 间接水冷、 间接风冷、 混风冷却的组合烟 99 环境工程 2010 年 4 月第 28 卷第 2 期 气冷却方式， 滤袋过滤干式除尘， 负压操作。其工艺流程见图 1。 图 1 100 t 电炉除尘系统流程 2. 3主要除尘设备参数 2. 3. 1布袋除尘器 LFDM0875 － 24 数量 1 台; 处理烟气温度 120 ℃ ; 形式 外 滤、 脉 冲 在 线 清 灰; 过 滤 面 积 20 000 m2; 烟 气 量 1 300 000 m3/h; 滤袋材质 覆膜涤纶针刺毡。 2. 3. 2风机及其配套设备 风机及配套设备见表 2。 表 2风机及配套设备 项目细节 /描述技术参数备注 风机形式双吸双支撑离心式引风机顺逆各 1 台 型号Y6 － 2X48B №24F 流量/ m3h －1 750 000 全压 /Pa6 800 120 ℃ 电机型号YKK800 － 6 功率 /kW2 500 电压 /V 10 000 液力耦合器型号YOTGCD1 150 W /1 0001 700 ～ 4 400 kW 外置泵式 IP54 冷却器60 m2， GLL5 － 60工作压力 1. 0 MPa 2. 3. 3机力风冷器 数量 1 台; 热交换面积 1 200 m2;轴流风机数 量 6 台; 轴流风机功率 37 kW; 消声器 6 台; 隔热阀 数量 6 台; 大倾角刮板机 2 台。 2. 3. 4火花捕集器 直径  2 220 mm。 2. 3. 5排管式水冷烟道 直径  2 400 mm。 2. 3. 6方型排管式水冷燃烧室 规格 6 420 mm 7 630 mm; 高度 9 670 mm。 2. 3. 7椭圆水冷移动弯烟道 规格 1 500 mm 3 400 mm; 角度 90。 2. 4电炉除尘自动控制系统 除尘控制系统由 1 个中央 PLC 主机架带 2 个从 站组成。中央机架 PLC 设备采用西门子 S7 － 400， 从 站带 2 个 461 扩展机架。下位 PLC 编程采用西门子 Step7 V5. 4 SP3 软件， 上位操作画面采用 WINCC6. 2 亚洲版软件。上位与下位的通讯接口采用 TCP/IP 协议。 设备的操作方式均为机旁 手动 操作和远程 自动 控制。当设备被选择机旁手动方操作时， 不 与其他设备进行联锁; 当设备被选择远程联动方式下 控制时， 1 可以远程单体控制设备， 2 可以根据实际 工况进行工艺连锁控制设备。正常运转时一般采用 工艺连锁控制方式。 在上位画面上， 可反映相关设备的运行状态及各 系统点仪表参数， 并可远程控制设备运行状态。故障 发生时， 画面有报警显示并可随时查询故障记录。 3100 t 电炉除尘系统采用的关键技术 3. 1屋顶罩的设计 电炉上方烟气捕集罩方案的选定， 主要是根据现 场易操作性、 排烟快捷性、 车间内部换气性等原则， 摒 弃 “狗窝” 与 “象宫” 的密闭罩形式 ［ 1］， 采用主、 辅屋顶 罩与车间整体密封搭配的烟气捕集方式。主屋顶罩 的设计按高斯虚拟点源法与建筑实际相结合的方式 来确定罩口面积与罩口距热源的高度， 捕集罩锥体壁 板倾角以 45 ～ 60［ 2］为宜。而在实际设计中， 为降 低屋顶罩高度， 减轻罩体本身重量， 一般捕集罩锥体 壁板倾角以 45为上限。 该电炉 主 屋 顶 罩 罩 口 尺 寸 为 30 m 27 m， 高 12. 047 m， 覆盖炼钢跨; 而相同排风量的原二炼钢电 001 环境工程 2010 年 4 月第 28 卷第 2 期 炉主屋顶罩罩口尺寸为30 m 24 m， 高6. 3 m。 从各 自在电炉加料和出钢期， 瞬间产生的大量含尘热气流 烟尘被同等风量捕集的情况看， 该项目主屋顶罩的捕 集效果要远远优于原二炼钢主屋顶罩的捕集效果， 车 间内的二次烟气滞留时间明显缩短， 外逸几率有较大 幅度的降低， 达到了良好的捕集效果。 该项目电炉辅屋顶罩罩口尺寸为30 m 7. 5 m， 高10. 143 m; 而相同排风量的原二炼钢电炉辅屋顶罩 罩口尺寸为30 m 8 m， 高3. 2 m。 由于二者辅屋顶罩 经常处于关闭状态， 只是起到在主屋顶罩不能开启的 情况下， 辅助通风换气的作用， 故二者相差不大。 3. 2四孔弯管与旋转弯头间的环缝宽度 四孔弯管与旋转弯头间的环缝宽度大小， 决定了 旋转弯头吸入车间空气量的多少， 对水冷燃烧室高温 烟气温度与燃烧效率有直接的关系。对于该项目 100 t电炉四孔弯管与旋转弯头间的环缝宽度， 根据 计算与经验值， 设计选取80 mm。 但考虑到旋转弯头 出现障碍， 不能运转， 进而影响到电炉炉盖的旋转， 为 此， 在施工调试中， 将环缝宽度调整为四孔弯管与旋 转弯头间的法兰大小， 避免影响电炉的正常运行。 3. 3液耦与变频之比较 在电炉除尘工程中， 对于风机调速节能和改善风 机的起动性能， 一般采用液力耦合器或变频调速的方 式来实现。在该项目100 t电炉除尘系统的设计选型 中， 对这两种调速方式进行了对比。 3. 3. 1对比方案 对比方案见表 3。 表 3液力耦合与变频调速对比表 调速 装置 调速 原理 可靠 性 转差 损失 调速范围 / rmin －1 传递 功率 功率因数 100 转数 50 转数 谐波 污染 使用 维护 总效率 100 转数 50 转数 初始 投资 变频 调速 变频 f 决定 于元 器件 质量 小14. 3 ～ 100高0. 90. 3最大技术 水平 要求 高 0. 950. 8最高 液耦 调速 变工 作腔 充满 度 高 有， 不能 回收。 20 ～ 97较高0. 90. 65无较简 便 0. 970. 5 M c 较低 3. 3. 2二者投资额度比较 变频器及配套变频电机单台套总投资约 300 万 元; 而相应的液力耦合器与配套电机单台套约在 100 万元， 为变频器及变频电机的 1 /3。 3. 3. 3单台变频器节能计算 在工况未定的情况下， 只计算电机额定功率与变 频最低转数时的功率在 1 h 内的比较。假设电价 0. 6 元 / kWh 。 ni/ne 15 /50 ne 960 r/min ni 288 r/min ni/ne Ni/Ne 1 /3 288 /960 Ni/2374. 2 1 /3 Ni 64. 1034 kW Ni/0. 9 /0. 96 74. 2 kW 故节省电费 0. 6 2 374. 2 － 74. 2 1 380元 /h 3. 3. 4单台液耦节能计算 现有电机额定功率为2 500 kW; 根据调试时， 液耦勺管 0 位时， 电机电流为 41A， 可得 P squr 3 U I cos ￠ 1. 732 10 41 0. 901 640 kW 故节省电费 0. 6 2 500 － 640 1 116 元 /h 通过以上对比分析， 考虑到电炉只有在出钢后至 开始装料期间， 风机才有调至最低速的必要， 一般情 况下， 风机均在转速 60 以上运行， 原二炼钢采用的 是液力耦合器的调速方式， 若该项目采用相同型号的 调速方式， 可减少备件， 提高效率， 便于设备维护。故 从经济性、 维护性、 操作性上综合考虑， 最终选用了液 力耦合器调速。 3. 4科学管理的重要性 科学合理的管理模式是电炉除尘系统能正常运 行的保障， 在平时工作中， 应指定机械、 电气专业各 1 人巡视、 维护、 管理， 并定期清灰。每项操作都要记录 在案。而缺少管理， 随意起停风机的现象将可能导致 电机等设备的损害。如某钢厂刚建成投入使用的除 尘设备， 因现场操作人员对设备不熟悉， 在无人监管 的情况下， 频繁起动风机而致使电机烧毁， 从而影响 了电炉生产， 造成了严重的经济损失。 4结论 天津钢管集团股份有限公司二炼钢节能环保改 造项目100 t电炉除尘系统采用了传统的、 成熟的除 尘技术， 并对生产节能与技术前瞻性做了一定的探 下转第 113 页 101 环境工程 2010 年 4 月第 28 卷第 2 期 起的温室效应影响用全球变暖潜力值 GWP global warming potential 来衡量。根据联合国政府间气温 变化专业委员会 IPCC 的报告， 以 100 年影响尺度 为计， GWP 单位 二氧化碳当量 计算见式 8 ［ 5］。 GWP f CO2 /12 44 f CH4 /12 16 21 f N2O /28 44 310 8 式中f CO2 CO2净排放量， kg; f CH4 CH4排放量， kg; f N2O N2O 排放量， kg。 清单列表 1 中， 焊接产生的 CO2每立方米空气 中含 量 为 10 500 mg， 根 据 式 8 ， 相 应 的 GWP 0. 0385 二氧化碳当量。 根据以上的分析， a. 资源耗竭类影响指标 焊条 消耗量 0. 15 kg; 电能消耗量 2. 9 kWh 。 b. 生态影 响类影响指标 全球变暖潜力值 GWP 0. 0385 二氧化 碳当量。c. 人体健康类影响总指标人体健康影响 总指标 H 为 24。 3. 3电弧焊接过程环境影响总指数 GEIA焊的计算 对上面得到的各项指标进行量纲的归一化处理。 归一化的方法是 对于资源消耗， 采用其资源利用率; 对于其他环境影响类， 则用实际指标的数值除以该类 指标在一定条件下所允许的最大值。 对于人体健康， 此次焊接过程可能达到的最大值 为 72， 那么人体健康影响总指标 H 归一化后的值 H′ 24 /72 0. 34。 对于全球变暖潜力值 GWP， 焊接所允许的 CO2 浓度为36 000 mg/m3， 那么归一化后的 GWP′ 0. 29。 根据计算焊条的资源利用率 P焊条 0. 62， 对资 源耗竭的影响P′焊条 1 － 0. 62 0. 38， 电能的资源利 用 率 P电能 0 . 7 5 ， 对 资 源 耗 竭 的 影 响 P′ 电能 1 － 0. 75 0. 25。 加权计算得到此次焊接过程的最终环境影响总 指数 GEIA焊 0. 38 0. 25 0. 2 0. 34 0. 4 0. 29 0. 4 0. 126 0. 136 0. 116 0. 378 从计算结果可见， 焊接是一个对人体健康损伤很 大的工种。同时， 此次焊接过程对资源耗竭的影响也 较大。这是由于此次手工电弧焊接过程采用的是焊 条， 其原材料 焊条 的利用率太低， 如果采用焊丝 后， 则原材料 焊丝 的利用率最高可以达到 0. 98。 其次， CO2对全球变暖也有一定影响， 应该从降低 CO2浓度的角度改进焊接的绿色性。 4结论 1 建立了生产过程环境影响评估系统的结构 图， 分析了车间生产过程中的物料资源和能源的消耗 指标以及环境污染排放影响指标体系。 2 建立了生产过程的环境影响评价模型及其分 析方法， 并通过对电弧焊接过程的实例分析证明了评 价模型的可行性。 参考文献 ［ 1］ 戴宏民， 戴佩华. 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