高溫熔爐消煙除塵治理的研究

黃頂強(qiáng)

(廣西玉柴機(jī)器股份有限公司，廣西 玉林 537005)

1 引言

電爐煉鋼是煉鋼的主要冶煉工藝，一般有電弧爐與感應(yīng)爐以中頻爐感應(yīng)爐為主。冶金與鑄造業(yè)廣泛使用的電弧爐和中頻電爐是以廢鋼為主要原材料[1]，在冶煉過程中由于爐料 (廢鋼)中的油脂類、鐵銹、坭塵等物質(zhì)的燃燒[2]，以及金屬在高溫時的氣化而產(chǎn)生黑褐色的煙氣，煙氣中含有不同種類規(guī)格大小的粉塵[3]，尤其是在用吸鐵盤或輥道輸送加料 (廢鋼)的時候[4]，由于廢鋼原料中帶有各種細(xì)顆粒雜質(zhì)粉塵等，這些雜質(zhì)粉塵、煙塵會隨電爐產(chǎn)生的熱氣流從爐口急速上升，濃度較大的煙塵，上升速度較快，迅速擴(kuò)散至整個車間，煙塵只能從車間的天窗和孔隙排放到大氣;高溫熔爐產(chǎn)生的煙塵含有 S、As、H2S、CO2、CO、N2、P、FeO、Fe2O3、SiO2、MnO、Al2O3等，這些煙塵嚴(yán)重污染作業(yè)區(qū)的環(huán)境和大氣環(huán)境，對人體的健康造成較大的威脅，為了解決這些難題，需要對中頻電爐在加料、熔煉、出鋼整個過程所產(chǎn)生的煙塵進(jìn)行有效的控制和治理，確保達(dá)到職業(yè)健康和大氣環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)[5－7]。

2 煙塵的基本情況和特點(diǎn)

2.1 污染物的基本情況

表1 高溫熔爐的煙氣量

表2 高溫熔爐的煙氣的成分和占比

表3 高溫熔爐的煙塵顆粒分布占比

2.2 污染物的特點(diǎn)

(1)電爐煙塵屬于非均性產(chǎn)生排放，陣發(fā)性大，煙氣量波動大，在整個煉鋼過程中，從加料、溶化、氧化、還原及出鋼過程中產(chǎn)生的煙塵量不同，差異較大，因此電爐煙塵凈化處理，對煙塵的控制應(yīng)該是全方位全過程的。

(2)煙塵的顆粒度分布比較廣，既有煙氣又有顆粒狀的粉塵，各種成份的比重差異也較大，所選用的除塵器的濾袋需適應(yīng)以上特點(diǎn)且過濾性能強(qiáng)的濾料。

(3)電爐煙塵散發(fā)點(diǎn)多，煙塵收集難度較大，電爐煙氣主要從電極孔(指電弧爐)爐口、爐身圈、爐頂(加料時)以及出鋼口(出鋼時)產(chǎn)生。在收集該部分煙氣時又要考慮到不影響電爐冶煉時的生產(chǎn)操作，其排煙罩的設(shè)置難度較大。

3 煙塵治理的原理和主要結(jié)構(gòu)組成

3.1 煙塵治理的原理

煙塵治理流程:中頻電爐(塵源)→導(dǎo)流屏→集塵罩→吸風(fēng)管→旋風(fēng)分離器→袋式除塵器→風(fēng)機(jī)→排氣筒。

采用LQGM型氣箱高壓脈沖袋式除塵器治理，氣箱高壓脈沖袋式除塵器是目前國內(nèi)推行的最新穎的除塵器。它主要由上箱體 (清潔室)、中箱體(過濾室)、下箱體 (灰室)、排灰閥、噴吹機(jī)構(gòu)和電氣控制等部分組成。工作時，塵氣經(jīng)導(dǎo)流槽，因容積突然擴(kuò)大，粗粒徑粉塵因風(fēng)速減慢到懸浮速度以下，失去所需懸力，在重力作用下，粗粒首先落入灰斗;細(xì)微粉塵改變方向向上流動，被截留在濾袋表面，干凈尾氣則穿透濾袋到凈氣室由風(fēng)機(jī)排出。由于在濾袋表面上形成粉塵層，一方面增強(qiáng)了濾袋的凈化效率，另一方面也增加了阻力，降低了抽煙氣能力。為了維持系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，當(dāng)內(nèi)部阻力增加到設(shè)定限值時，吹灰機(jī)構(gòu)能自動打開脈沖閥門和自動啟閉提升氣缸，輪流分室吹氣，干凈氣體以螺旋方式進(jìn)入布袋頂端風(fēng)口，使濾袋膨脹收縮產(chǎn)生的振動，把掛在袋外壁四周的粉塵抖落，使濾袋阻力減小，除塵器恢復(fù)正常。由于被吹灰的一室，首先切斷了上升的氣流，在不受干擾的情況下除塵器脈沖能夠?qū)崿F(xiàn)自動清灰，能消除粉塵二次吸附現(xiàn)象。因此脈沖清灰徹底，除塵效率提高，為延長濾袋壽命，采用了無毛刺的鍍鋅濾架。

熔爐的加料方式采用小車加料，吸煙罩采用活動(旋轉(zhuǎn))上懸吸罩，可有效的將中頻電爐在加料、熔煉、除渣時產(chǎn)生的煙塵收集起來抽走。用行車出鐵水時，懸罩可轉(zhuǎn)在一旁吸取游離煙氣，為防止橫向氣流的干擾，進(jìn)口風(fēng)速控制在3m/s。

煙罩的布局與結(jié)構(gòu)以不影響工人操作、行車吊運(yùn)和操作安全可靠為原則，為此采用頂吸式狹縫旋轉(zhuǎn)罩，工人操作方便。因爐氣與大量冷風(fēng)同時吸入，降低了煙氣溫度，除塵器可以采用拒水防油普通濾料，不需采用高溫濾料，大大減少今后設(shè)備運(yùn)行的費(fèi)用;采用狹縫式煙罩，適當(dāng)提高罩口風(fēng)速，擴(kuò)大誘導(dǎo)速度場，有效地使罩子周圍的煙氣進(jìn)入吸罩，電爐的集煙罩后的吸風(fēng)管上設(shè)有電動蝶閥控制，既符合其生產(chǎn)工藝上的要求，又節(jié)約了設(shè)備的投資

在進(jìn)除塵器前端設(shè)置一臺火花捕集器，防止火星進(jìn)入袋式除塵器，損壞濾袋(火花捕集器的尺寸為1600×2100×5000mm)。電動機(jī)采用變頻控制，以便節(jié)約能源。

3.2 煙塵治理的主要結(jié)構(gòu)組成

3.2.1 集塵罩

因其不受電爐工藝設(shè)備布置的限制，不妨礙電爐車間各生產(chǎn)設(shè)備的工藝操作與維修，而被煉鋼廠廣泛采用。在每臺中頻電爐的上方(中頻爐廠房高22m，)的屋面上開5.5×5.5m 的方孔，設(shè)“”倒升型屋頂集煙罩，其下沿口離天車距離500mm，不影響天車通過，其抽風(fēng)口設(shè)在集煙罩的上部橫側(cè)面(出口向除塵器一側(cè))。

3.2.2 導(dǎo)流屏

導(dǎo)流屏是集塵罩不可缺少的輔助設(shè)施，因?yàn)閺闹蓄l電爐爐口到屋頂集煙罩的罩口有較長的距離，電爐產(chǎn)生的煙塵隨熱氣流上升到不了屋頂罩就很快在車間里就擴(kuò)散開了，很容易受橫向氣流的干擾，所以要提高屋頂集煙罩的捕集效果必須在每臺電爐的三個側(cè)面設(shè)置導(dǎo)流屏，導(dǎo)流屏的高低是從電爐平臺上2m高處開始直至天車的橫梁下的500mm至(離平臺2m高是相連通的不影響行人和電爐的操作。導(dǎo)流屏必須豎有較牢固的支架和內(nèi)壁鋪有耐溫材料的彩鋼板組成，這樣可以將電爐產(chǎn)生的煙氣控制在一定的范圍內(nèi)，確保煙氣不擴(kuò)散、不外溢，使煙氣隨爐子產(chǎn)生的熱氣流一起上升至屋頂集塵罩口部被抽走。這樣一方面是提高了收塵效果，另一方面導(dǎo)流屏還起到了隔熱防輻射和隔噪音的良好效果，使車間的生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境有較大改善作用。

3.2.3 導(dǎo)流屏的自動門

導(dǎo)流屏是從三個側(cè)面將電爐圍著的，電爐的前面因加料和出鋼水就不能固定設(shè)屏，但是為將出鋼時的煙氣控制住，需采取增加集煙裝置，最好在電爐的正前方也設(shè)一段導(dǎo)流屏。設(shè)計兩扇活動門(門的高度是離平臺4m處開始高8m)兩扇門中間留800～1000mm的空擋，讓加料時天車的鋼絲繩索能通過，即使是天車司機(jī)控制有些偏差也不成問題，因?yàn)殚T是活絡(luò)的，打開了能自動復(fù)位，有效的將出鋼時的煙氣也控制在導(dǎo)流屏內(nèi)，這兩扇門的位置必須超出平臺100mm的位置，這樣集煙效果更佳，該自動門裝置是國內(nèi)首創(chuàng)的，門的自動復(fù)位，鉸鏈?zhǔn)菍ｉT設(shè)計制造。

3.2.4 煙塵的捕集效果

有了以上三項(xiàng)技術(shù)措施即:屋頂集煙罩+導(dǎo)流屏+導(dǎo)流屏自動門，中頻電爐的整個冶煉過程中散發(fā)出來的煙塵都被控制在導(dǎo)流屏內(nèi)不受外界氣流的干擾，并隨熱氣流上升至屋頂集塵罩，然后抽至室外袋式除塵器凈化后達(dá)標(biāo)排放。煙塵的捕集率可達(dá)95～98%，且大大降低了對作業(yè)環(huán)境的高溫、輻射和噪聲，使整個車間的生產(chǎn)、作業(yè)環(huán)境煥然一新。

4 煙塵治理的主要技術(shù)參數(shù)

表4 煙塵治理系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù):(單臺)

表5 煙塵治理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)

5 煙塵治理的成效對比

5.1 治理要求

5.1.1 大氣環(huán)境檢測標(biāo)準(zhǔn)

外排煙氣執(zhí)行大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB16297－1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》粉塵最高允許排放濃度:≤60mg/m3

5.1.2 作業(yè)現(xiàn)場的各抽塵點(diǎn)工業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)GBZ 2.1－2007《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值化學(xué)有害因素》的標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)測濃度):

含有10%以下游離態(tài)二氧化硅的粉塵濃度:≤8mg/m3

含有10%～50%游離態(tài)二氧化硅的粉塵濃度:≤1mg/m3

含有50%～80%游離態(tài)二氧化硅的粉塵濃度:≤0.7mg/m3

含有80%以上游離態(tài)二氧化硅的粉塵濃度:≤0.5mg/m3

5.1.3 工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)

單臺風(fēng)機(jī)或系統(tǒng)噪聲:≤85分貝

整個系統(tǒng)的漏風(fēng)量＜1%。

5.2 系統(tǒng)設(shè)備及非標(biāo)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工驗(yàn)收符合以下標(biāo)準(zhǔn)

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017－2003

《壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50275－98

《鑄造設(shè)備安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50277－98

《機(jī)械設(shè)備安裝工程施工及驗(yàn)收通用規(guī)范》GB50231－98

《起重設(shè)備安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50278－98

《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50205－2001

固定式鋼直梯符合GB4053.1－93固定式鋼斜梯符合GB4053.2－93防護(hù)欄符合GB4053.3－93”

5.3 煙塵治理的成效

5.3.1 大氣排放監(jiān)測

表6 煙塵治理系統(tǒng)的排放口所測顆粒物濃度

采用TH－800V煙塵采樣儀、FA2104N電子天平，分析方法利用固定污染源排氣是顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法GB/T16157－1996。

表7 煙塵治理系統(tǒng)的噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)

采用AWA6218B型噪聲統(tǒng)計分析儀。

5.3.2 作業(yè)現(xiàn)場排放監(jiān)測

表8 煙塵治理系統(tǒng)的作業(yè)現(xiàn)場煙塵濃度

采用IFC－2防爆型粉塵采樣儀、電子分析天平等。

6 結(jié)束語

根據(jù)表一、表二的監(jiān)測結(jié)果，達(dá)到GB16297－1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》和《工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，排放口顆粒物濃度達(dá)標(biāo)排放、煙塵治理系統(tǒng)的噪聲達(dá)標(biāo)排放。根據(jù)表三的監(jiān)測結(jié)果，作業(yè)現(xiàn)場加權(quán)平均濃度(TWA)符合國家職業(yè)衛(wèi)生接觸限值要求，徹底解決了車間內(nèi)作業(yè)環(huán)境的污染和大氣污染。

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