中頻感應(yīng)電爐除塵系統(tǒng)選型研究

（鎮(zhèn)江中船瓦錫蘭螺旋槳有限公司，江蘇鎮(zhèn)江212009）

中頻感應(yīng)電爐除塵系統(tǒng)選型研究

陳斌

（鎮(zhèn)江中船瓦錫蘭螺旋槳有限公司，江蘇鎮(zhèn)江212009）

要解決中頻感應(yīng)電爐煙氣污染問題，須處理好煙塵捕集罩、管網(wǎng)阻力、除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計等幾個關(guān)鍵問題。本文首先介紹了五種中頻感應(yīng)電爐的煙氣捕集罩，并對各種捕集罩的優(yōu)缺點進(jìn)行了對比分析。然后結(jié)合一臺“一拖二”中頻感應(yīng)電爐的除塵系統(tǒng)的選型案例，詳細(xì)闡述了電爐除塵器選型時應(yīng)注重的關(guān)鍵事項。為從事電爐設(shè)計、制造和生產(chǎn)使用的工作人員提供有益的借鑒和參考。

中頻感應(yīng)電爐；煙氣捕集罩；除塵系統(tǒng)；選型要素

中頻感應(yīng)電爐在有色金屬銅及其合金熔化生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛。加到感應(yīng)電爐中的爐料主要成份有電解銅、鋅、鋁、鈦、錫等，爐料中通常也含有油污、塵土、氧化皮，爐料在金屬熔化、去渣球化和出銅水過程中產(chǎn)生大量煙塵，煙塵中還會含有鋅或錫的氧化物，因此中頻感應(yīng)電爐熔化作業(yè)中所產(chǎn)生的煙塵對人體和環(huán)境是極其有害的。國家標(biāo)準(zhǔn)[1-2]規(guī)定了工業(yè)爐窯煙塵、生產(chǎn)性粉塵、有害污染物的最高允許排放濃度。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：“自1997年1月1日起新建、改建、擴(kuò)建的有色金屬熔煉爐在一類區(qū)域禁排；在二類區(qū)域的煙塵、粉塵最高允許排放濃度為100 m g/m3；在三類區(qū)域的煙塵、粉塵最高允許排放濃度為200 m g/m3”.對1997年1月1日以前安裝的電爐，其煙塵、粉塵排放該標(biāo)準(zhǔn)也有類似要求，只是排放濃度稍有放寬。因此無論是新舊電爐，為其配套合適的除塵裝置是非常必要和緊迫的。要解決中頻爐煙氣污染問題，須處理好煙塵捕集形式、管網(wǎng)阻力、除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計等幾個關(guān)鍵問題，而除塵系統(tǒng)的第一步是有效地捕集煙塵，防止煙塵逃逸，然后將被捕捉的煙塵輸送到除塵器本體過濾后達(dá)標(biāo)排放，捕塵罩作為煙氣和粉塵的吸納、捕捉裝置，在除塵器的高效運(yùn)行中起著十分重要的作用，甚至決定除塵系統(tǒng)能否有效運(yùn)行。文中介紹幾種應(yīng)用于中頻感應(yīng)電爐的煙塵捕集罩和一套雙供電（一拖二）10+10 t熔煉、保溫電爐除塵裝置的選型實踐案例。

1 電爐煙氣捕集罩介紹

1.1 轉(zhuǎn)動捕塵罩

轉(zhuǎn)動捕塵罩位于感應(yīng)電爐爐口正上方，罩子大小接近于爐口直徑，電爐煙氣在高溫?zé)崃ψ饔孟聫臓t口垂直升起，正好被負(fù)壓狀態(tài)下的可移動捕塵罩捕捉，移動捕塵罩通過剛性風(fēng)管、回轉(zhuǎn)軸承固定于電爐臺的立柱結(jié)構(gòu)上。捕塵罩結(jié)構(gòu)如圖1所示，在出高溫熔融的液體時（如銅水），該轉(zhuǎn)動捕塵罩可由電機(jī)減速裝置驅(qū)動齒輪組轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動捕塵罩適合爐料由人力或機(jī)動小車加入的生產(chǎn)工況，如加料需行車由正上方加入，需轉(zhuǎn)動捕塵罩。轉(zhuǎn)動捕塵罩的缺點是在出銅水時，電爐爐體向爐前傾轉(zhuǎn)一定角度，此時高溫?zé)焿m會外逸，無法收集。

圖1 轉(zhuǎn)動捕塵罩示意圖

1.2 爐口環(huán)形捕塵罩

爐口環(huán)形捕塵罩如圖2所示，通過法蘭與爐體連接，捕塵罩固定在感應(yīng)電爐爐口四周，爐口環(huán)形罩內(nèi)壁均勻設(shè)置若干小孔，高溫?zé)煔庥尚】走M(jìn)入環(huán)形罩內(nèi)，通過風(fēng)管輸送至除塵器本體，實際生產(chǎn)中要及時清理以防異物堵塞四周吸塵孔。由于感應(yīng)電爐爐體需要翻轉(zhuǎn)操作，風(fēng)管與爐口環(huán)形捕塵罩間通過回轉(zhuǎn)法蘭裝置過渡。為防止高溫熔融液體對捕塵罩的損壞，該罩內(nèi)臂四周砌筑耐高溫的爐襯材料。爐口環(huán)形捕塵罩對電爐加料、高溫液體的吹氮?dú)獬s氣操作沒有任何影響。同轉(zhuǎn)動捕塵罩相比，由于環(huán)形捕塵罩在電爐產(chǎn)生煙氣的第一現(xiàn)場將煙氣捕捉，煙氣捕捉效率高，同等條件下可減小對除塵器的風(fēng)量要求，從而節(jié)省投資成本。

圖2 爐口環(huán)形捕塵罩案例

1.3 “龍卷風(fēng)”爐蓋捕塵罩

“龍卷風(fēng)”罩是瑞典Ne d e rm a n公司生產(chǎn)的一種電爐除塵捕煙氣裝置，如圖3所示。該罩的開合由油缸驅(qū)動，轉(zhuǎn)動油缸安裝在保護(hù)罩內(nèi)以防止熱輻射和金屬噴濺。爐臺之上全部由鋼結(jié)構(gòu)部件構(gòu)成，被吸收的煙氣通過吸塵罩旁的旋臂及管道排出。油缸驅(qū)動“龍卷風(fēng)”爐蓋捕塵罩的翻轉(zhuǎn)，該罩最大翻轉(zhuǎn)角度為90°，不影響電爐加料和吹氣操作。出銅水時捕塵罩隨同爐體一同翻轉(zhuǎn)，能有效吸收電爐在生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的煙氣，包括熔爐在裝料、出銅水、出渣和更換爐襯過程中的廢氣。該裝置同時取代了電爐爐蓋功能，電爐升溫熔化時該裝置既可吸煙氣又能防止熱量散發(fā)，有利于提高電爐的熱效率。但該罩結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，投資成本較高。

圖3 “龍卷風(fēng)”爐蓋捕塵罩

1.4 爐口環(huán)形捕塵罩加旋轉(zhuǎn)側(cè)吸罩

該裝置是在爐口環(huán)形捕塵罩的基礎(chǔ)上，再增加一套旋轉(zhuǎn)側(cè)吸罩的煙塵捕集裝置，從而解決了爐口環(huán)形捕塵罩在出銅水時對煙氣不能進(jìn)行有效捕集的弊端。旋轉(zhuǎn)側(cè)吸罩安裝在兩個爐臺的中間位置，并裝有驅(qū)動電機(jī)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，能180°水平旋轉(zhuǎn)，確保一套旋轉(zhuǎn)側(cè)吸風(fēng)罩兼顧兩個爐臺。該捕塵罩裝置如圖4所示，連接爐口環(huán)形捕塵罩和旋轉(zhuǎn)側(cè)吸罩的風(fēng)管上分別裝有電動控制閥門，可以控制爐口環(huán)形捕塵罩和旋轉(zhuǎn)側(cè)吸罩同時或獨(dú)立工作。

圖4 爐口環(huán)形捕塵罩加旋轉(zhuǎn)側(cè)吸罩

1.5 屋頂吸塵罩

這種捕集罩離電爐遠(yuǎn)，只有煙塵升至屋頂，吸塵罩才發(fā)揮捕集作用，屬于接受型捕集罩。煙氣上升過程中，一方面不斷有冷空氣摻入導(dǎo)致煙氣溫度下降，影響煙氣上升；另一方面煙氣會受到橫向風(fēng)的影響，電爐煙氣疏散范圍擴(kuò)大，因而屋頂吸塵罩要求捕集罩的罩口面積很大，除塵系統(tǒng)所需的風(fēng)量、除塵器過濾面積、管路直徑、系統(tǒng)動力消耗等隨之增加。屋頂吸塵罩是一種投資很高的電爐除塵方式，風(fēng)量比其它捕集罩都大很多。

2 中頻感應(yīng)電爐除塵器選型案例

2.1 中頻電爐及除塵系統(tǒng)組成

本設(shè)備采用二臺10 t中頻無芯感應(yīng)銅熔化爐，配置1 600 k W的變頻電源供電。全套設(shè)備包括：整流變壓器、逆變柜、中頻電源、電容器柜、2臺10 t爐體、液壓系統(tǒng)（含液壓缸、泵站）、爐體冷卻塔、電源冷卻塔。配套的除塵系統(tǒng)包括爐口除塵環(huán)、旋轉(zhuǎn)側(cè)吸罩、風(fēng)管系統(tǒng)、除塵室、風(fēng)機(jī)、排氣煙囟等，電爐及除塵系統(tǒng)布置如圖5所示。正常情況下一臺電爐熔化、另一臺電爐保溫，采用一套中頻電源同時向兩組感應(yīng)線圈供電，功率在兩臺電爐間可以任意分配，爐體直徑1 200 mm，爐體高2 600 mm.

圖5 電爐及除塵系統(tǒng)布置

2.2 除塵系統(tǒng)關(guān)鍵點的選擇

電爐爐料主要是電解銅、鋁、鋅，爐料形狀為正方形塊狀，須用行車吊運(yùn)投料，銅水出爐前還要加入氮?dú)怛?qū)除銅水中的氫氣和其他雜氣，因而采用爐口除塵環(huán)捕集形式不影響電爐工人操作空間。綜合考慮操作、投資預(yù)算和除塵效果，該除塵系統(tǒng)捕集罩采用爐口環(huán)形捕塵罩加旋轉(zhuǎn)側(cè)吸風(fēng)罩結(jié)構(gòu)。

電爐操作平臺下有2臺逆變柜、2臺電容器柜、液壓站、中頻電源冷卻水泵組、電爐爐體冷卻水泵組等成套設(shè)備。如在電爐平臺下布置1 m左右直徑的風(fēng)管，必將給電爐設(shè)備的操作和維護(hù)帶來極大的影響，最終將風(fēng)管布置在地溝中（如圖5所示），地溝上方鋪設(shè)花紋鋼板，風(fēng)管從10 t電爐爐體處以最短距離、最少的彎頭與除塵室相連接，在地溝中安排風(fēng)管有效地降低了管道阻力。

對于中頻感應(yīng)電爐來說，在不同的電爐工作階段，需要的除塵風(fēng)量是不一樣的。總體來說，在熔化和保溫階段，煙量小需要的風(fēng)量很小；在加料階段，煙量較多風(fēng)量較大；在出銅水球化階段，煙量最多需要的風(fēng)量也最大。電爐除塵系統(tǒng)必須配置多個閥門，對電爐的每個操作階段進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)。在靠近除塵室進(jìn)風(fēng)口處還必須設(shè)置野風(fēng)閥，野風(fēng)閥與除塵風(fēng)管中的測溫元件連鎖，當(dāng)風(fēng)管中煙氣溫度達(dá)到140℃時，野風(fēng)閥自動打開，混入自然風(fēng)，使風(fēng)管中煙氣溫度下降，避免燒損布袋。

該除塵系統(tǒng)除塵器選擇PP C96-8氣箱式脈沖除塵器。該除塵器共計8個收塵室，每個室有96條過濾袋。過濾室用隔板分成8個獨(dú)立的收塵室，每個室有一個電磁閥，一個脈沖閥，一個氣缸，一個提升閥。工作時按清灰器（P L C）給定的時間，對每個收塵室輪流進(jìn)行清灰，清灰時提升閥關(guān)閉，切斷了通過該收塵室的氣流，隨即脈沖閥開啟向濾袋內(nèi)噴入高壓空氣（或氮?dú)猓?，清除濾袋外表面粘附的粉塵，各收塵室清灰周期由P L C編入的清灰程序控制器自動連續(xù)進(jìn)行，也可以設(shè)置手動控制清灰。PP C型系列氣箱脈沖除塵器的清灰特點是各室輪流進(jìn)行清灰，即所謂的離線清灰。當(dāng)某一個室進(jìn)行噴吹清灰時，過濾氣流被切斷，該室已停止收塵，而其他室照常工作，避免了噴吹清灰時產(chǎn)生的粉塵二次飛揚(yáng)，所以本系列除塵器能捕集含塵濃度高達(dá)1 300 g/m3的塵氣。

2.3 除塵風(fēng)量選擇

除塵器風(fēng)量的大小決定除塵效果的好壞和設(shè)備投資運(yùn)行成本，除塵風(fēng)量是除塵器選型的關(guān)鍵參數(shù)。中頻電爐除塵器的風(fēng)量計算可以根據(jù)罩口或罩內(nèi)平均風(fēng)速進(jìn)行估算，或者通過熱源輻射來計算，影響的因素很多，較為復(fù)雜。一般在實踐中主要是依靠經(jīng)驗來估算。根據(jù)中頻爐相關(guān)技術(shù)參數(shù)及現(xiàn)有類似工況中頻電爐除塵器使用情況，10 t中頻爐采用爐口除塵加旋轉(zhuǎn)側(cè)吸罩捕集方式，一般按45 000 m3/h的除塵風(fēng)量來配置，再考慮到系統(tǒng)中1%的風(fēng)量的損失，故風(fēng)量配置49 500 m3/h.對于爐前旋轉(zhuǎn)側(cè)吸罩，出銅水時可通過風(fēng)門閥關(guān)閉爐體吸口，打開爐前旋轉(zhuǎn)側(cè)吸罩閥門，罩面流速可達(dá)到5 m/s左右，除塵效果能得到保證。

要保證除塵網(wǎng)管不積塵且管網(wǎng)阻力適中，管道內(nèi)流速選取范圍為16 m/s～20 m/s，根據(jù)系統(tǒng)總風(fēng)量風(fēng)管直徑取1 m，管道內(nèi)流速為17.5 m/s左右，滿足要求。

2.4 除塵系統(tǒng)操作要求

熔煉時，如1#爐熔煉，打開1#爐閥門，關(guān)閉2#爐閥門及旋轉(zhuǎn)側(cè)吸罩閥門。如2#爐熔煉，打開2#爐閥門，關(guān)閉1#爐閥門及旋轉(zhuǎn)側(cè)吸罩閥門。出銅水時，先將旋轉(zhuǎn)側(cè)吸罩旋轉(zhuǎn)至要出銅水的爐前，調(diào)整旋轉(zhuǎn)側(cè)吸罩盡量靠近澆包即靠近煙源點，打開旋轉(zhuǎn)側(cè)吸罩閥門，關(guān)閉1#爐及2#爐閥門。

風(fēng)機(jī)通過變頻器啟動、調(diào)節(jié)和關(guān)閉。合上電源，按下變頻器的啟動按鈕，風(fēng)機(jī)即開始啟動；要停運(yùn)風(fēng)機(jī)，按下變頻器的停止按鈕即可。通過變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)頻率來控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)量，頻率越大，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速越快，風(fēng)量越大；頻率越小，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速越慢，風(fēng)量越小。旋動變頻器上的調(diào)節(jié)旋鈕，即可調(diào)節(jié)電機(jī)的頻率，即時頻率會顯示在變頻器的屏幕上。電機(jī)頻率最大50 H Z，調(diào)到50 H Z時風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速最快，風(fēng)量最大。熔煉時，煙塵量較小，此時可以把電機(jī)調(diào)到低頻率，以節(jié)約能源；在出銅水時煙塵量很大，此時需把電機(jī)調(diào)到最高頻率，增大風(fēng)量以保證除塵效果。

3 結(jié)束語

電爐煙氣捕塵罩的形式多種多樣，也各具優(yōu)缺點。究竟選擇哪種捕塵罩須結(jié)合電爐加料是行車加料還是機(jī)動小車加料，須結(jié)合是新建電爐還是改造電爐，須結(jié)合現(xiàn)場實際情況，還須結(jié)合投資預(yù)算，綜合比較后選擇。通常電爐煙氣溫度較高，為防止對除塵布袋的損傷，須配套溫控野風(fēng)閥門[3]。當(dāng)風(fēng)管內(nèi)煙氣溫度達(dá)到設(shè)置臨界點時，打開閥門，引入冷風(fēng)降溫。也有在除塵系統(tǒng)中加入旋風(fēng)塔裝置[4]，通過沉降來降低煙氣溫度。除塵器通常選用布袋除塵，除塵效率高，對空排放濃度低。如選用濕式噴淋塔除塵，排放的污水對環(huán)境存在二次污染問題[5]。綜上所述，對中小型感應(yīng)電爐，選擇爐口環(huán)形捕塵罩加旋轉(zhuǎn)側(cè)吸罩煙塵捕集裝置，再配套干式布袋除塵器是一種高效、實用和經(jīng)濟(jì)的選擇。

［1］國家環(huán)境保護(hù)局科技標(biāo)準(zhǔn)司.G B9078-1996工業(yè)爐窯大氣排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.國家環(huán)境保護(hù)局，1996.

［2］中國環(huán)境科學(xué)研究院，中國環(huán)境監(jiān)測總站.G B3095-1996環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1996.

［3］鐘柏善.高溫?zé)煔獬龎m系統(tǒng)引進(jìn)野風(fēng)閥使用建議［J］.工業(yè)安全與防塵，1999（07）:19-20.

［4］宋風(fēng)敏.袋式除塵器和旋風(fēng)除塵器的性能及其應(yīng)用比較［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2012（8）:90-92.

［5］董芃，李軍，翟明，王麗.濕式除塵器在運(yùn)行中存在問題分析［J］.電站系統(tǒng)工程，2006（6）:29-30.

確定激振力后即可確定振動電機(jī)。

5）彈簧剛度:圓截面螺旋壓縮彈簧剛度的計算。

式中:P—軸向載荷，kg·f；

F—變形量，mm；

G—彈性模量，kg·f/mm2；

d—彈簧鋼絲直徑，mm；

D—彈簧中徑，mm；

n—彈簧有效圈數(shù)。

綜上所述，設(shè)計落砂破碎一體機(jī)時，需根據(jù)負(fù)荷大小選擇臺面及負(fù)荷，并確定選用哪種形式，再根據(jù)鑄型的落砂需要確定柵格尺寸，根據(jù)下道工序?qū)ι皥F(tuán)要求的大小確定篩板及篩網(wǎng)的尺寸。并按上面所述選擇參數(shù)，然后根據(jù)受力情況，設(shè)計各部分。

選型建議:如果砂箱不太大，且連續(xù)生產(chǎn)，可選用落砂破碎一體機(jī)，如果是大砂箱，且集中落砂，選擇落砂破碎一體機(jī)要慎重。

3 結(jié)束語

由于實現(xiàn)了一機(jī)多能，解決了場地有限問題，節(jié)省了對樹脂砂設(shè)備的投資、維修、保養(yǎng)、基礎(chǔ)施工，從而節(jié)省了資金。

參考文獻(xiàn)：

［1］郭敬文.落砂破碎一體機(jī)的應(yīng)用［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2012（4）: 8.

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［3］劉習(xí)軍，賈啟芬.工程振動理論與測試技術(shù)［M］.北京：高等教育出版社，2004．

［4］聞邦春，劉樹英，何口.振動機(jī)械的理論與動態(tài)設(shè)計方法［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002．

［5］吳劍.鑄造振動機(jī)械設(shè)計與應(yīng)用［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

Research on Dust Removal System Selection for Medium Frequency Induction Furnace

CHEN Bin
（Zhenjiang Wartsila-CME Propeller CO.，LTD.，Zhenjiang Jiangsu 212009，China）

To solve smoke pollution problem of medium-frequency induction furnace，it is necessary to deal with several key points such as smoke collecting hoods，resistance of ventilation pipe system and dust collector structure design.Five types smoke collecting hoods for medium-frequency induction furnace are described and the advantages and disadvantages of these hoods are analyzed in the article.Then combined with a practical case on selecting dust remover for medium-frequency induction furnace，the article sets forth several key points on selecting dust remover.It provides the helpful reference to the personnel who pursues the process design，the manufacture and the operation for the medium-frequency induction furnace.

medium-frequency induction furnace，smoke collecting hoods，dust removal system，model selection factor

TG232.3，TF066.3+8

A

1674-6694（2016）06-0014-04

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.06.005

2016-06-22

陳斌（1968-），男，學(xué)士。從事設(shè)備引進(jìn)與技改，設(shè)施改造。