某鋼廠量子電弧爐二次除塵系統(tǒng)問題分析

余波 黃璞

（中鋼集團(tuán)天澄環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?武漢 430205）

0 引言

隨著國家環(huán)保要求的不斷提高及廢鋼資源的增加，同時政府取締中頻爐、地條鋼和配套政策的支持，使得電爐短流程產(chǎn)量明顯增加。目前，鋼鐵企業(yè)逐步淘汰落后電爐產(chǎn)能，使得綠色節(jié)能電爐的需求也不斷增加。新電爐技術(shù)應(yīng)用的同時也對除塵系統(tǒng)的設(shè)計提出了新要求。某鋼廠新建100 t量子電弧爐2座，除塵器入口至煙囪部分由環(huán)保公司負(fù)責(zé)設(shè)計、供貨及施工，其他部分由設(shè)計院負(fù)責(zé)設(shè)計、供貨及施工，系統(tǒng)2021年11月投運。本文通過對該廠100 t量子電弧爐配套環(huán)境除塵系統(tǒng)投運過程中碰到的問題分析，為相關(guān)除塵系統(tǒng)設(shè)計提供一定指導(dǎo)借鑒。

1 項目概況

本項目每座電爐配套建有一套二次除塵系統(tǒng)，二次除塵系統(tǒng)采用“狗屋移動除塵罩+屋頂罩+預(yù)荷電直通袋式除塵器”工藝。二次除塵系統(tǒng)采用雙通道預(yù)荷電除塵器，設(shè)計處理風(fēng)量210×104m3/h，設(shè)計過濾風(fēng)速1.0 m/min，配套風(fēng)機(jī)電機(jī)各2臺，單臺風(fēng)機(jī)處理風(fēng)量105×104m3/h，全壓按照設(shè)計院要求確定為4 500 Pa，電機(jī)功率2 000 kW。

除塵系統(tǒng)投運以來，二次除塵系統(tǒng)煙囪排放顆粒物濃度均達(dá)到設(shè)計要求，在線監(jiān)測及第三方檢測顆粒物質(zhì)量濃度均小于10 mg/m3，崗位粉塵質(zhì)量濃度均小于8 mg/m3，滿足鋼鐵行業(yè)超低排放標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)崗位衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

2 系統(tǒng)問題及原因分析

2.1 二次除塵除塵器阻力偏大

二次除塵系統(tǒng)投運初期，系統(tǒng)阻力約600 Pa，但投運約1個月后發(fā)現(xiàn)除塵器阻力偏大，達(dá)到約1 600 Pa。圖1為1#電爐二次除塵系統(tǒng)現(xiàn)場PLC上顯示的除塵器壓差情況。

圖1 PLC顯示畫面

對風(fēng)機(jī)進(jìn)出口壓力及煙囪風(fēng)量進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如表1。通過對1#電爐1#、2#引風(fēng)機(jī)冷態(tài)和熱態(tài)兩種工況測試數(shù)據(jù)的整理、計算和分析，冷態(tài)運行狀態(tài)總流量為2 745 944 m3/h，熱態(tài)運行狀態(tài)總流量為2 626 959 m3/h，大于2臺風(fēng)機(jī)設(shè)計總風(fēng)量2 100 000 m3/h。

表1 風(fēng)機(jī)進(jìn)出口壓力及煙囪風(fēng)量

在其他條件不變的情況下，除塵器過濾風(fēng)速及除塵器內(nèi)氣流速度均與風(fēng)量變化成正比。沿程阻力損失及局部阻力損失［1］分別按下式計算：

由上式可知，除塵器阻力損失的大小與除塵器過濾風(fēng)速及除塵器內(nèi)氣流速度的平方成正比。因此，針對量子電弧爐二次煙氣，預(yù)荷電除塵器在設(shè)計處理風(fēng)量，過濾風(fēng)速為1.0 m/min的情況下，除塵器阻力損失約為880～1 000 Pa，相較傳統(tǒng)除塵器設(shè)備阻力可下降30%～40%［2］。

2.2 除塵系統(tǒng)運行風(fēng)量與設(shè)計值偏差較大

從檢測結(jié)果看，除塵系統(tǒng)實際運行風(fēng)量為設(shè)計風(fēng)量的1.25～1.3倍，偏差較大。圖2為本系統(tǒng)風(fēng)機(jī)性能曲線表，可以看出，風(fēng)機(jī)運行狀態(tài)明顯為壓力偏低而流量偏大，滿足風(fēng)機(jī)性能曲線的變化（工況點偏移到設(shè)計點的右側(cè)），由此可以說明設(shè)計院提供的系統(tǒng)阻力明顯偏大。

圖2 風(fēng)機(jī)性能曲線

當(dāng)系統(tǒng)前端阻力增大時，風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力將增大，風(fēng)機(jī)運行點將向性能曲線左側(cè)移動，即壓力增大，流量減小，并且電流也會隨之降低，可以更好的降低運行能耗。

同時，除塵器長期超負(fù)荷運行，過濾風(fēng)速高，不但影響濾袋使用壽命，甚至導(dǎo)致排放超標(biāo)。

2.3 大量煙塵從狗屋除塵罩逸出

二次除塵系統(tǒng)共設(shè)置5個抽塵點，其中屋頂除塵罩2個抽塵點，狗屋除塵罩2個抽塵點，廢鋼豎井1個抽塵點，管道平面布置見圖3。狗屋除塵罩抽塵點布置在狗屋除塵罩的兩側(cè)，見圖4。系統(tǒng)投運后，狗屋除塵罩效果不理想，導(dǎo)致大量煙塵外逸，詳見圖5。

圖3 二次除塵系統(tǒng)管道布置

圖4 狗屋除塵罩抽塵點布置

圖5 煙塵外逸現(xiàn)場

由圖3、圖4可以看出，狗屋除塵罩的兩個除塵點分別布置在罩體的兩側(cè)，并且吸塵口與罩體垂直。但電爐在加廢鋼或者吹氧時，瞬間產(chǎn)生大量煙塵，煙塵在熱升力的作用下，頃刻間從電爐中間涌上狗屋除塵罩頂部，一方面因為吸塵口未正對產(chǎn)塵位置，無法在短時間內(nèi)有效捕集煙塵，另一方面狗屋除塵罩封閉不夠完善，煙塵從狗屋除塵罩固定端和移動端的縫隙及罩體的縫隙間溢出而在廠房內(nèi)彌漫。

同時，除塵管道閥門未與電爐工藝進(jìn)行連鎖，閥門均為常開狀態(tài)。按照設(shè)計院設(shè)計，系統(tǒng)風(fēng)量210萬m3/h，除塵主管管徑5 620×12 mm，管道流速23.73 m/s。4根支管管徑分別為3 420×8 mm、3 420×8 mm、2 420×8 mm、4 820×10 mm，若按照主管管道流速計算，相應(yīng)的支管流量分別為77.7萬m3/h、77.7萬m3/h、38.7萬m3/h、154.5萬m3/h，合計流量348.6萬m3/h，遠(yuǎn)超系統(tǒng)設(shè)計風(fēng)量。4根除塵支管截面積分別為9.1 m2、9.1 m2、4.5 m2、18.1 m2，合計截面積40.8 m2，按照系統(tǒng)風(fēng)量210萬m3/h考慮，支管管道流速為14.3 m/s，遠(yuǎn)小于主管流速。由此可以判斷，閥門的控制明顯不合理。

2.4 除塵器灰斗卸灰不暢

除塵器采用“插板閥+星型卸灰閥+刮板機(jī)+斗提機(jī)+加濕機(jī)”的機(jī)械卸輸灰方式，除塵器灰斗口大小為300 mm×300 mm，灰斗壁傾斜角最小為63°，灰斗布置見圖6。系統(tǒng)運行一段時間后，出現(xiàn)卸灰不暢的情況。

圖6 灰斗外形

在考慮到增大灰斗倉壁振打器功率可能會使灰斗的焊縫撕裂，而出現(xiàn)安全問題，同時在設(shè)備已運行的情況下，無法改變卸灰口的大小，本項目采用在每個灰斗增加一套助吹裝置。每套助吹裝置設(shè)置2個助吹管，分別布置在灰斗下部靠卸灰口約0.3 m的灰斗壁上，在助吹管上設(shè)置電動閥，與卸灰閥連鎖，助吹采用0.4 MPa～0.6 MPa的壓縮空氣。增加助吹裝置后，灰斗卸灰不暢的問題得到了有效解決。

3 結(jié)論及建議

1）針對量子電弧爐二次煙氣，預(yù)荷電除塵器在設(shè)計處理風(fēng)量，過濾風(fēng)速為1.0 m/min的情況下，除塵器阻力損失約為880 Pa～1 000 Pa，相較傳統(tǒng)除塵器設(shè)備阻力下降30%～40%。

2）除塵風(fēng)機(jī)設(shè)計選型時，需對除塵系統(tǒng)管網(wǎng)阻力損失進(jìn)行較為精確的計算，盡量避免風(fēng)機(jī)偏離性能曲線運行，而導(dǎo)致系統(tǒng)風(fēng)量大，過濾風(fēng)速高，除塵器阻力高，影響濾袋使用壽命，甚至出現(xiàn)排放超標(biāo)的問題。

3）除塵罩的設(shè)計需要與設(shè)備進(jìn)行緊密結(jié)合，盡量靠近產(chǎn)塵點，同時采取可靠的密封措施。

4）量子電弧爐各除塵閥門的控制必須與生產(chǎn)進(jìn)行必要的連鎖。

5）針對量子電弧爐等生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的粉塵，由于粒度小、粉塵黏度大，除塵器在投運前必須采取預(yù)噴涂措施，灰斗口建議設(shè)計為400 mm×400 mm，同時增大灰斗倉壁振動器功率或設(shè)置必要的助吹系統(tǒng)。