100t直流电弧炉除尘系统改造可行性

目 录

一、 前 言 二、 概述

2.1 100t直流电弧炉工艺概述 2.2 100t直流电弧炉除尘系统工艺 三、 原理分析和失效形式 3.1 问题提出 3.2 失效形式 3.3 分析问题 四、 方案提出和实施 4.1 方案提出 4.2 实施方案 五、 结论

5.1 实施后的经济效益 5.2 社会效益 5.3 结论 六、 参考文献 七、 小结

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100T直流电弧炉除尘系统改造

关键词: 烟道、积渣、爆炸、风量不足

一、前 言

宝钢集团上海五钢有限公司炼钢厂100t直流电弧炉是五钢公司90年

代中期从德国GHH公司引进并于1997年3月28日建成投产的短流程生产线。100t直流电弧炉配套的除尘系统采用一套集中式除尘系统对直流电弧炉、钢包精炼炉产生的烟尘进行处理，系统排烟形式由电炉炉内排烟（第二孔排烟）、电炉密闭罩排烟、电炉屋顶罩排烟、钢包精炼炉排烟组成。为了缩短冶炼周期，从而达到增产的目的，2003年3月对100t直流电弧炉炉门自耗式氧进行改造，采用美国PTI公司技术的超音速氧投入使用，随着吹氧强度的大幅增加，电炉冶炼时产生的烟气量也相应大幅增加，造成内排烟（第二孔排烟）系统不能满足烟气捕集的要求，此外内排烟系统水冷烟道中积渣速度明显加快，再此电炉内氧化还原反应剧烈，化学反应的不稳定性和不均匀性使内排烟系统中CO浓度含量严重超标，导致内排烟系统发生较严重的爆炸，使单壁管和机力风冷器严重变形和开裂。本文主要通过对100t直流电弧炉除尘系统现状的分析，阐述对现有除尘系统的改造。

二、概述. 2.1 100t直流电弧炉工艺概述 电炉公称容量:100t 电炉最大装入量:115t概述.

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炉壳直径:￠6100mm 冶炼周期:76mm 氧气消耗量:32Nm3/t.s 炉内排烟温度:1400℃

2.2 100t直流电弧炉除尘系统工艺 2.2.1 概述除尘系统流程

100t直流电弧炉除尘系统采用一套集中式除尘系统对电炉,钢包精炼炉产生的烟尘进行处理,系统排烟抽风点为电炉炉内排烟(第二孔排烟),电炉密 闭罩排烟,屋顶罩排烟, 钢包精炼炉排烟组成。

电炉烟气捕集采用炉内直接排烟,密闭罩及屋顶罩排烟三种方式的组合捕集方式。

电炉炉内直接排烟:内排烟的高温烟气,经混入空气,通过密排管水冷烟道烟气温度降至550℃后进入机力风冷器，烟气温度降至250℃左右由增压风机送入主风管，此排烟方式直接排走电炉冶炼过程中产生的高温烟气. 电炉密闭罩排烟:当密闭罩将电炉全部罩住时,从电炉电极孔等处逸出的烟气可通过密闭罩的排烟管排走.

电炉屋顶罩排烟:当电炉出钢时,此时密闭罩必须打开,第二孔排烟和密闭罩排烟方式基本失效,必须通过设在电炉上方的屋顶罩排烟.

钢包精炼炉(LF)排烟:电炉冶炼后的钢水倒入钢包并在这钢包中进一步冶炼,此时产生的烟气通过设在LF炉盖上侧吸罩排走.

各排烟点产生的烟气被捕集后通过长袋低压脉冲袋式除尘器净化,净化后的干净气体经两台主风机进入烟囱排走,除尘器收集的粉尘经回转卸灰

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阀至切出刮板输送机,集合刮板输送机,斗式提升机进入储灰仓外运. 2.2.2 除尘系统原设计技术参数(见表一) 表一 除尘系统原设计技术参数

序号 排烟量 1 2 3 4 5 DC炉原始发生量 水冷活套进口 密闭罩 屋顶罩 LF炉 排烟量(Nm3/h) 27500 62000 400000(熔炼) 110000(熔炼) 8000 烟气温度(℃) 1200~1400 1200~1400 100 60 150 三、原理分析和失效形式 3.1 问题提出：

3.1.1 内排系统水冷烟道积渣速度明显加快。 3.1.2 内排烟道CO浓度已进入爆炸极限范围。

3.1.3 主排烟系统风量已不能满足工艺生产的要求。 3.2 失效形式：

随着2003年3月100t直流电弧炉PTI公司的超音速氧投入使用,随着吹氧量的大幅度增加,电炉冶炼时产生的烟气量也大幅度增加,氧改造前氧气单耗为32Nm3/t.s,改造后氧气单耗最高达到48.9Nm3/t.s,同时增加了天燃气,其单耗也达到7.05Nm3/t.s.根据综合计算法计算炉内排烟量,具体计算方法见下:

已知:电炉公称容量100t,最大装料量115t,采用吹氧工艺,脱碳速度为0.065％/min,电极孔漏风面积约为0.28m2,炉门开口面积约为1.4*1=1.4m2,

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求炉内排烟量.

解:V1=60G V022.4/12=60*115000*0.065％*22.4/12=8372Nm3/h

电炉进风口面积:1.4+0.28=1.68m2,设电炉敝开处的平均进风速度为1.9m/s V2=1.68*1.9*3600*273/(273+35)=10185Nm3/h α=0.46*V2/V1=0.462*10185/8372=0.57

查表：α、P、N的相互关系及相应的烟气成分得：

当α＝0.57时，P=0.39 N=2.23 V3＝V1*P/2＝8372*0.39/2＝1633 Nm3/h 炉内最小排烟量：

V0＝（V1+1.1 V2）- V3＝（8372+1.1*10185）-1633＝17943 Nm3/h 因为在电炉除尘中，为了安全考虑，一般宜取α不小于1.5

当α＝1.5时，P=0.8 N=4.17 炉内排烟量：

V0’＝4.17 V1＝4.17*8372＝34911 Nm3/h

由上述计算结果表明V03.3.1 内排烟系统水冷烟道（密排管形式）中积渣速度明显加快，这主要有两个原因：第一、现有内排烟系统沉降室容积太小，不能有效沉渣。第二、氧改造后，电炉内连续高强度吹氧并维持高温，喷碳造泡沫渣未有效导致炉渣更容易进入内排系统水冷烟道中，此方面尤其突出的区域为：第二孔弯

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烟道、混风后弯烟道（2＃管）、水平水冷烟道。由于积渣速度太快（原清渣为二个月一次调换底电极时清理，现为每周定修清理），导致烟气冷却效果下降，1000℃左右的高温烟气使水冷烟道后的单臂管和机力风冷器烧损、变形、严重堵塞，导致内排系统风量减小，同时也增加了检修时间和费用。 3.3.2 氧改造后，电炉内氧化还原反应剧烈，化学反应的不稳定性和不均匀性导致内排系统中的CO浓度忽高忽低，按照最近在沉降室测定的数据，CO浓度最高达到26％（CO在空气中的爆炸极限范围为12.5％～74.2％），已导致过内排系统发生较严重爆炸，水冷烟道出口至机力风冷器进口风管的单臂管和机力风冷器中冷却器管束、上箱体严重变形、开裂，密排管水冷烟道使用寿命缩短.

3.3.3 氧改造后，电炉加废钢和出钢时氧中的氧气、天然气不能完全关闭（以防止氧堵塞），导致加料和出钢时产生的烟气量大幅度增加，由于加料及出钢时密闭罩必须打开（此状态主要使用屋顶烟罩排烟）加之原设计中配置的主排系统风量是以密闭罩关闭状态为设计依据的，此外根据料源结构的优劣冶炼中分为第二次和第三次加料，所以排烟能力本不足的屋顶罩完全没有能力排出增加的烟气，烟气外逸导致对周围环境造成严重的污染。 四、方案提出和实施 4.1方案提出

4.1.1 通过对氧工艺参数的调整。

4.1.2 改造部分水冷烟道的结构，主要含：第二孔水冷弯管、脱开式水冷弯管、沉降室和沉降室出口烟道。

4.1.3 增设一套主排烟系统，排烟量450000m3/h，烟气温度100℃，过滤面

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积61m2，此排烟系统与原主排烟系统合并既可排走密闭罩烟气亦可排走屋顶罩烟气。 4.2 实施方案

4.2.1 主要是氧燃比和流量的调整，使冶炼中化学反应提高其稳定性和均匀性，尽可能使碳和氧完全燃烧降低CO浓度，控制和达到CO浓度在10％以下（混风后进入水冷烟道处CO浓度），在此基础上调换内排

管烟系统中已损坏设备，主要含：水冷烟道出口和进机力风冷器风管处的

管油缸法兰（一）法兰（二）支架单臂管，机力风

管冷器中冷却器

沉降室本体和上箱体

型烟道及清灰装置。

4.2.2 部分水

冷烟道结构改造(见图1)： （图一） 现第二孔水冷弯管（0＃管）加大曲率半径，主要目的减少底部积渣量。混风后烟气进口水冷烟道（1＃管），。（图二）

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改为移动弯管接口形式由圆形改为椭圆形1＃管采用油缸驱动，1#管底部增加四只滑轮，再增加一套小型的液压系统，系统压力为16Mpa，流量为100L/min。整个液压系统的原理，（见图3） 由一只单出杆 双作用液压缸，一 只三位四通电磁换 向阀，二只单向节 流阀，一只溢流阀， 一台齿轮泵和电 机，油箱.过滤器. 压力表.及等组成。

（图三）

主要目的减少底部积渣和电炉冶炼倾动过程中减少第二孔弯管与移动弯管的位移量，从而确保内排烟风量。1＃管行程为500mm，主要是在冶炼中确保0＃管与1＃管的脱开间隙为50mm，当加料或其它原因需旋转炉盖时，1＃管通过油缸驱动确保0＃管与1＃管的脱开间隙为500mm。混风弯管（2＃管）改为斜烟道，接口形式为椭圆形状，（见图4）连接移动弯管（1＃管）与沉降室，1＃管、2＃管下均设支架支撑。将沉降室设计成箱型，结构尺寸为5.7m（长）×5.6m（宽）×4m（高），沉降室墙体外侧采用钢筋混凝土，内层为硅

单出杆双作用油缸单向阀可调式节流阀三位四通电磁阀精细瀘油器电动机压力表单向定量油泵溢油阀粗瀘油器油箱第 10 页 共 14 页

δ30δ20δ16δ10δ30δ30δ40δ10δ10δ30δ30δ20设计制图校对审核批准比 例数 量共页第页重 量H X H J9 （图四）

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酸铝材维板并砌筑耐火砖，底层采用40mm厚的铸铁板，顶盖采用水冷板并考虑防爆结构以做到及时泄压。烟气进口设在顶盖上，烟气出口设在底部侧面，另侧设置水冷门定修时通过铲车及时清理积渣。沉降室出口设置一段S形烟道与原水平烟道连接。以上所有水冷烟道中，由于移动弯管（1＃管）最容易被磨损，故采用材质为12Cr1MoV的φ×10管制作，其余部分烟道均采用材质为20g的φ×10管制作。

4.2.3 由于炉内排烟量由当初27500Nm3/h增加到34911Nm3/h，现有内排烟第二孔排烟系统已经远远不能满足烟气捕集的要求，加之加料出钢阶段屋顶烟罩完全没有能力排出增加的烟气，考虑到改造的投资费用和以后的运行费用，故此在内排烟系统风量不变的情况下，增设一套排烟系统。在现有电炉密闭罩内两路排烟管切换用电动阀门前的垂直烟道上，另外加接两套旁路烟道并且各设一台切换用电动阀门。当冶炼时，增设的切换用二台电动阀门全开，现有的二台密闭罩排烟管道切换阀门也同时全开，此时原有屋顶罩阀阀门微开或关闭，现有和增设的主排烟系统共同处理来自内排烟系统和密闭罩的烟气。当加料出钢时，增设的切换用二台电动阀门微开或关闭，此时现有屋顶罩阀门和密闭罩阀门全开，现有和增设的主排烟系统共同处理来自屋顶罩的烟气。

新增设主排烟系统一套，排烟量为450000m3/h，烟气温度1000C，在现除尘器北侧的空地上新设一台长袋低压脉冲袋式除尘器、一台风机。除尘器收集的粉尘通过一台刮板输送机和一台斗式提升机转运到现有储灰仓并外运。 新增一套主排烟系统排烟量计算方法如下：

已知密闭罩孔洞尺寸17.13×6.596，气体流速取3.5m/s。求密闭罩排烟

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量。

解：取风口面积修整系数为β＝0.7

V＝3600SV＝3600βS’γ＝3600×0.7×17.13×6.596×3.5 ＝996567 m3/h

根据以上计算密闭罩排烟量为996567 m3/h，原密闭罩排烟量为400000Nm3/h，氧气温度1000C时，折算后为6520 m3/h，加上新增设的密闭罩排烟量为450000 m3/h，两者合计为996520 m3/h，即方案总密闭罩排烟量与理论计算排烟量相符。

五、结论

5.1 实施后的经济效益： 5.1.1 如下表（二）

表二： 目 录 0#管 1#管 2#管 改进前周期 6个月 6个月 6个月 改进后周期 18个月 18个月 24个月 单价（万） 6.8 7.3 16.7 从上表计算：（每年）

0#管6.8×2－6.8×2÷3≈9.07 （万） 1#管 7.3×2－7.3×2÷3≈9.73（万） 2#管16.7×2－16.7÷2＝25.05 （万）

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每年可以节约费用：9.07+9.73+25.05=43.85万元

5.1.2 减轻劳动强度，减少劳动力。改进前每周定修人工清理积灰，环境恶劣，四人半天工作日。一月共计8天，改进后月修清灰一次，通过铲车清理积灰，2小时左右完成。 5.2 社会效益：

5.2.1 改善电炉操作工的环境污染，保证员工的身体健康。

5.2.2 改善周围天空的环境污染，24小时任何时间无黄烟排放，经环保部门检测，烟尘排放浓度实测为14mg/m3。远远底于国家标准100 mg/m3，上海市标准50 mg/m3。 5.3 结论

综上所述，宝钢集团特殊钢分公司炼钢厂100t直流电弧炉除尘系统改造后，提高除尘的运行效率；改善周边环境；造福民众，同时也可以节约维修费用；延长设备的使用周期和提高设备的开动率。 七、 参考文献：

1、《电炉炼钢除尘》

主编： 王永忠 宋七棣 冶金工业出版社

2、《机械设计手册》

主编： 徐灏 机械工业出版社

3、《中国环境保护》

主编： 丁忠浩 易 斌 中国环境科学出版社

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