雷蘊霆，王靜

( 蘭州蘭石環(huán)保工程有限責(zé)任公司，甘肅蘭州730087)

摘 要: 為提高大中型電弧爐冶煉過程中游離含塵煙氣的捕集效率，特引用屋頂除塵罩結(jié)構(gòu)形式，采用由外罩、內(nèi)罩、套管及格柵等組合形式，完成了屋頂罩結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，并改進提升了屋頂罩結(jié)構(gòu)設(shè)計思路，可實現(xiàn)對電弧爐冶煉過程含塵煙氣全程跟蹤捕集。實踐證明，該屋頂罩結(jié)構(gòu)形式能實現(xiàn)對電弧爐含塵煙氣捕集效率達99%。

關(guān) 鍵 詞: 電弧爐屋頂除塵罩; 結(jié)構(gòu)優(yōu)化; 跟蹤捕集

0   引言

隨著社會步入經(jīng)濟快速發(fā)展階段，環(huán)保日益成為備受關(guān)注的熱門話題，特別是冶煉鑄造行業(yè)，大量高污染煙氣排放已導(dǎo)致周邊生活環(huán)境逐日惡化，加之該行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)作業(yè)人員對良好工作環(huán)境的強烈需求，含塵煙氣高效捕集、凈化成為勢在必行的環(huán)保措施。為如何高效的對含塵煙氣進行捕集，現(xiàn)從電弧爐屋頂除塵罩捕集系統(tǒng)入手，分析其結(jié)構(gòu)并提出優(yōu)化設(shè)計，為解決這一問題提供思路。

1   大中型電弧爐屋頂除塵罩結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化

1．1 屋頂除塵罩原理及配置

屋頂除塵罩結(jié)構(gòu)原理圖如圖1 所示。

屋頂除塵罩主要由外罩、內(nèi)罩、格柵板、內(nèi)套管、主管道、可調(diào)蝶閥及檢查人孔等組成。為使風(fēng)量分布均勻，在外罩內(nèi)部設(shè)置內(nèi)罩，大部分含塵煙氣主要從內(nèi)外罩之間被主管道吸走，很小一部分煙氣通過內(nèi)罩流經(jīng)格柵板被內(nèi)套管吸走; 內(nèi)套管的設(shè)置主要用于捕集B 側(cè)較遠處含塵煙氣，A 側(cè)含塵煙氣通過主管道與內(nèi)套管間隙被捕集; 格柵板用于流量、風(fēng)量檢測站人用; 可調(diào)蝶閥用于調(diào)節(jié)電弧爐三個冶煉期屋頂除塵罩所需風(fēng)量大小。

1．2 屋頂除塵罩煙塵捕集分析

根據(jù)Nikaradse 于1932 年提出的指數(shù)分布模型( 如圖2 所示) ，可知主管道中心流速最大，故而主管道與外罩接口處，由于截面積突然劇增，依據(jù)風(fēng)速與截面積關(guān)系( Q = A·V) ，風(fēng)速與截面積成反比，可知主管道風(fēng)速急劇減小，故距離接口距離較近處( A側(cè)) 含塵煙氣很快被吸走，但距離接口距離較遠處( B側(cè)) 含塵煙氣處于半游離狀態(tài)，捕集速率非常緩慢，甚至B 側(cè)有部分含塵煙氣從外罩下沿溢至罩外。

V 和r 在理論上滿足公式:

式中: V 為管道截面上一點的流速; r 為管道內(nèi)相對中心線位移; R 為管道半徑; n 為指數(shù)，隨雷諾數(shù)ReD 變化的常數(shù)^［1］。

為解決上述因流速急劇減小導(dǎo)致的捕集效率驟減問題，特在主管道與外罩接口處引入內(nèi)套管裝置，并在內(nèi)罩頂部開方口加格柵板。假設(shè)無內(nèi)套管時，主管道能捕集含塵煙氣的最遠點為a 點; 當(dāng)加裝內(nèi)套管后，由于管道長度的增加，內(nèi)套管具有和主管道處同樣的風(fēng)速，此時內(nèi)套管所能捕集含塵煙氣的最遠點為b 點，同時內(nèi)套管能捕集內(nèi)罩頂部方口溢出的含塵煙氣。故加裝內(nèi)套管裝置不但均勻、快速地捕集外罩B側(cè)半游離含塵煙氣，同時對內(nèi)罩游離含塵煙氣的有效捕集。加裝內(nèi)套管捕集示意如圖3 所示。

1．3 屋頂除塵罩優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)以上理論分析，可知此屋頂除塵罩具有可行性的理論性。但在實際應(yīng)用中，往往會產(chǎn)生捕集效率并非達到預(yù)期設(shè)計捕集效率的現(xiàn)象。為解決該問題，現(xiàn)特提出實際應(yīng)用中的優(yōu)化設(shè)計方案。

1．3．1 分析捕集效率不佳原因

通過熱球風(fēng)速儀檢測內(nèi)套管端口處風(fēng)速，通過計算該風(fēng)速所能捕集到的最遠點，確定外罩內(nèi)是否有半游離含塵煙氣; 也可現(xiàn)場直接觀察屋頂罩是否有含塵煙氣溢出現(xiàn)象; 若存在半游離含塵煙氣或有溢出現(xiàn)象，則說明捕集效率不佳。

1．3．2 提出優(yōu)化設(shè)計理論

此時，須對內(nèi)套管結(jié)構(gòu)進行改進，即通過優(yōu)化內(nèi)套管與主管道接口處結(jié)構(gòu)以改變內(nèi)套管內(nèi)風(fēng)量，從而改變內(nèi)套管最大捕集距離。

1．3．3 優(yōu)化設(shè)計實施方案

內(nèi)套管結(jié)構(gòu)優(yōu)化實施方案如圖4 所示。

若屋頂除塵罩B 側(cè)捕集效率較低，可在內(nèi)套管及主管道接口處加設(shè)擴大風(fēng)量裝置，以增加內(nèi)套管風(fēng)量及端口處風(fēng)速，則實現(xiàn)最大距離捕集點由a 點變至b 點，捕集距離由r'增加至r″; 若屋頂除塵罩A 側(cè)捕集效率較低，則說明內(nèi)套管風(fēng)量過大，可在內(nèi)套管及主管道接口處加設(shè)收縮風(fēng)量裝置，以降低內(nèi)套管風(fēng)量及端口處風(fēng)速。

2   結(jié)語

電弧爐在冶煉過程中爐料在電弧作用下瞬間被加熱而熔化，被蒸發(fā)出的鐵原子以及廢鐵中的碳與大氣中的氧形成一定量的鐵的氧化物和二氧化碳，在熱壓的作用下，這些粉塵從電極周圍間隙爐門和其他地方溢出。對電弧爐煙塵若不采取有效控制措施，將嚴(yán)重污染車間和廠區(qū)環(huán)境，影響工人和周圍居民的健康。

電弧爐在整個冶煉過程中均會產(chǎn)生煙塵，必須以屋頂罩捕集裝料和出鋼時的煙氣，這些煙氣上升到屋頂位置時，混風(fēng)很多，體積大為增加，所以需要適當(dāng)大的體積容量，以緩沖氣流正壓，容納并抽走煙氣。煙氣有塵源點向上抬升過程中，斷面不斷發(fā)散增大，因而頂吸罩口斷面適當(dāng)大，能將捕集到的煙氣抽走。

在確保污染物達標(biāo)排放的前提下，以不影響冶煉工藝和基本操作，優(yōu)化設(shè)計，罩體結(jié)構(gòu)設(shè)計為內(nèi)外雙層結(jié)構(gòu)，解決了罩口斷面吸入速度中心高、四周衰減很快的問題。通過導(dǎo)流分流，保證周邊吸入風(fēng)速，均衡負壓流場分布。罩口位置盡可能低，縮短罩口與電爐之間的距離，更利于煙氣的捕集，同時可降低工程投資及后期運行成本; 提高設(shè)備可靠性。

該屋頂除塵罩通過實際的現(xiàn)場從結(jié)構(gòu)上已在某企業(yè)30T 電弧爐除塵系統(tǒng)中成功應(yīng)用，整個煉鋼過程均能達到良好的捕集效果，捕集效率達95%，從而實現(xiàn)電弧爐煉鋼過程煙塵全程捕集。

參考文獻:

［1］ 冶金工業(yè)部建設(shè)協(xié)調(diào)司，中國冶金建設(shè)協(xié)會． 鋼鐵企業(yè)采暖通風(fēng)設(shè)計手冊［M］．北京: 冶金工業(yè)出版社，1996．

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［3］ 張殿印，王純．除塵工程設(shè)計手冊［M］．北京: 化學(xué)工業(yè)出版社， 2010．