發布日期：2018-01-09 13:25
摘要:針對矽鐵電爐煙氣除塵（chén）係統設（shè）計中的有關技術問題進行了探討,提出了工程設計中應該考慮的各種因素及其有關設計（jì）參數的選取,以供工程設計（jì）者參（cān）考。
關鍵詞:電爐煙氣 除塵 設計
1 前言（yán）
八十年代以（yǐ）來,O新建了（le）一批6000kVA～16500kVA矽（guī）鐵電爐。均采用半封閉式煙罩,設置（zhì）幹法布袋除塵器淨化裝置。其煙氣淨化係統見圖1。本文就工程設計中應（yīng）該考慮的各種因素進行探討。
圖1 矽鐵電爐煙氣除塵係統
1—電爐;2—罩子;3—煙道;4—冷（lěng）卻器;5—布袋過濾器;6—風機;7—調節閥;8—排氣口。
2 排煙罩的設計
電爐煙氣捕集效果的好壞在一定（dìng）程度（dù）上（shàng）取決於煙罩的結構形式。矽鐵電爐采用半封閉式矮煙罩（zhào）代替高煙罩,以減少排煙量,防（fáng）止爐內煙氣外（wài）逸,可改善工人操作環境。此（cǐ）種煙罩（zhào）的排煙量約為理論爐氣量的50~60倍,一般設計成六角形罩,根據工藝（yì）需（xū）要采用水（shuǐ）冷骨架整體結構,便於設備檢修,在襯有耐（nài）火材料的六角形罩六個側麵中的三個側麵裝設加料門,加料門在（zài）一（yī）般情況下不（bú）開啟,隻是在加料或搗爐操作（zuò）時開（kāi）啟一個（gè）側麵,以減少野風進入。
采用矮煙罩比高煙罩的排煙量（liàng）少50%,煙氣溫度（dù）約400℃~700℃,當罩內煙氣溫度大於500℃時,煙罩的（de）材質應為耐熱鋼,特別是煙罩（zhào）側麵中的加料門結構的設計要防止（zhǐ）變形,開啟靈（líng）活,並提高其密封性。
3 放散煙囪的設計
3.1 煙氣呈放散（sàn）狀態下的O佳排煙溫度（dù）選擇半封閉電爐的煙氣呈放散狀態下的O佳排（pái）煙溫度(不同於煙氣淨化係統投（tóu）入運行的排煙溫度)應當選取400℃為宜,此（cǐ）煙氣（qì）溫度下的電爐料麵溫度是O佳的,此溫度既保證了（le）充分利用煙（yān）氣的物理熱來（lái）加熱（rè）物料,也利於電極焙（bèi）燒,又防止了矽石破碎而惡化（huà）爐料透氣性的現象發生。
3.2 O佳煙溫下放散煙氣（qì）量的確（què）定
當還原劑的（de）配比為50%焦炭、50%煤時,煙氣溫度（dù）為400℃,正常條件的排煙量為每（měi）t產品60000Nm3,刺火條件（jiàn）的排煙（yān）量為每t產品120000Nm3。
3.3 煙氣通過（guò）放散煙囪的氣速選取
設計計算應按刺火條件下的煙氣量（liàng）作為計算依（yī）據,其氣速一般先取7~13m/s,同時以正常煙氣量進行核算,經綜合比較來確定其放散（sàn）煙囪的通徑。
3.4 煙氣通過煙囪的溫度（dù）降
當煙氣溫度400℃~500℃時,煙氣通過煙囪的每米溫度降,金屬襯磚（zhuān）煙囪一般為2~2.5℃,金屬煙（yān）囪為3~4℃。
3.5 煙囪擴（kuò）張式出口的設計
為了減小煙氣排入（rù）大氣時的出口動壓損失,應減小排出口的（de）速度（dù）。煙囪出口氣速以不小於4m/s為宜,一般將煙囪出口設計成擴張式的,以提高煙囪的抽力。
3.6 放散煙囪的閥門
放散煙囪閥門的設計,要求操（cāo）作靈活,密封性好,適於多塵條件。當煙氣淨化係統中的袋式除塵（chén）器進口煙溫過高時,煙囪閥門自動開啟,放散煙氣。
4 煙氣（qì）管道的設計
4.1 排煙管道的煙氣流速
合理選取管道中的煙氣流速是保證係統正常運行的重要因素,流速過低,造成管道（dào）內積灰,堵塞管道,流（liú）速過（guò）高（gāo）,阻力增加,磨損管（guǎn）壁,嚴重時出現漏（lòu）風,影響捕集效果。管道的流速範圍一般選取為16~26m/s。低速為正常條（tiáo）件,高速（sù）為刺火條件。
4.2 管道的伸縮節
伸（shēn）縮節應設計成柔性的結構,使管道熱（rè）變形時引起的推力（lì）O小（xiǎo）,以簡化支架設計。
4.3 煙氣管道材質的選（xuǎn）擇
對於通過550℃煙氣的金屬管道選材,宜選用低合金高強度鋼（gāng）,輸送（sòng）低於250℃煙氣的管道選材可用低碳鋼或鍋爐鋼板。
4.4 管（guǎn）道清灰裝置
當水平管道過長時,應考慮管道清灰裝置在管道附近（jìn）有壓縮空氣氣（qì）源時,可采用在水平管道（dào）末端設置噴吹（chuī）管清除（chú）管內的積灰（huī）。
5 煙氣冷卻器的選擇及設計
5.1 冷卻器的選擇
半封閉電爐和敞口電爐通常采用袋式除塵器淨（jìng）化（huà）。按過濾材質（zhì）的要求,過濾前必須將煙氣冷卻,為了把（bǎ）煙氣溫度（dù）降低到250℃以下,需要借（jiè）助（zhù）冷卻器來冷卻煙氣溫度。
近年來,O一般采用空氣冷卻的U型管式冷卻方式來冷卻電爐煙氣,如西北鐵合金廠12500kVA的矽鐵電爐采（cǎi）用了U型管式冷卻器降溫。
5.2 U型管式空氣冷（lěng）卻器的設計
U型管（guǎn）式空氣冷卻器是以高溫煙氣與冷空氣通過自（zì）然輻（fú）射進行（háng）熱交換,使煙氣達到降溫的一種冷卻裝置。該冷卻器製作簡單,操作（zuò）維護方便,但耗（hào）費鋼（gāng）材較多。
(1)管式空氣冷卻器的（de）排數根據煙氣在管內的（de）流（liú）速來決定（dìng）;冷卻（què）管內煙氣（qì）的平均流速一（yī）般選取範圍是20~26m/s。集合管內煙氣（qì）流速一般選取10~20m/s,低（dī）速為正常條件;高速為刺火條件;
(2)空氣冷卻器每根管的（de）長度根據傳熱係數所決定的傳熱麵積來確定;
(3)空氣冷卻器的高度由結構的穩定性確定;O佳高（gāo）度以不高於17m為宜;
(4)冷卻器的管徑選取範圍一般為（wéi）500~1100mm,壁厚為5mm;
(5)設計空氣冷（lěng）卻器的關鍵因素是正（zhèng）確確定其傳熱係數,由於影（yǐng）響傳熱係數的因素很多,如煙氣的溫度、比熱、導熱係數（shù）、管壁的（de）
熱阻、管壁塵垢的熱阻、鏽垢的熱阻等,特別是管壁上塵（chén）垢和鏽垢的熱阻（zǔ）很難正確確（què）定,因此（cǐ）應在理論計算的基礎（chǔ）上,根據相似的（de）設
備加以修正,一般傳熱係數波動範圍是k=13.92~20.88W/m2·K。
(6)平行並列的冷卻管束應將其（qí）中若幹冷卻管的（de）出口處設計帶有兩位（wèi）切斷閥門的結構,其作用是保證在煙氣量變化的情況（kuàng）下,冷卻管內（nèi）的煙氣流速近於（yú）恒定,以防止冷卻管內積灰而降低冷卻效果;
(7)平行並列管（guǎn）在冷卻器的進（jìn）出口聯箱上應錯列式布置,有利於提高傳（chuán）熱效（xiào）率,又便於安裝施焊;
(8)當冷（lěng）卻（què）器處理的煙溫為550℃時,冷卻器應設計成兩（liǎng）段式（shì）的。即高溫段與低溫段。高溫段冷卻管材料宜選用Corten鋼,低溫段冷卻管材料可選用低碳鋼。
6 袋式除塵器的設計
根據矽鐵粉塵輕且細的特點,如果（guǒ）在風機前加一台預除塵器把粗顆粒粉塵分離出來,風機磨損問題可以解決。國外對矽鐵電爐（lú）煙氣（qì）的淨化,一般采用（yòng）壓入式的袋式除塵器較多,而O采用吸入式的袋式除塵器較多。
6.1 對於大型（xíng）袋（dài）式（shì）除塵器的單元濾室的劃分
經技術經濟分析,認為單元濾室袋數一般為140~160條袋子為宜（yí）。這（zhè）樣可使除塵（chén）器（qì）結構（gòu）輕巧耗鋼量低,而且又保證了適宜的反吹風量,使袋式除塵器在清（qīng）灰與非清灰氣布比波動較小,穩定淨化係統的運（yùn）行,保護濾袋,延長其（qí）使用壽命。
6.2 袋式除塵器的清灰（huī）方式
目前（qián）在矽鐵電爐煙氣過（guò）濾中使（shǐ）用脈衝清灰過濾器的情況（kuàng）越來越多,北京鐵合金廠兩（liǎng）台6000kVA的矽錳電爐煙氣淨化均采用了大型低壓脈衝清灰除塵（chén）器。其特點是:這種負（fù）壓（yā）下運行的高氣布比脈衝清灰過濾（lǜ）器,過濾麵積比大氣反（fǎn）吹布（bù）袋（dài）除塵器所需要（yào）的過濾（lǜ）麵積要減少65~75%,占地麵（miàn）積少,投資省。
6.3 濾袋材質
袋（dài）濾式除塵器的（de）工作特（tè）性除與除塵器的結構形式有關外,在很大程度上取（qǔ）決於濾布的性（xìng）質。目（mù）前國外（wài）使用比較普遍的還是玻璃纖維,允許（xǔ）使用溫度可達250~280℃,但玻璃纖維強度較低,允許濾速一般不超過0·5m/min,為（wéi）了提高玻璃纖維的抗折性,一般要進行矽油和石墨處理,使用這（zhè）種處理後的除塵布袋,加上合理的反吹製度,布袋（dài）的壽命可（kě）達5~6a之久。
近（jìn）幾（jǐ）年來,O外開發了一（yī）種新型材料（liào）,即在玻（bō）璃纖維的基礎體上,在內側覆了一層微孔的聚四氟乙（yǐ）烯薄膜（mó）,O已有廠家生產這種微孔薄（báo）膜覆合濾料,這是一種理想（xiǎng）的（de）過濾材料。它（tā）具有聚四（sì）氟乙烯所固（gù）有的性能,O的化學穩（wěn）定（dìng）性,表（biǎo）麵極（jí）其光滑,摩擦係數低,耐高低溫,耐酸耐（nài）堿性好（hǎo）,不會老化,長久耐用,而且這（zhè）種（zhǒng）濾料具有多微孔性,透氣性和憎水（shuǐ）性。它具有過濾效（xiào）率高,運行阻力低,過濾速度大（dà）,適用範圍廣,運行費用低,使用壽命長等優點。
7 反吹製度
布袋的使用壽命除了取決於布袋材質外,反吹製度（dù）也有重大影響,對反吹的基本要求是保持除塵布袋在工作轉為反吹,或由反吹轉為工作時氣（qì）流平穩,不要使布袋驟漲驟縮,以避免（miǎn）濾袋在狀態轉化時出現“陣發性”的（de）變形,為達到保護（hù）除塵濾袋的目的,挪威（wēi）埃肯公司的（de）除塵器設計了主風閥和反吹閥以外還加了一個小型充氣閥,即當清灰完畢,轉入重（chóng）新工作以前,當布袋還處於收縮狀態時打開小型充氣閥使袋內外壓差為零,然後（hòu）打開主風閥使布袋重新工（gōng）作,這樣使布袋在縮漲之間（jiān）有了一個（gè）緩衝的時間,有利於延長布袋壽命。
8 閥門的設（shè）計與應用問（wèn）題
負壓反吹布袋除塵（chén）器中的三通換向閥替代了除塵器排（pái）風管道和反吹管道分（fèn）別設有排風閥和（hé）反吹風閥,該閥門內設兩閥板可分別關閉排風（fēng）口和（hé）反吹風口。此閥整體密封性好（hǎo）,動作靈活可靠,在同一台除塵器（qì）中閥門可減（jiǎn）少一半,也減少了（le）控製點,降低（dī）了除塵器的（de）成本。
9 主排（pái）煙（yān）風機控製
大型矽鐵電爐的煙氣（qì）淨化係統,其主排煙風機的驅動電機容量是（shì）很大的,因此（cǐ）對主排煙風機的合理控製十分重要。一般對其主（zhǔ）排煙風機控製（zhì）與調（diào）節,可選用液力（lì）偶合器（qì）調節風機轉速來實現風（fēng）機（jī）經濟的運行。
10 結束（shù）語
技術上先進,經濟上合理（lǐ）,操作上可行是鐵合（hé）金電爐煙氣淨化設計總的（de）要（yào）求,設計者需妥善處理以下幾種關係（xì）:
(1)提高收煙率與減小係統排煙（yān）量;
(2)提高收（shōu）煙率與電爐操作（zuò）檢修;
(3)排煙方式（shì）與係統安全;
(4)淨化工藝設計與（yǔ）廠房（fáng）結構、車間布置;
(5)淨化工藝設計與節能要求。
