江苏博际环保工程有限公司 陈振华
摘要：采用竖式电炉炼钢工艺后,废钢料柱增加了炉气外排阻力, 除尘系统能力设计与实际工况往往不符。 竖式电炉除尘系统重点要优化系统设计,强化废钢预热通道排烟能力，提高其排烟温度，提高系统参数调节的稳定性和可生靠性，降低竖井内金属废料携带的可燃性物质不完全燃烧而生成的CO和NOx等有害气体排放，以满足节能、减排、安全的要求。
关键词：竖式电炉除尘系统、强化废钢预热通道排烟能力、满足节能、减排、安全的要求。
1、概述
竖式电炉作为为电弧炉连续炼钢的典型炉型，开辟了动态炼钢、节能炼钢的新工艺。它是将废钢装入竖炉内，利用电炉排出的烟气对竖炉内的废钢进行预热。这种废钢预热方式类似于高炉的气-固两相逆向流动。在这种废钢预热技术中，随着炉内废钢的不断熔化，料柱中经过预热的废钢不断下移，炉内在冶炼过程中产生的废气连续对料柱中的废钢进行预热，从热交换和能量回收的效果看，这种废钢预热方式无疑是最佳的。
但采用竖式电炉炼钢后,废钢料柱增加了炉气的阻力, 除尘系统运行参数设计与实际工况往往不适合，废钢预热通道排烟温度低，而竖炉中的金属废料不可避免地带有油污等可燃性物质，由于竖井内热废气温度低,使得这些可燃性物质与通过竖炉的热废气产生的不完全燃烧而生成的CO和NOx等有害气体，从而带来环境污染问题。随着竖式电炉连续炼钢工艺的推广应用，竖式电炉除尘系统设计如何能够满足节能、减排、安全的要求值得进一步探讨。
2、典型工程
某钢铁公司现有一台100吨竖式电炉，已配套除尘系统。由于电炉转炉化生产，冶炼强度提高和原系统设计及低压脉冲除尘结构缺陷等原因，现系统运行阻力大，烟气捕集效果差，岗位烟尘浓度高，不能满足环保要求，需要进行除尘系统改造。
2.1.相关运行及设计参数：
热装铁水60～70吨/炉 (加废钢40～30吨/炉），出钢100吨～105吨,炉内铁水总计105吨。
竖炉：通电吹氧时间30分钟，加料 、出钢等辅助时间15分钟，总共45分钟一炉。
2.2.原除尘系统工艺流程图
Ø 工艺（100t电炉）
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2.3.现状及分析
A）、现场观测：在电炉整个冶炼期间，由于电炉产生的热气流抬升力相对较强，对竖井产生的烟气形成负压趋近及扰动。热烟气裹挟浓烈的烟尘升腾、扩散飘逸,弥漫至电炉、竖井上方较大区域，污染严重。
由于电炉竖井料斗密封差, 废钢预热一路排烟短路,进入大量冷风,造成炉内负压不足，排烟温度在150℃左右。
原有屋顶罩罩口负压不足，屋顶罩抽吸风量小，不能有效捕集电炉及坚井部位产生的烟尘，炉顶烟尘较大。
B）系统分析：两台风机并联运行，若系统阻力＜4400Pa，两台风机能够提供风量＜150×104 m3/h 。但达此风量由于原配置布袋除器过滤面积不够，过滤风速高；布袋除尘器结构不合理，存在严重涡流，前后压差正常显示为2500Pa～2800Pa，内阻较大; 原排烟主管道φ4000，若在此风量下动压过大，相应形成新的管网阻力特性曲线，风机出现了新的工况点，在此点风机风量偏离额定值。
目前在加料、熔化、冶炼、出钢、等待期，风机通过变频运行，平均转速810r/min,风机调速转速比i=0.82，运行点单台风机轴功率836KW。两台风机并联后仅能提供风量＜92×104 m3/h。(注由于阻力末实测, 风量调整值会有偏差),造成系统仅能在低风量的工况下运行，捕集系统风量严重不足,岗位烟尘浓度高，不能满足环保要求。
特别是废钢预热通道设计风量、风压不足、排烟短路、烟温低，而竖炉中的金属废料不可避免地带有油污等可燃性物质，竖炉内的低温废热气通过可燃性物质时，进行不完全燃烧产生白烟和恶臭，生成CO和NOx等有害气体及微量的二噁英，从而带来环境污染问题。白烟和恶臭等有害气体的主要成分是油烟、醛类、碳化氢、苯等，这些有害气体即使通过普通的布袋除尘，也很难除尽。
2.4. 强化废钢预热通道排烟能力和烟气温度：通过多年工程实践，笔者认为竖式电炉除尘系统重点要强化废钢预热通道排烟能力和烟气温度，提高其排烟温度，由于电炉竖井料柱形成的阻力变化，烟气温度波动较大，要控制竖井内最低温度，以烧除烟气中的有害气体。当烟气温度在610℃以下时，烟气中CO不具备自然条件，同样在850℃以下二噁英也不具备有效的燃烧反应,所以必须控制烟气参数如CO浓度、烟气温度，将温度信号转化为开关信号，通过变频器内部开关信号、现场操作信号以及竖井进料孔上水冷弯头对接的水冷活套间隙调整机构位移量信号的逻辑处理，实现变频调速与活套间隙调整，从而改变废钢预热通道排烟能力和烟气温度，保证熔炼期预热时竖井内最低控制温度>850℃。
因此,我们采用如下除尘系统工艺: 电炉正常冶炼时，烟气通过竖井排烟孔和电炉屋顶罩捕集，以保证电炉的冶炼工艺和环保要求。烟气主要通过二路进入各自独的除尘系统，一路废钢预热排烟系统，即电炉内高温烟气经过竖井排烟孔上对接的水冷活套及水冷弯管进入燃烧沉降室，再通过与沉降室相连的水冷密排管降温进入大颗粒收集器+自然冷却器二次降温，然后通过增压风机送入主管道再汇入一路屋顶罩烟气，汇入主管道的烟气再经低阻分离器分离大颗粒后进入一台低压脉冲布袋除尘器净化，净化后烟气经主风机送入排气筒排入大气。同时在除尘器进口处设有混风阀，当除尘器出现高温情况时打开混风阀混入冷风达到降温目的，从而保证除尘器正常运行。另一路屋顶罩烟气独立除尘系统,该系统风量与废钢预热排烟系统屋顶罩风量之和满足屋顶罩总烟气捕集风量。这样废钢预热一路排烟管道烟气动压与该系统屋顶罩排烟管道内烟气动压较易平衡,可为废钢预热一路排烟提供足够的负压, 以从根本上提高炉顶及竖井烟气的捕集率，提高废钢预热排烟系统的排烟预热能力。另一路屋顶罩烟气独立除尘系统通过变频调速,从而确保系统在调节屋顶罩风量和废钢预热排烟系统风量时互不干扰,增加系统各参数调整的可靠性和稳定性。同时另一路屋顶罩烟气独立除尘系统由于管网阻力小,一般情况下选风机全压比原系统风机全压降低35%,,从而达到系统节能运行。
除尘系统工艺流程图：
2.5. 满足环保要求的系统风量确定。该系统满足环保要求需要的风量及系统阻损控制值多少，是除尘系统拟定方案时首先必须确定的，本案目前虽不能通过理论计算精确确定炉气量,但通过实际经验和现场情况结合理论推算能够确定一个既保证捕集效果，又不至于因风量过大而浪费能耗,比较接近实际工况烟气发生量的系统风量值。
根据电炉竖井预热废钢内排烟气成分、电炉公称容量、冶炼周期、吹氧强度、脱碳速度和电炉尺寸等电炉工艺资料，运用脱碳速度法、概略指标法等综合方法确定了本项目电炉炉气量---电炉氧化期炉内吹氧脱碳以达到所需钢种和含碳量,此过程产生大量CO。
熔炼期预热时废钢预热一路由吹氧脱碳产生的炉气混入冷空气及废钢预热吸收温度降至850℃，排烟量为14×104 NM3/h,经与沉降室相连的管式水冷密排管降温至550℃，大颗粒收集器后温度在500℃，进入自然冷却器冷却，自然冷却器出口烟气降温至215℃，然后通过增压风机增压后送入主管道混入屋顶罩烟气汇入主管道烟气量为54×104 NM3/h(100℃) ，降温后的烟气经排烟管道进入低阻分离器，再进入低压脉冲布袋除尘器净化，净化后烟气经主风机送入排气筒排入大气。
熔炼期未预热时废钢预热一路炉气混入冷空气温度降至1100℃--900℃，排烟量为15.7×104 NM3/h，烟气经大颗粒收集器+自然冷却器降温后
通过增压风机增压送入主管道，再混入屋顶罩烟气后汇入主管道，烟气量为74.5×104 NM3/h(100℃)。
根据目前实际使用情况，废钢预热排烟系统排烟量调整为180000NM3/h。屋顶罩烟气满足与废钢预热排烟混和后，汇入总管道烟气温度<120℃。另一路屋顶罩独立除尘系统风量与废钢预热排烟系统屋顶罩风量之和满足屋顶罩总烟气捕集风量。
2.6.增压风与主风机串联运行临界点及增压风量考虑因素
风机串联运行工况点是风机串联特性曲线与管网特性曲线的交点。如图所示, 曲线a、b 是风机1和风机2 单机全压-流量性能曲线, 曲线c 是其串联时的全压-流量性能曲线。。
显然增压风机流量和压头不能选小，否则达不到增压的目的，但也不能选得达大，否则将成为主风机的负载。只有在管网阻力如上述：Ⅰ,C1、C2、C分别为单机和串联工作时的工况点,串联工况点压力和流量高于单机工况点压力和流量，从而达到了串联的目的。
3.治理后效果
采用本除尘系统工艺设计后，全面达到目标值，即：烟尘捕集率≥95% （屋顶不冒黄烟），烟尘排放浓度≤50mg/Nm3；岗位粉尘浓度≤10 mg/m3（扣除本底值），预热时废钢预热一路温度≥850℃。