天車通過式集煙罩在轉爐二次煙塵治理中的應用

黃振濤

1.概述

目前，國內轉爐二次煙塵治理幾乎都沿用了爐前雙側吸+擋火門組成的煙氣捕集慣例，配置高壓頭風機進行強制排煙，在加料、兌鐵水、吹煉的冶煉過程中往往會表現較大差異，尤其對溢渣、補爐及大噴冒出的大股煙塵，效果均不甚理想。其次，由于管道曲折回轉，阻力較大，消耗了大量電能，致使煙氣得不到有效控制，一次系統稍有波動，二次煙塵立現顏色。這一現象在45噸以下的中小轉爐中帶有普遍性。

邢鋼3座45噸轉爐在治理前亦存在這些典型特征。為有效改變這種狀況，通過大量的調研測試，根據實際情況，我們創造性地采用天車通過式捕集工藝，將成熟的電爐除塵技術成功應用于轉爐，為轉爐除塵開創了獨特的、新的治理思路。

2.邢鋼轉爐冶煉工藝參數及廠房相關條件

邢鋼轉爐及廠房的現有條件是廠房屋架較低，煙氣由爐口沿上方彩板進入屋頂氣樓外排，雖然較為集中，但煙氣受橫向風干擾時容易造成在廠房內擴散，影響天車工視線，還使廠房內崗位粉塵超標。其相關常規冶煉參數見表1。

由表1可知，邢鋼轉爐具有與多數同規模轉爐一樣的共性。通過觀察，其最大的特點是廠房屋架較低，天車軌面標高僅17.1米，爐口煙氣發生面距屋架下緣約8米，且煙氣可集中進入屋頂氣樓外排，有利布置屋頂捕集罩。針對這一條件，提出了采用天車通過式除塵工藝的設計。

3．設計案的擬定

轉爐二次除塵的成敗，最關鍵的因素之一取決于捕集工藝，捕集罩的合理與否對轉爐二次煙塵治理關系重大。

3．1 邢鋼轉爐捕集罩設置條件分析

（1）傳統側吸+擋火板二次捕集系統，在一次系統正常時可有相當好的效果，但必須突破2個本質缺陷的問題：側吸口與爐口煙氣速度方向需垂直，一般捕集需較大的負壓，能耗會明顯增加；面對側吸口突發的大量煙氣，要解決容納空間，捕集較大煙氣。

表1 邢鋼轉爐的冶煉工藝參數

（2）由于廠房屋架相對較低，煙氣有上升的熱動力，因而具備設置屋頂罩的條件。

（3）在不影響操作的前提下, 如對爐前煙氣加以圍封，既可以避免受橫向風干擾形成有組織氣流，也可以組成較大的蓄煙空間，利于對溢渣、補爐及大噴冒出的大股煙氣等工況的進行全過程捕集。

（4）可以采用半密閉集煙罩+天車通過式集煙罩這兩項成熟、可靠技術。

3．2 天車通過式捕集原理

（1）利用煙氣的熱抬升力，在熱煙氣上升空間的周圍設置導流罩；在導流罩上留有天車自由通過的安全通道；在天車上方設置差速補償容積式頂吸罩。

（2）導流罩的作用是將熱煙氣圍束在導流腔內，使煙氣有組織地沿腔壁上升。由于四周沒有橫向風的干擾，煙氣從罩口自然上涌，不會在車間內彌散。此時罩口煙氣與天車上方的頂吸罩形成了低傘罩，只要頂吸罩罩口流速選擇合理，則其罩口形成的負壓區很容易捕集上升煙氣。天車通過式集煙罩通過導流罩的功能，將過去難以捕集煙氣的高傘罩轉化為簡單的、易捕集煙氣的低傘罩，從而保證了環境達標。

（3）頂吸罩設計為具有差速補償功能的內外罩。由于導流罩口相對較小，根據上升煙氣在無圍擋時（天車通過段）發散角設計，因其距離較短，頂吸罩口設計較小，比常規屋頂大罩面積減少了3 0%-50%。同時，差速式內罩罩面風速較大，有力捕集上升主流煙氣，外罩捕集橫向飄散的小股煙氣，捕集率高達90%以上。

（4）為避免影響正常冶煉操作，導流罩在爐前爐口兩側為固定罩，兌鐵水的爐前為雙移動罩。這樣與現有操作習慣完全相同，便于操作人員操作和觀察，加上天車自由通過，構成了完整的天車通過式捕集罩捕集系統。

3．3 氣流組織

煙氣的氣流組織是捕集罩設計的重要環節，主要任務是將爐周的煙氣集中，流向爐前，從導流罩口排出。措施如下：

（1）轉爐爐周形成了原始的圍封結構，除氧槍孔外，具備密封條件，其圍封結構類似半密閉罩的結構，對氣流組織十分有利。

（2）轉爐圍封后，其煙氣由原來的垂直側吸轉化為順流側吸，便于有效發揮頂吸罩的排塵功能。

（3）氣流有組織地從罩口排出，伴隨相當熱量，增加了罩口流速，對捕集十分有利。

3．4 捕集罩煙氣測試

轉爐二次煙氣的測試是捕集罩設計的根本依據。對邢鋼2#轉爐的二次煙氣發生狀況測試，車間環境溫度為21℃。測試記錄及結果見表2、表3。煙氣（塵）平均速度（從爐口到天車上緣）見表4。

表2 第一爐（測桿到爐墻距離2600mm）

表3 第二爐（測桿到爐墻距離1400mm）

表4 秒表測試情況

根據錄像及現場秒表計量綜合分析：

煙氣較大時（噴煙時間短）：煙流中心部分流速可達3米/秒；煙流邊緣部分流速約2.5m/s。

煙氣噴濺時：煙流中心部分流速約達3.5m/s。

綜上所述，煙氣較濃時，煙流中心平均流速3m/s，縱向最大擴散角35°，煙氣最大溫度88℃。據此設計屋頂捕集罩形和處理風量。

3．5 捕集罩設計主要參數

3．5．1導流罩

（1）罩寬按爐前開距6m設計雙移動罩及兩側固定罩；

（2）罩口溫度為600℃-1000℃，按1000℃計。

3.5.2 頂吸差速罩

（1）外罩。按縱向最大擴散角35°，橫向自然擴散角15°；罩口截面50m2。

（2）內罩。按罩面風速為3m/s，捕集主流煙氣，過剩煙氣由一定罩深容納，按此罩形處理風量予計為30 萬m2。

（3）煙氣流速的影響。煙氣流速與溫度是相輔相成的，溫度越高，流速越高；反之，流速則低。實驗與實踐表明：

a. 無遮擋高傘罩煙氣流速低于0.5m/s時易散逸，亦不易組織，受橫向風干擾影響較大，擴散角常大于20°；而流速大于0.8m/s時，煙氣容易組織，且受橫向風干擾時，煙氣擴散角接近15°易于捕集。

b. 有圍封結構的高傘罩煙氣流速大于0.5m/s時， 煙氣擴散角接近15°。

顯然，有圍封結構的高傘罩與低傘罩煙氣擴散性能相似。邢鋼轉爐二次煙氣在封擋導流罩后，其擴散角應按12°-15°設計，同時導流罩口距頂吸罩無遮擋高度為4.5m。

公式

Fs為導流罩口面積，H為天車通過段高度。判斷，可知本設計為低傘罩形。

（4）按此罩形設計修正后，其處理風量應為30×104m3/h。考慮漏風影響，風量選定33×104m3/h。根據經驗，邢鋼轉爐二次煙氣發生量（噴濺時）約28～30×104m3/h，罩形設計與處理風量匹配。

4．除塵系統效果

邢鋼轉爐二次除塵系統通過反復細致論證、對比、測試，在企業的積極配合下，采用天車通過式捕集工藝取得圓滿的成功。三座轉爐實行3吹2作業，系統總風量66×104m3/h，電機功率900Kw，煙塵捕集率95%，排放濃度≤30mg/Nm3，除塵達標受到企業的高度贊譽。

5．結束語

天車通過式捕集技術在邢鋼轉爐二次除塵上的成功應用，是轉爐除塵史上的創舉，為中小轉爐除塵開創了治理工藝的新途徑，其示范作用意義深遠。