气幕隔尘法在电炉屋顶烟罩排烟系统中的应用与改进

摘要：通常电炉加料和出钢时的烟气均通过屋顶烟罩捕集，但使用效果不够理想。为提高屋顶烟罩的捕集效率，节省大规模排烟量和风机能耗，提出更加经济的气幕隔尘法用于辅助电炉屋顶烟罩排烟。即在屋顶烟罩底部形成一个无形透明的屏障，以阻止电炉加料或出钢时的向上烟气不因车间横向气流的干扰而向屋顶烟罩外扩散。结合工程项目分析了气幕隔尘新技术的应用前景。

关键词：气幕隔尘 屋顶烟罩 横向气流

0 引言

目前70吨电炉的炉外排烟效果不是十分理想，其原因如下：

1） 电炉生产节奏普遍加快，入炉的铁水比例大大增加，废钢质量越来越差。由于这些原因导致烟气量远远超过了原有除尘系统的设计能力，导致大量烟气外逸，严重污染了环境。

2） 大多电炉采用屋顶烟罩来捕集电炉加料（ 废钢或铁水） 和出钢时的二次烟气。在加料或出钢时，大量的烟气上升，由于尘源点和烟罩罩口的距离较远，受横向气流的干扰严重，导致热气流发生偏转，烟尘积聚在厂房上空或通过厂房气楼排至厂房外，使车间和周围的环境恶化。

为了减少污染，提高屋顶烟罩的捕集效果，国内现有电炉的除尘设计大多采用加大屋顶烟罩尺寸和排烟量的方法，但是却大大增加了投资成本。针对这一情况，文中提出了对屋顶烟罩排烟结构进行优化，在屋顶烟罩排烟的基础上增加了改进型气幕隔尘法，在降低设备运行能耗的前提下对烟尘进行有效地捕集。气幕隔尘的作用实际上使尘源被封闭在屋顶烟罩底部由气幕形成的空间里而无法逸出，以此大大提高屋顶烟罩的捕集效果。

1 气幕隔尘法的技术原理

电炉炉外排烟采用屋顶罩和密闭罩相结合的排烟方式。由于屋顶烟罩离电炉远，当电炉加料或出钢时，只有烟尘上升到罩口附近，屋顶烟罩才能发挥捕集作用。在高温烟气上升过程中，不断有冷空气渗入，一方面降低了烟气温度而导致烟气上升速度减缓； 另一方面随着烟气上升，扩散范围越来越大，一旦受到来自车间横向气流的影响，上升烟气将发生偏移而逸出屋顶烟罩的控制范围。图1a 为电炉兑铁水时烟气受横向气流干扰后经行车外侧逸出屋顶烟罩的情况。采用气幕隔尘法可阻止电炉在加料和出钢时的上升烟气不受横向气流干扰而偏移方向。图1b 为增加气幕隔尘系统后，在电炉兑铁水时烟气被屋顶烟罩捕集的情况。从图1 中可以明显看出，增加气幕隔尘系统后，原电炉兑铁水时从屋顶烟罩口外逸的烟气现象基本被清除。

国内通用气幕隔尘的方案设计如下：

每座电炉设气幕隔尘系统2 套，见图2。每套系统主要由高压离心风机、送风管、均压管、条形送风口组成。均压管布置在屋顶烟罩的边沿底部，条形送风口设在均压管的正下方，高压离心风机布置在辅料跨行车梁新搭建的平台上。

电炉加料时行车位于电炉正上方，沿着行车运行方向，在电炉屋顶罩底部两侧各设计一排由上而下的送风气幕至电炉密闭罩顶部。为了不让烟气从屋顶烟罩底部不设气帘的一侧外逸，考虑加设挡风墙将电炉跨和辅料跨隔开。通常超高功率电炉冶炼周期性为45 ～ 65 min，而电炉加料和出钢时间约10 min，即气幕隔尘系统运行时间仅为12 min，因此气幕风机选用变频风机。风机在电炉加料或出钢时高速运行，其他工况低速运行。气幕隔尘系统运行情况如下： 电炉加料或出钢时，高压离心风机高速运行。空气经风机加压后由送风管送入均压管，再经均压管正下方的条形送风口产生具有一定风量、风速、风压的扁平射流后喷出，形成一道连续的无形透明屏障，以阻止上升的烟气流发生偏移而逸出烟罩外。电炉加料或出钢结束后，风机低速运行。

提高气幕控尘的使用效果要考虑两个因素： 车间横向气流的风速，电炉与屋顶烟罩间的距离。

2 技术特点分析

2. 1 屋顶烟罩易受横向气流的影响

屋顶烟罩对电炉冶炼全过程的烟尘都可起到捕集作用，而不影响电炉冶炼操作。现有对屋顶烟罩排风量的计算方法都是将电炉作为热源，以辐射和对流方式向外散热，电炉加料或兑铁水时产生的高温烟气在出口动压和热压的作用下垂直向上喷出。随着周围空气的渗入，热气流上升速度不断下降； 形成的热气流不断上升，断面不断扩大。当上升到屋顶罩高度时，热气流具有一定的半径和上升速度。如果有横向气流干扰时，采取加大屋顶罩面积，同时需加大排烟量。故屋顶烟罩除尘系统所需的处理风量比其他捕集罩都大，从而使风机风量、除尘器过滤面积、管道尺寸、系统动力消耗等大大增加。

2. 2 气幕隔尘特点

气幕隔尘法可有力地抵御横向气流的干扰，合理的屋顶罩面积就可有效捕集电炉排出的烟气。在屋顶烟罩排烟的基础上增加气幕隔尘方法，实际上相当于在屋顶烟罩底部形成一个无形透明屏障，以阻止烟尘向外扩散。气幕隔尘法利用气幕射流，对排出的烟气形成空气屏障，保持烟气流的上升浮力，阻止烟气流受横向气流干扰时发生偏转。但其控尘作用并不象固体平壁那样来阻止粉尘的穿透，而是不断卷吸两侧气流，稀释和带走卷吸进来的烟气，使粉尘不能穿透气幕。

气幕隔尘法的特点是： 1 ） 增大屋顶烟罩的储烟容积，避免烟气外逸； 2） 大大提高屋顶烟罩的捕集效率，使其高达95% ； 3） 阻止周围常温气流大量卷入，避免横向气流的干扰，使屋顶烟罩的计算排烟量大大减少，从而降低除尘系统风机和除尘器的配置能力以及系统运行能耗。

3 国内电炉气幕法实际运用中存在的问题

以某钢厂70t 电炉为例，气幕隔尘法实际运用中存在以下问题：

3.1气幕较短，轻薄料冶炼状态下无法达到环保要求

原设计气幕长度为1.5米，实际有效长度为1.2米。特别进入2013年以来，钢铁行情不好，电炉常用来消耗轻薄料、浇注余料，高炉高硅渣铁等废料，加料过程中火焰较大，烟气量倍增，大量烟尘越过气幕墙，造成电炉厂房内大量烟尘聚集，厂房外大量烟尘外溢。

3.2使用寿命较短

轻薄料冶炼过程中，烟气温度太高造成气幕墙弯曲变形。同时集烟罩隔烟布经常烧损，使用寿命通常不过一个月。更换时须将2台110t行车并车，搭脚手架才能进行，更换时间通常为3天。严重影响电炉生产。

4 气幕隔尘法的改进

4.1气幕结构改进

在屋顶罩外沿3米处搭建固定式高温烟气隔离墙，长度为2米。基础桥架采用30#槽钢，高温隔离墙内侧采用双层不锈钢钢丝网，钢丝直径4.0mm，钢丝网中间夹层采用耐高温石墨布，用5.0的镀锌铁丝固定在基础架上。气幕条形管固定在基础桥架外侧下沿，固定方式为满焊。改造后的气幕墙下移2米，屋顶罩集烟容积增大2倍。

5 结论

电炉屋顶烟罩排烟易受横向气流的干扰，在屋顶烟罩基础上采用气幕隔尘法，能解决多年来国内外均未能解决的一大难题，为电炉排烟开辟了新的技术和途径，把环境治理提高到了一个新的技术水平。其特点如下：

1） 气幕隔尘方法是一种很好的控尘方法，其作用相当于电炉周围形成一道“无形透明屏障”，以阻止电炉加料或出钢时产生的烟气向屋顶烟罩外扩散。

2） 气幕隔尘方法改进增大了屋顶烟罩的储烟能力，使烟尘被控制在一个有效的范围内，大大提高屋顶烟罩的捕集效率。

3） 气幕隔尘方法改进使设备使用寿命大为提高，70吨电炉2010年改进以来，高温石墨布已连续使用3年未发生大面积破碎。

参考文献

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