WISCOTECHNOLOGY Jun.2008
Vol.46 No.3・49・
转炉二次除尘设备改造
朱 俊,童建明
(武钢第一炼钢厂,湖北武汉430083)
摘 要:针对炼钢转炉除尘系统在生产过程中暴露出来的设计缺陷,进行分析、论证,重点介绍如何进行改造优化,从而有效地降低粉尘排放浓度和岗位粉尘浓度,降低电耗,优化操作。关键词:转炉;布袋除尘;除尘效率
中图分类号:TF066.3+8 文献标识码:B 文章编号:100824371(2008)0320049205
Revamponsecondarydustcatchingequipmentofconverter
ZHUJun,TONGJian2min
(No.1SteelmakingPlantofWISCO,Wuhan430083,China)Abstract:Inviewofthedesignlimitationoftheconverterdustremovalsystemexposedintheproductionprocessinsteelmakingthispaperanalyzes,reiteratesandintroduceshowtorevampandoptimizethesystemtoreducethedensityofdustemissionandthedustdensityaroundtheoperatingpostandcutdowntheconsumptionofelectricityandfinallyoptimizetheoperatingpractice.
Keywords:converter;cloth2bagdust2catching;dustremovalefficiency
1 现 状
转炉二次除尘系统由主电机提供动力源,经液力耦合器将机械动能传递给除尘风机,风机叶轮在高速旋转下形成一定的压差,通过转炉上烟罩来抽引转炉生产时产生的二次烟气,将二次烟气通过除尘器内部除尘布袋的过滤净化后,经风机叶轮的高速旋转从烟囱排放大气。本除尘系统是由两座过滤面积4800m2长袋低压脉冲除尘器管网并联,同时收集两座100t转炉产生的二次烟尘。按并联管道设计原理,并联管道两端的压
差应相等(即并联管道各分段的静阻力必须相等),否则管道内系统压力将失去平衡,而在同一压差下通过管道总的风量则应是各分管段的风量之和。显然,通过管道的烟气在两台性能相同的除尘风机相对作用下,会出现以下两种现象[‘1]。
(1)当除尘风机的特性曲线无峰值时,并联后的合成特性曲线就比较简单,只是各条特性曲线的简单叠加。
(2)当除尘风机的特性曲线有峰值时,问题就
作者简介:朱 俊(1972-),男,湖北武汉市人,工程师.
比较复杂了,因为在峰值附近等压线与特性曲线
不仅有两个交点,而且会出现拐点,因为在峰值及拐点附近等压线与特性曲线有3个交点。
按图1分析,除尘管网特性曲线R与单台风机特性曲线相交于A2,与两台并联除尘风机的合成特性曲线相交于A,这时如果在这个管网系统中只启用1台除尘风机,则管网输出的风量为q1;如果同时启用两台除尘风机,则管网中输出的风量为
q3;然而q3 q2减至q1,而管网中输出的总风量为q3=q1﹢q2。 这就证明两台除尘风机并联运行时,其中1台风机给另1台风机制造了阻力。这是由于两台除尘风机并联运行时,其中1台风机输出的风量已经占据了管网一定的容积,故该管网对另1台风机而言相当于其流通面积相对减小了,故阻力也就相对增大了,它们就这样互为因果,形成管道系统阻力损失 ・50・武钢技术第46卷 不可能相等,从而造成压力失衡。具体到实际处理烟尘工况的情况看,在转炉生产单炉冶炼时除尘各项指标均能达到国家环保标准,但随着钢厂生产节奏的不断加快,当两座转炉分别进行兑铁水、出钢水时,除尘效率较低,则不能完全满足对转炉区域的除尘要求,实际工作中两台除尘器并联运行也不便于操作控制,更不能有效保证风机降速清灰时间,从而造成并联收尘总管吸力偏低,管网阻力增大,除尘电耗较高。 况下,除尘布袋的透气性愈好,除尘器的系统阻损(压差)愈小,这时其进口和收尘总管上的吸力(负压)就愈大,长期保持除尘器较好的布袋透气性,就能稳定、高效地收集处理转炉二次烟尘,使转炉生产现场保持理想的清洁生产环境。 除尘效率的考核指标按武钢内控标准分为:岗位粉尘浓度10mg/m3以内和烟气排放浓度30mg/m3以内(国家标准:岗位粉尘浓度10mg/m3以内;烟气排放浓度150mg/m3以内)。根据生产工艺,两座转炉是分开在不同时间段兑铁、出钢,为满足转炉收尘要求,收尘总管的吸力(负压)必须在小于-1.8kPa以下。由于两座转炉管道的设计从转炉至出厂房并联成1条<3020mm,长约300m的除尘总管,又从这1条<3020mm管道分为两条<2800mm管道,分别与1号转炉除尘器和2号转炉除尘器相联,这就形成了两座转炉产生的二次烟气大部分被距离除尘总管最近的2号除尘器截住,而1号除尘器功能始终不能得到完全发挥,具体表现在,随着除尘器在某一周期内运行时间的延长,2号除尘器阻损明显大于1号除尘器阻损,其进口吸力也随之下降,从而导致收尘总管吸力下降,管网压力失衡,最终造成除尘效率低下。根据实测烟气检测报告,转炉二次烟气排放浓度最高时达到145mg/m3;岗位粉尘浓度最高时达到23mg/m3;均超过了武钢对除尘系统的内控标准。通过设备运行参数统计,表明除尘器总管吸力小于-1.8kPa必须是两台除尘器的风机转速保持在850r/min以上。在风机转速不变的情况下,6h以后收尘总管吸力逐渐下降。对1、2号除尘器的电机电流、系统阻损及并联总管吸力进行了统计,如表1所示。 图1 2台性能相同的除尘风机特性曲线2 转炉二次除尘系统存在的问题2.1 除尘效率问题 除尘效率是指含尘气流通过袋式除尘器时新捕集下来的粉尘量占进入除尘器的粉尘量的百分数,其表达式为: η=Gc×100% Gi η为除尘效率,%;Gc为被捕集的粉尘量,式中, kg;Gi为进入除尘器的粉尘量,kg。 除尘效率是衡量除尘器性能最基本的参数,它表示除尘器处理气流中粉尘的能力,它受除尘布袋的透气性、除尘器的阻损及清灰方式等诸多因素影响。通过上式,说明除尘效率取决于布袋除尘器的布袋透气性能,在过滤总面积不变的情 表1 除尘器并联运行参数统计表 运行时间 1h2h3h4h5h6h 1号风机电流/ A210210210210210210 2号风机电流/ A220220220220220220 1号除尘器阻损/ Pa186018901910194019802100 2号除尘器阻损/ Pa195021502190221022802340 并联总管吸力/ Pa-1950-1900-1850-1800-1770-1740 注:统计时间段2台除尘器的3kV、1250kW电机的转速为850r/min,2座100t转炉连续正常生产 从表1中可以清楚地看到,在工况不变的情 况下,两台并联运行的除尘器连续收尘4h后,随着其系统阻损的增大其收尘总管吸力也随之下降到大于-1800Pa,当连续收尘6h后其总管吸力 第3期朱 俊,等:粉尘治理达标的钢厂环保设施改造 ・51・ 下降到-1740Pa左右,此时两座同时生产的转炉除尘效率会受到影响。 1台除尘器风机转速降低,进行了如表2所示的 相关参数统计。 表2 并联运行降速清灰参数统计表 除尘器 1号2号 2.2 除尘电耗 除尘器的电耗主要取决于系统阻损和烟气实 际风量,在烟气实际风量基本不变的情况下,除尘器的阻损愈小,其运行电耗就愈低。根据生产实际情况统计,当两台4800m2的布袋除尘器并联运行收集两座100t转炉产生的二次烟尘的电耗为7.5kWh/t钢时,可基本使并联运行的收尘总管吸力维持在-1800Pa左右,能满足转炉收尘需要;但要在连续8h以上高产的过程中保持除尘效率就必须将两台风机转速提高到920r/min以上,提速后电机电流高达240A,这时的除尘风机电耗就随之增加。 风机转速/电机电流/系统阻损/进口吸力/ (r・min-1) 930300 A25060 Pa163030 Pa-2500-1200 注:并联收尘的总管吸力控制在小于-1800Pa 从统计参数中可以看到,为保证一座转炉生 产时的收尘效率,至少有一台除尘器的风机要高速运行;而另一台除尘器的风机转速即使降到300r/min,其对应的除尘器进口吸力也仍维持在-1200Pa,此时是很难快速、有效清除布袋表面 2.3 操作控制 布袋除尘器的最大优点是除尘效率高、本体结构及设备简单;但其最大的问题是系统阻损大且不易控制。在两台除尘器并联运行收集两座转炉二次烟气的过程中,经常会遇到1座转炉连续生产,另1座转炉检修或冷备的情况,此时两台除尘器要想降低风机转速清除布袋表面积灰是很难达到理想效果的。据实际统计结果表明,两台除尘器同时降低风机转速(除尘器吸力降至-200Pa左右)即全部停止收尘时,其脉冲阀脉冲喷吹的气压稳定在0.4MPa,脉冲阀连续喷吹除尘布袋40min以上的清灰效果最佳,此状况下的系统阻损可降到100Pa以下。这样对于提高下一运行时段的收尘效率是非常有利的。为摸索有利清除布袋表面积灰控制除尘器系统阻损、稳定收尘效率的操作方式,在1座转炉生产另1座转炉冷备的情况下,将1台除尘器风机转速提升而将另 积灰的。一旦两座转炉投入生产,降速的除尘器风机必须随之升速,其收尘的系统阻损会迅速达到1000Pa以上,对整个收尘效率构成了影响。要实现有效快速地清除布袋表面积灰,控制除尘器收尘时的阻损,提高两座转炉的除尘效率,就必须改变除尘器的运行方式,改变操作控制方式。 3 改进措施 拟将原有两座并联运行的除尘系统改造成互为独立的除尘系统,形成1台除尘器对应1座转炉,从而延长风机清灰时间,提高除尘效率,不断降低烟气粉尘的排放浓度,使烟气排放浓度和岗位粉尘浓度两项指标始终控制在除尘环保指标内,同时达到节能降耗的目的。 从布袋除尘器收集转炉二次烟气的实践情况来看,1台除尘系统对应1座转炉是经济和效率最稳的方式。本着经济和高效的原则,对系统作了如图2所示的工艺系统改进工作。 图2 工艺系统改进方案图 在改进工艺系统时既要考虑到1台除尘系统对1座转炉收尘的需要,又要考虑到事故状态下 ・52・武钢技术第46卷 利用1台除尘系统同时收集两座转炉烟尘以减少环境污染的需要。根据工业通风管道设计要求,确定除尘管道的通风流通断面直径至关重要,如流通断面直径选取过小,转炉冶炼产生的二次烟气将不能全部收集,会造成除尘效率下降;流通断面直径选取过大,则会造成不必要的成本投入和除尘系统整体除尘能力下降,因此,确定通风管道流通断面直径必须对除尘系统处理风量、烟气流速等,进行准确计算[2]。 两台除尘器收尘管道最近距离处新增(并联)了1台DN2600的电动蝶阀,用于某一台除尘器事故状态下开启,为了降低系统的阻力损失,并联的电动蝶阀的连接管道弯头的曲率半径以取管径的1.5～2.0倍,管道的三通及主管与主管的连接处,取夹角小于35°,用以尽量减小烟气与管道内壁的摩擦,这样就可以确保特殊情况下两座转炉暂时的清洁生产。在改进方案中还将两座转炉炉后的收尘罩由600mm×600mm扩大到1000mm×1000mm,目的是想更有效地收集转炉出钢过程中的二次扬尘。经过反复的工艺模拟演示和对现场厂房结构和生产设备布置空间确认,证明该方案是可行的。 (1)重新架设一条<2620mm收尘管道用于1号除尘器收集1号转炉二次烟气。 (2)将1号转炉炉后的方型收尘管缩小至(2000mm×1600mm)改为2号除尘器收集2号转炉二次烟气。 (3)重新架设一方型收尘管(2000mm×1600mm)使其与新增<2620mm管道联通用于1号除尘器收集1号转炉二次烟气。 (4)利用设备年修前的30天完成架设200m、<2620mm收尘管道的工作,其中在▽35.0m 3.1 除尘系统处理风量计算 计算袋式除尘器的处理风量,首先求出工况 条件下的气体量(实测工况气体量28×104m3/h),即实际通过袋式除尘器的气体量,并且还要考虑除尘器本身的漏风率(除尘器漏风率3%),按生产工艺过程产生的气体量,再增加收尘罩混进的空气量(约20%～40%)计算: Q=Qs-(273+tc)×101.324(1+K) 273Pa3 式中,Q为通过除尘器的含尘气体量,m3/h; Qs为生产过程产生的气体量,m/h;tc为除尘器 内气体的温度,℃;Pa为环境大气压,kPa;K为除尘器漏风率。 实测环境大气压力为101.325kPa,通过上式计算通过除尘器的含尘气体量为38×104m3/h,除尘管道内的风速按设计风速18m/s选取,考虑到转炉二次烟气与管壁间的摩擦及管道弯头处的沿程阻力损失及局部损失,应确保各支环路间的压力损失差值小于15%。由此求出除尘通风管道流通断面直径。 厂房屋面的管道施工需在特制的托架上进行,以确保厂房立柱摆动最小及天车等起重设备不受影响。 方案(1)在厂外部分的100m、<2620mm管道施工基本上不受生产影响,只在现有的管道上架空敷设,厂内和屋面部分的100m管道作避开生产设备、有利于检修的走向处理,所有施工均与生产同步进行。 方案(2)中由于炉后密布着各类管道和挡渣塞棒机械提升装置,为使对生产影响最小、工期最短,采取将2000mm×2800mm方型管道的吊架加固并向两端延长800mm的做法,充分利用钢厂设备大修的3天时间将原方管中部割开缩为2000mm×1600mm方管;同时将制作好的新方 3.2 除尘通风管道断面直径计算 D= 4Qυ3600π 式中,D为圆形通风管道直径,m;Q为除尘器的 含尘气体量,m3/h;V为除尘管道风速,m/s。通过上式计算结果再乘以1.15～1.50倍安全系数,得出此除尘管道断面直径为2620mm。考虑到管道的耐压能力及抗腐蚀能力,管道材料选8mm的Q235钢板制作。 在改造项目实施时,将1号炉炉前罩与现有的除尘总管(<3020mm×8mm)、1号除尘器组成1号转炉除尘系统,新敷设1根规格为<2620mm×8mm的除尘管道,与2号转炉炉前罩、2号 管利用1号炉炉役检修的时间吊装完成。 4 改进效果 该项目全部完工后,转炉现场除尘效果得到 了明显改善,两台除尘器功能得到了完全发挥,系统改进后的各类参数如表3所示。 除尘器组成2号转炉除尘系统,新设置的除尘管道在现有除尘管道上架空敷设。如图2所示,在 第3期朱 俊,等:粉尘治理达标的钢厂环保设施改造 表3 转炉二次除尘改进后参数统计表 ・53・ 时间 1h2h3h4h5h6h7h8h 1号除尘器风机2号除尘器风机1号风机2号风机1号除尘器系2号除尘器系1号转炉收尘2号转炉收尘 转速/(r・min-1)转速/(r・min-1)电流/A电流/A 840835220218840835220218 840840840840840840 835835835835835835 220220220220220220 218218218218218218 统阻损/Pa 12301230 135013801420145014601480 统阻损/Pa12301250 126012801310132013501380 管吸力/Pa-2240-2120 -2150P-2120-2080-2060-2020-2030 管吸力/Pa-2250-2230 -2230-2210-2180-2180-2150-2120 注:1.此统计参数时间为某班第1h至下班后第8h 2.此统计参数时间2座转炉为满负荷生产,2台除尘器为连续运行状态 从表3可以看出,1台除尘器对应收集1座转炉二次烟气的各类参数,如风机电流、除尘器系统阻损及收尘管道吸力,均明显优于两台除尘器并联运行收集两座转炉的二次烟气的各类参数。尘器风机升速至920r/min,保持各收尘管吸力小于-1800Pa。 4.2 改进效果实施了上述工作后,各除尘器充分利用了其对应转炉冶炼的工序空余时间,风机降速时间增多,除尘器布袋清灰效率提高;系统阻损由改进前1650Pa下降到1240Pa以下;收尘时的管道吸力由小于-1800Pa增加到小于-2200Pa。转炉生产过程中的除尘效率明显提高,使钢厂烟尘控制得到了改善,除尘电耗指标得到优化,最终取得了良好的社会效益和经济效益。 [参考文献] [1] 张殿印.除尘技术手册[M].北京:冶金工业出版社,2002.[2] 商景泰.通风机手册[M].北京:机械工业出版社,1994. (收稿日期:2008202220) 4.1 系统改进后的操作控制及优化本系统改进工作于2006年3月全部完成,为及 时调整和优化操作控制,根据工况参数测定结果和设备操作条件做了如下操作调整和优化工作: (1)转炉准备生产至出钢完毕时间段对应的除尘器风机升速至840r/min,保持收尘管吸力小于-2100Pa; (2)转炉冷备或检修等时间大于40min,对应的除尘器风机降速至200r/min以下,除尘器进口吸力大于-200Pa,利于脉冲阀喷吹及时有效地清除布袋表面积灰,减少系统阻损; (3)遇有1台除尘器临时停机处理故障,关闭对应进口管道蝶阀,开启主管联通蝶阀,运行的除 (上接第17页) 于蠕变失效。在高温作用下,B15214钢管中晶界聚集的碳化物,使晶界及附近贫Cr,降低了抗晶间腐蚀能力,并使材料的蠕变抗力下降,在钢管表 面产生沿晶裂纹。在高温高压作用下,裂纹不断扩展并最终产生爆管。 (收稿日期:2008202222) 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容