發布日期：2018-01-09 13:25
摘要:針對硅鐵電爐煙氣除塵系統設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參數的選取,以供工程設計者參考。
關鍵詞:電爐煙氣 除塵 設計
1 前言
八十年代以來,O新建了一批6000kVA～16500kVA硅鐵電爐。均采用半封閉式煙罩,設置干法布袋除塵器凈化裝置。其煙氣凈化系統見圖1。本文就工程設計中應該考慮的各種因素進行探討。
圖1 硅鐵電爐煙氣除塵系統
1—電爐;2—罩子;3—煙道;4—冷卻器;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程度上取決于煙罩的結構形式。硅鐵電爐采用半封閉式矮煙罩代替高煙罩,以減少排煙量,防止爐內煙氣外逸,可改善工人操作環境。此種煙罩的排煙量約為理論爐氣量的50~60倍,一般設計成六角形罩,根據工藝需要采用水冷骨架整體結構,便于設備檢修,在襯有耐火材料的六角形罩六個側面中的三個側面裝設加料門,加料門在一般情況下不開啟,只是在加料或搗爐操作時開啟一個側面,以減少野風進入。
采用矮煙罩比高煙罩的排煙量少50%,煙氣溫度約400℃~700℃,當罩內煙氣溫度大于500℃時,煙罩的材質應為耐熱鋼,特別是煙罩側面中的加料門結構的設計要防止變形,開啟靈活,并提高其密封性。
3 放散煙囪的設計
3.1 煙氣呈放散狀態下的O佳排煙溫度選擇半封閉電爐的煙氣呈放散狀態下的O佳排煙溫度(不同于煙氣凈化系統投入運行的排煙溫度)應當選取400℃為宜,此煙氣溫度下的電爐料面溫度是O佳的,此溫度既保證了充分利用煙氣的物理熱來加熱物料,也利于電極焙燒,又防止了硅石破碎而惡化爐料透氣性的現象發生。
3.2 O佳煙溫下放散煙氣量的確定
當還原劑的配比為50%焦炭、50%煤時,煙氣溫度為400℃,正常條件的排煙量為每t產品60000Nm3,刺火條件的排煙量為每t產品120000Nm3。
3.3 煙氣通過放散煙囪的氣速選取
設計計算應按刺火條件下的煙氣量作為計算依據,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煙囪的通徑。
3.4 煙氣通過煙囪的溫度降
當煙氣溫度400℃~500℃時,煙氣通過煙囪的每米溫度降,金屬襯磚煙囪一般為2~2.5℃,金屬煙囪為3~4℃。
3.5 煙囪擴張式出口的設計
為了減小煙氣排入大氣時的出口動壓損失,應減小排出口的速度。煙囪出口氣速以不小于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,要求操作靈活,密封性好,適于多塵條件。當煙氣凈化系統中的袋式除塵器進口煙溫過高時,煙囪閥門自動開啟,放散煙氣。
4 煙氣管道的設計
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系統正常運行的重要因素,流速過低,造成管道內積灰,堵塞管道,流速過高,阻力增加,磨損管壁,嚴重時出現漏風,影響捕集效果。管道的流速范圍一般選取為16~26m/s。低速為正常條件,高速為刺火條件。
4.2 管道的伸縮節
伸縮節應設計成柔性的結構,使管道熱變形時引起的推力O小,以簡化支架設計。
4.3 煙氣管道材質的選擇
對于通過550℃煙氣的金屬管道選材,宜選用低合金高強度鋼,輸送低于250℃煙氣的管道選材可用低碳鋼或鍋爐鋼板。
4.4 管道清灰裝置
當水平管道過長時,應考慮管道清灰裝置在管道附近有壓縮空氣氣源時,可采用在水平管道末端設置噴吹管清除管內的積灰。
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凈化。按過濾材質的要求,過濾前必須將煙氣冷卻,為了把煙氣溫度降低到250℃以下,需要借助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的硅鐵電爐采用了U型管式冷卻器降溫。
5.2 U型管式空氣冷卻器的設計
U型管式空氣冷卻器是以高溫煙氣與冷空氣通過自然輻射進行熱交換,使煙氣達到降溫的一種冷卻裝置。該冷卻器制作簡單,操作維護方便,但耗費鋼材較多。
(1)管式空氣冷卻器的排數根據煙氣在管內的流速來決定;冷卻管內煙氣的平均流速一般選取范圍是20~26m/s。集合管內煙氣流速一般選取10~20m/s,低速為正常條件;高速為刺火條件;
(2)空氣冷卻器每根管的長度根據傳熱系數所決定的傳熱面積來確定;
(3)空氣冷卻器的高度由結構的穩定性確定;O佳高度以不高于17m為宜;
(4)冷卻器的管徑選取范圍一般為500~1100mm,壁厚為5mm;
(5)設計空氣冷卻器的關鍵因素是正確確定其傳熱系數,由于影響傳熱系數的因素很多,如煙氣的溫度、比熱、導熱系數、管壁的
熱阻、管壁塵垢的熱阻、銹垢的熱阻等,特別是管壁上塵垢和銹垢的熱阻很難正確確定,因此應在理論計算的基礎上,根據相似的設
備加以修正,一般傳熱系數波動范圍是k=13.92~20.88W/m2·K。
(6)平行并列的冷卻管束應將其中若干冷卻管的出口處設計帶有兩位切斷閥門的結構,其作用是保證在煙氣量變化的情況下,冷卻管內的煙氣流速近于恒定,以防止冷卻管內積灰而降低冷卻效果;
(7)平行并列管在冷卻器的進出口聯箱上應錯列式布置,有利于提高傳熱效率,又便于安裝施焊;
(8)當冷卻器處理的煙溫為550℃時,冷卻器應設計成兩段式的。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
根據硅鐵粉塵輕且細的特點,如果在風機前加一臺預除塵器把粗顆粒粉塵分離出來,風機磨損問題可以解決。國外對硅鐵電爐煙氣的凈化,一般采用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 對于大型袋式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。這樣可使除塵器結構輕巧耗鋼量低,而且又保證了適宜的反吹風量,使袋式除塵器在清灰與非清灰氣布比波動較小,穩定凈化系統的運行,保護濾袋,延長其使用壽命。
6.2 袋式除塵器的清灰方式
目前在硅鐵電爐煙氣過濾中使用脈沖清灰過濾器的情況越來越多,北京鐵合金廠兩臺6000kVA的硅錳電爐煙氣凈化均采用了大型低壓脈沖清灰除塵器。其特點是:這種負壓下運行的高氣布比脈沖清灰過濾器,過濾面積比大氣反吹布袋除塵器所需要的過濾面積要減少65~75%,占地面積少,投資省。
6.3 濾袋材質
袋濾式除塵器的工作特性除與除塵器的結構形式有關外,在很大程度上取決于濾布的性質。目前國外使用比較普遍的還是玻璃纖維,允許使用溫度可達250~280℃,但玻璃纖維強度較低,允許濾速一般不超過0·5m/min,為了提高玻璃纖維的抗折性,一般要進行硅油和石墨處理,使用這種處理后的除塵布袋,加上合理的反吹制度,布袋的壽命可達5~6a之久。
近幾年來,O外開發了一種新型材料,即在玻璃纖維的基礎體上,在內側覆了一層微孔的聚四氟乙烯薄膜,O已有廠家生產這種微孔薄膜覆合濾料,這是一種理想的過濾材料。它具有聚四氟乙烯所固有的性能,O的化學穩定性,表面極其光滑,摩擦系數低,耐高低溫,耐酸耐堿性好,不會老化,長久耐用,而且這種濾料具有多微孔性,透氣性和憎水性。它具有過濾效率高,運行阻力低,過濾速度大,適用范圍廣,運行費用低,使用壽命長等優點。
7 反吹制度
布袋的使用壽命除了取決于布袋材質外,反吹制度也有重大影響,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流平穩,不要使布袋驟漲驟縮,以避免濾袋在狀態轉化時出現“陣發性”的變形,為達到保護除塵濾袋的目的,挪威埃肯公司的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,轉入重新工作以前,當布袋還處于收縮狀態時打開小型充氣閥使袋內外壓差為零,然后打開主風閥使布袋重新工作,這樣使布袋在縮漲之間有了一個緩沖的時間,有利于延長布袋壽命。
8 閥門的設計與應用問題
負壓反吹布袋除塵器中的三通換向閥替代了除塵器排風管道和反吹管道分別設有排風閥和反吹風閥,該閥門內設兩閥板可分別關閉排風口和反吹風口。此閥整體密封性好,動作靈活可靠,在同一臺除塵器中閥門可減少一半,也減少了控制點,降低了除塵器的成本。
9 主排煙風機控制
大型硅鐵電爐的煙氣凈化系統,其主排煙風機的驅動電機容量是很大的,因此對主排煙風機的合理控制十分重要。一般對其主排煙風機控制與調節,可選用液力偶合器調節風機轉速來實現風機經濟的運行。
10 結束語
技術上先進,經濟上合理,操作上可行是鐵合金電爐煙氣凈化設計總的要求,設計者需妥善處理以下幾種關系:
(1)提高收煙率與減小系統排煙量;
(2)提高收煙率與電爐操作檢修;
(3)排煙方式與系統安全;
(4)凈化工藝設計與廠房結構、車間布置;
(5)凈化工藝設計與節能要求。
