王娟（中冶京诚工程技术有限公司，北京 100176）
转炉三次除尘系统设计与应用
王娟
（中冶京诚工程技术有限公司，北京100176）
【摘 要】目前随着国内对炼钢大气污染物排放标准的严格要求，很多厂区引入三次除尘作为二次除尘的辅助手段。本文介绍了转炉烟气产生的原因，并结合某钢厂的三次除尘系统改造方案，从除尘系统的工艺流程、除尘罩的布置及设计注意事项、三次除尘的烟气量计算方法与结果比较这几个方面对三次除尘的设计和应用进行阐述。
【关键词】三次除尘改造烟气量的确定
1 引言
随着现代工业的发展，环境保护与产业发展不平衡的问题日益突出，尤其是近些年来逐渐增加的雾霾天气，引起社会各界的广泛关注，也使相关部门加大了治理大气污染物的力度和决心。根据国家最新颁布的《炼钢工业大气污染物排放标准》，对现有企业和新建企业的大气污染物排放浓度提出了更加严格的要求。很多老厂区现有的除尘系统已经无法满足最新的排放要求。本文主要结合某钢厂二次除尘系统改造项目，对三次除尘系统的设计与应用进行阐述。
2 转炉三次除尘系统设计
2.1烟气产生的原因
转炉炼钢，在生产过程中，通常在炉口设置一次除尘、二次除尘来捕集转炉在吹炼、兑铁、加废钢和矿石产生的烟气。正常情况下，转炉二次除尘通过狗窝和挡火门封闭、炉前门型排烟罩的方式基本能够捕集到所有烟气。但随着生产节奏的加快，仍会有部分烟气捕集不到溢出屋面。
目前钢厂反映转炉区域屋顶冒烟现象较严重，环境受到影响。炼钢厂转炉区域屋顶冒出的烟气主要来自以下几个方面：
（1）系统除尘点较多，部分除尘点抽风量较小。
（2）炉口平台冒黄烟。转炉辅原料加料系统、转炉合金加料系统、炉后吹氩喂丝站合金加料系统的卸料小车卸料时烟尘很大。
（3）氧枪孔和部分密封不严密处冒黄烟。
（4）工艺操作方式不当如兑铁速度快，或兑铁和出钢时炉口偏离烟气补集罩，都会瞬时产生大量热烟尘通过热气压的作用弥散至炼钢车间顶部。
因此本工程对现有转炉车间进行除尘改造，增设转炉三次除尘，目的是为炼钢车间创造一个良好的工作环境和操作条件，并确保冶炼期间屋顶无序零排放，炼钢区粉尘浓度排放达标，满足劳动安全卫生的要求。
2.2三次除尘系统方案
本次工程主要是对现有炼钢厂转炉二次除尘系统进行改造，除了车间外增加一套新的三次除尘系统以外，车间内需要改造的范围包括：修改排烟罩，对烟气进行密闭隔断、塔楼钢结构加固、封闭屋面，改造狗窝、增加车间隔断、改造氮封、增大风量，增设卸料处移动通风槽，调整系统除尘点数等多种措施，改善转炉二次除尘效果。
2.2.1工艺流程
烟气工艺流程为（如图1所示）：尘气→吸尘罩（密闭罩）→手动（电动）风量平衡阀→管道→布袋除尘器（及补偿器）→管道→风机（及入口调节门）→烟囱（钢制）。
转炉兑铁及出钢时会有大量热烟尘通过热气压的作用弥散至炼钢车间顶部，为捕集这部分烟气，采用转炉工位顶部屋面设置屋顶罩形式，将转炉顶部范围内的厂房屋架加以合理的围挡形成排烟罩；罩子顶部设锥形吸风口。从屋顶罩捕集的烟气采用滤袋过滤的干式除尘方法，负压操作的工艺流程。
2.2.2除尘罩的布置及设计中注意事项
本次工程的炼钢车间之前都是利用天窗和竖风井进行自然通风，通过风压和热压的作用将粉尘和其他污染物排出厂房，这种无组织排放严重污染了周边的环境也不符合国家对大气污染物的排放浓度要求。这次设计采用了封闭高跨天窗，在天窗侧面加屋顶罩，封闭原有竖风井在气楼封闭处增加烟气罩的方式来捕集三次除尘的烟气。
由于是改造工程，因此在设置屋顶罩前要根据罩子和管道的荷载核算屋面的承受能力，如果超出屋面承受力范围，要对屋面梁和支架支撑位置进行加固。此外还要结合建筑和结构专业对屋面天窗和竖风井进行封闭改造。屋面的改造工程量相对比较大。
2.3烟气量的确定
对于三次除尘屋顶罩烟气量的计算，目前国内尚无成熟的计算方法。推荐下面两种方法以供参考。
2.3.1高悬罩理论计算
在热射流基础的理论上，采用《钢铁企业采暖通风设计手册》对高悬罩的计算方法，见高悬罩的射流图（图2所示），手册中列出了高悬罩的理论计算公式（表1所示）。
表1 高悬罩理论计算公式
式中：
d—炉子直径（m）；
H—罩口与炉顶间距（m）；
⊿t—热源与周围空气温差（℃）；
Fs—热源面积（m2）；
Fc—罩口热气流断面积（m2）；
Vr—罩口其余面积（m2）；
Ff—罩口面积（m2）；
Fc—上升气流在罩口处的横断面积（m2）
以本次工程为例，现有转炉3x180t，每个转炉做一个屋顶罩捕捉二次除尘以外的烟气。根据表1的公式计算得出：见表2。
表2 计算结果
此计算结果为一个转炉上对应的一个罩子的排风量。总排风量为转炉个数乘以一个罩子的排风量。总的烟气量为300 x104m3/h。
2.3.2换气次数计算
根据多年的工程实践和数据经验积累，我们一般选择车间内换气次数的方法来计算烟气量。按照以往的工程，三个转炉的三次除尘的烟气量约为80x104～130x104m3/h。
按照经验数据，换气次数取60～120次每小时计算。本工程设计的屋顶罩三次除尘烟气量约为84 x104m3/h。
2.3.3计算结果比较
通过实例可以看出用高悬罩理论计算得出的烟气量非常大。受炼钢车间封闭性不好，大门常开，漏风点多，热源多，气流复杂干扰因素多等条件影响，理论计算值与实际偏差较大。从经验来看，实践摸索出的换气次数法计算的烟气量更接近实际的烟气量，根据以往的工程，应用换气次数法计算出的风量可以满足使用要求。
3 结语
目前国内很多炼钢厂的转炉车间仍以二次除尘为主，随着国家对环境保护的重视，不少企业都加大了环保除尘的投资力度。已有不少项目在转炉二次除尘的基础上增加三次除尘，实施并顺利投产。三次除尘做为二次除尘的辅助手段，是对二次除尘烟气捕集方式的一种补充和改进。实践证明，对屋面进行封闭改造增加三次除尘后，有效的改善了屋顶冒烟的情况，烟气的捕集效率可以达到90%以上。对于改造的工程，在施工过程中只要合理安排时间，与转炉的生产节奏配合好，就可以在不停产的情况下对屋面进行施工改造。三次除尘作为转炉炼钢的除尘措施已经被越来越多的同行接受，然而也并非所有的工程项目都要增加三次除尘系统，总之，不论是二次除尘还是三次除尘在设计和制定方案前都要因地制宜，具体问题具体分析，结合现场的实际情况做出优化、高效的环保措施。
参考文献：
［1］李承汀，徐连达等.钢铁企业采暖通风设计手册［M］.北京:冶金工业出版社，1996:241.
