天车通过式集烟罩在转炉二次烟尘治理中的应用

黄振涛

1.概述

目前，国内转炉二次烟尘治理几乎都沿用了炉前双侧吸+挡火门组成的烟气捕集惯例，配置高压头风机进行强制排烟，在加料、兑铁水、吹炼的冶炼过程中往往会表现较大差异，尤其对溢渣、补炉及大喷冒出的大股烟尘，效果均不甚理想。其次，由于管道曲折回转，阻力较大，消耗了大量电能，致使烟气得不到有效控制，一次系统稍有波动，二次烟尘立现颜色。这一现象在45吨以下的中小转炉中带有普遍性。

邢钢3座45吨转炉在治理前亦存在这些典型特征。为有效改变这种状况，通过大量的调研测试，根据实际情况，我们创造性地采用天车通过式捕集工艺，将成熟的电炉除尘技术成功应用于转炉，为转炉除尘开创了独特的、新的治理思路。

2.邢钢转炉冶炼工艺参数及厂房相关条件

邢钢转炉及厂房的现有条件是厂房屋架较低，烟气由炉口沿上方彩板进入屋顶气楼外排，虽然较为集中，但烟气受横向风干扰时容易造成在厂房内扩散，影响天车工视线，还使厂房内岗位粉尘超标。其相关常规冶炼参数见表1。

由表1可知，邢钢转炉具有与多数同规模转炉一样的共性。通过观察，其最大的特点是厂房屋架较低，天车轨面标高仅17.1米，炉口烟气发生面距屋架下缘约8米，且烟气可集中进入屋顶气楼外排，有利布置屋顶捕集罩。针对这一条件，提出了采用天车通过式除尘工艺的设计。

3．设计案的拟定

转炉二次除尘的成败，最关键的因素之一取决于捕集工艺，捕集罩的合理与否对转炉二次烟尘治理关系重大。

3．1 邢钢转炉捕集罩设置条件分析

（1）传统侧吸+挡火板二次捕集系统，在一次系统正常时可有相当好的效果，但必须突破2个本质缺陷的问题：侧吸口与炉口烟气速度方向需垂直，一般捕集需较大的负压，能耗会明显增加；面对侧吸口突发的大量烟气，要解决容纳空间，捕集较大烟气。

表1 邢钢转炉的冶炼工艺参数

（2）由于厂房屋架相对较低，烟气有上升的热动力，因而具备设置屋顶罩的条件。

（3）在不影响操作的前提下, 如对炉前烟气加以围封，既可以避免受横向风干扰形成有组织气流，也可以组成较大的蓄烟空间，利于对溢渣、补炉及大喷冒出的大股烟气等工况的进行全过程捕集。

（4）可以采用半密闭集烟罩+天车通过式集烟罩这两项成熟、可靠技术。

3．2 天车通过式捕集原理

（1）利用烟气的热抬升力，在热烟气上升空间的周围设置导流罩；在导流罩上留有天车自由通过的安全通道；在天车上方设置差速补偿容积式顶吸罩。

（2）导流罩的作用是将热烟气围束在导流腔内，使烟气有组织地沿腔壁上升。由于四周没有横向风的干扰，烟气从罩口自然上涌，不会在车间内弥散。此时罩口烟气与天车上方的顶吸罩形成了低伞罩，只要顶吸罩罩口流速选择合理，则其罩口形成的负压区很容易捕集上升烟气。天车通过式集烟罩通过导流罩的功能，将过去难以捕集烟气的高伞罩转化为简单的、易捕集烟气的低伞罩，从而保证了环境达标。

（3）顶吸罩设计为具有差速补偿功能的内外罩。由于导流罩口相对较小，根据上升烟气在无围挡时（天车通过段）发散角设计，因其距离较短，顶吸罩口设计较小，比常规屋顶大罩面积减少了3 0%-50%。同时，差速式内罩罩面风速较大，有力捕集上升主流烟气，外罩捕集横向飘散的小股烟气，捕集率高达90%以上。

（4）为避免影响正常冶炼操作，导流罩在炉前炉口两侧为固定罩，兑铁水的炉前为双移动罩。这样与现有操作习惯完全相同，便于操作人员操作和观察，加上天车自由通过，构成了完整的天车通过式捕集罩捕集系统。

3．3 气流组织

烟气的气流组织是捕集罩设计的重要环节，主要任务是将炉周的烟气集中，流向炉前，从导流罩口排出。措施如下：

（1）转炉炉周形成了原始的围封结构，除氧枪孔外，具备密封条件，其围封结构类似半密闭罩的结构，对气流组织十分有利。

（2）转炉围封后，其烟气由原来的垂直侧吸转化为顺流侧吸，便于有效发挥顶吸罩的排尘功能。

（3）气流有组织地从罩口排出，伴随相当热量，增加了罩口流速，对捕集十分有利。

3．4 捕集罩烟气测试

转炉二次烟气的测试是捕集罩设计的根本依据。对邢钢2#转炉的二次烟气发生状况测试，车间环境温度为21℃。测试记录及结果见表2、表3。烟气（尘）平均速度（从炉口到天车上缘）见表4。

表2 第一炉（测杆到炉墙距离2600mm）

表3 第二炉（测杆到炉墙距离1400mm）

表4 秒表测试情况

根据录像及现场秒表计量综合分析：

烟气较大时（喷烟时间短）：烟流中心部分流速可达3米/秒；烟流边缘部分流速约2.5m/s。

烟气喷溅时：烟流中心部分流速约达3.5m/s。

综上所述，烟气较浓时，烟流中心平均流速3m/s，纵向最大扩散角35°，烟气最大温度88℃。据此设计屋顶捕集罩形和处理风量。

3．5 捕集罩设计主要参数

3．5．1导流罩

（1）罩宽按炉前开距6m设计双移动罩及两侧固定罩；

（2）罩口温度为600℃-1000℃，按1000℃计。

3.5.2 顶吸差速罩

（1）外罩。按纵向最大扩散角35°，横向自然扩散角15°；罩口截面50m2。

（2）内罩。按罩面风速为3m/s，捕集主流烟气，过剩烟气由一定罩深容纳，按此罩形处理风量予计为30 万m2。

（3）烟气流速的影响。烟气流速与温度是相辅相成的，温度越高，流速越高；反之，流速则低。实验与实践表明：

a. 无遮挡高伞罩烟气流速低于0.5m/s时易散逸，亦不易组织，受横向风干扰影响较大，扩散角常大于20°；而流速大于0.8m/s时，烟气容易组织，且受横向风干扰时，烟气扩散角接近15°易于捕集。

b. 有围封结构的高伞罩烟气流速大于0.5m/s时， 烟气扩散角接近15°。

显然，有围封结构的高伞罩与低伞罩烟气扩散性能相似。邢钢转炉二次烟气在封挡导流罩后，其扩散角应按12°-15°设计，同时导流罩口距顶吸罩无遮挡高度为4.5m。

公式

Fs为导流罩口面积，H为天车通过段高度。判断，可知本设计为低伞罩形。

（4）按此罩形设计修正后，其处理风量应为30×104m3/h。考虑漏风影响，风量选定33×104m3/h。根据经验，邢钢转炉二次烟气发生量（喷溅时）约28～30×104m3/h，罩形设计与处理风量匹配。

4．除尘系统效果

邢钢转炉二次除尘系统通过反复细致论证、对比、测试，在企业的积极配合下，采用天车通过式捕集工艺取得圆满的成功。三座转炉实行3吹2作业，系统总风量66×104m3/h，电机功率900Kw，烟尘捕集率95%，排放浓度≤30mg/Nm3，除尘达标受到企业的高度赞誉。

5．结束语

天车通过式捕集技术在邢钢转炉二次除尘上的成功应用，是转炉除尘史上的创举，为中小转炉除尘开创了治理工艺的新途径，其示范作用意义深远。