天车通过式集烟罩在实践中的不断完善

国家重点实用技术推广会 东 方 环 境 技术文件 天车通过式集烟罩 环保·节能·新技术 天车通过式集烟罩在实践中的不断完善 东方环境工程设计研究所东方环境工程设计研究所东方环境工程设计研究所东方环境工程设计研究所 1111 概述 天车通过式集烟罩，以其对烟气诱导捕集的独特魅力，正越来越多地受到广 泛关注。自 1997年 9月，它首次成功应用于 30t超高功率电炉以来，相继在大钢、 宝钢浦钢、越南太钢及珠钢 150t电炉等数十座电炉上应用，而且又发展应用于 AOD炉及转炉的烟气治理。该项技术以令人惊讶的速度，迅速取代了传统的三套 件等各种捕集形式，它是国际上烟气捕集技术的重大突破，引起业界人士的广泛 关注。 2 天车通过式集烟罩来自现实的需要 在此之前，对电炉二次烟尘的捕集，形式多种多样，较为成熟有：半密闭集 烟罩、密闭罩、侧吸罩、屋顶罩等。而半密闭罩以其不影响冶炼操作、能耗低、 坚固耐用、捕集效果好而为我所长期坚持研制并全力推广。但因存在出钢、加料、 换电极等工况，烟气难以全过程捕集，特别是对 30～70t以上的中、大型电炉不 能很好发挥特长。这一不足，使设计人员考虑采用屋顶罩与半密闭罩结合、切换 使用，二者发挥互补优势。受这一思路启发，产生了将半密闭罩的拓扑延伸的原 始构想。 经过反复论证和计算，吸收了屋顶罩全过程捕集烟气又不影响冶炼操作的优 点，保存并发扬了半密闭罩的空气动力性能良好的气流组织和优化设计的速度场 原理，以及较低的处理风量的优良特性，最终形成了具有说服力的集烟罩组合形 式：容积式屋顶罩+炉侧、炉后固定导流罩体+变压器房顶移动导流罩体，见图 2。 并在屋顶罩口与其下的导流罩体之间留有天车通行的敞开区。实践证明，这种集 烟罩显著优点是： （1）全过程捕集烟气，不影响操作，对炉前工操作而言，有罩与无罩基本一 样； （2）岗位粉尘显著下降，对天车工而言能见度明显提高； 国家重点实用技术推广会 东 方 环 境 技术文件 天车通过式集烟罩 环保·节能·新技术 （3）捕集效果达 90～95%，基本可达半密闭罩效果，环境质量提高、达标； （4）客观上对电炉大喷、爆炸、噪声等起到屏蔽保护，有利于安全生产。 （5）比屋顶罩能耗大大降低。（半密闭能耗＜屋顶罩）由于其高度的现实性 和实用性受到普遍的欢迎。 3 天车通过式集烟罩设计与实践的相互印证 天车通过式集烟罩之所以从构想到成型一举获得成功，除了有坚实的实践基 础外，也具有充分的设计依据和相关理论的指导。设计与实践的相互印证，不断 推动了技术的进步。 3.1 处理风量的确立 （1）处理风量的确立，首先依据的是高悬罩和假想热源点理论。这里以大钢 11#电炉天车通过式集烟罩为例加以说明。有关参数如下：30t电炉，热源 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面平 均温度 1300℃，周围环境温度 30℃，炉径 DS=4.6m，热源距屋顶罩口 H=14m.如 图 3所示，若所需处理风量按高悬罩计算： L 高=3600〔μfFc+0.5(Ff—Fc)〕=79000m3/h 罩口流速μr=1.83m/s （2）假定天车通过式集烟罩在炉体热源周围的导流半密闭罩的影响，热源被 抬升至导流罩口，距屋顶罩 H=5.1m处，此时 Fs5.1 ≥H=5.1，则罩形可按低悬罩 计算，L 低=215.3Bf= Af4/3=△t5/12×1.15，此时△t=90℃，导流罩罩长 A8.9m，罩宽 7m，由 Bf=7+0.5=9.55取 9m，Af=8+0.5H=10.55取 10m，故 L 低=302000 m3/h。罩 口流速νr=0.085 （3）显然 L 高与 L 低数值相差悬殊，有必要对此修正，二者可大致按对数平 国家重点实用技术推广会 东 方 环 境 技术文件 天车通过式集烟罩 环保·节能·新技术 均差修正，得 L= 30 79 31.2 3079 g − =500000 m3/h （4）按实测数据修正，布点测算表明，屋顶罩罩口处中心烟气平均流速ν r=1.1～1.5m/s，热射烟气边缘流速平均为 0.5～0.7m/s，呈蘑菇状分布。罩口中心 烟气温差△t=250℃，边缘温差 100℃。计算与实际状态相近的当量热源面积 Fsd 及当量高度 H d，采用逆推计算热源点法。 取 ν r=1.2 m/s， △t=250℃ 则 Fsd=[ 12/5085.0 t∆⋅ ν ] =[ 12/5 4/1 250 6.28 085.0 2.1 ]=35m2 Dsd= 785.0 sd F =6.6 m2 此时，Hd= Hf—H 1=28.6—2.58×6.61.136=28.6—22.3=7.3m 可见，当量热源 Fsd在导流罩的作用下，由 H 1抬升至 H，抬升高度△H=H 1-H 1=21.3-16.6=4.7m，见图 4。从另一角度看，热射流烟柱，由于导流罩的作用，其 收缩断面由原来的 1.5Ds=6.9m处上升为 1.5Dsd=1.5×6.6=9.9m，二者从不同角度 反映了导流罩的抗横向风干扰以及防止热源扩散，并使热源有效抬升的原理和特 征。 1.5 SD F =9＞Hd=7.3，故当量热源仍按低悬罩计算： 国家重点实用技术推广会 东 方 环 境 技术文件 天车通过式集烟罩 环保·节能·新技术 处理风量 Ld= Lz+VF 其中 Lz为收缩断面处热射流流量，V取 0.5m/s Fˊ=Ff－Fe=81－54=27 m2 Lz=0.167Q1/3×Dsd3/2=0.167（α△t4/7×Fsd）y3×Dsd3/2 =0.167(1.13×2504/3×0.785×6.62) 1/3×6.6 3/2 =400000m3/h Ld=400000+0.5×27×3600=448000 m3/h 此处理风量接近实际处理风量。因大钢 11#炉除尘系统主风机和主电机均为 原有，从经济角度出发，以及考虑风机风量与设计风量已较为接近，故设计风量 定为 400000 m3/h，虽稍嫌不足，但从使用效果看，基本符合设计要求，并已达标， 通过环保验收。这是实践与设计相互印证的典型范例。 3.2 罩形设计 3.2.1 罩口 罩口设计应以罩口流速大于烟气平均流速为原则，烟气上升平均流速为 1.2m/s，设计罩口流速为 Vr=1.4m/s，则罩口面积 Fr= Vr/ Fr=400000/1.4×3600=79.4 m2，取罩内 9×9=81m2，由于热射流至罩口断面 FC=54m2，此区域为烟气集中区， 约占烟气总量的 90%，而边缘处烟气易受横向风干扰，约 10%左右的烟气向外扩 散。 按接受罩设计原则，屋顶罩内罩 7×8=56m2，正好罩住烟柱，可捕集 90%的 烟气。外设 9×9=81m2的外罩，捕集 10%逸出烟气。风量在以双层罩内的匹配， 应为内罩口流速 1.5～1.6m/s，外罩口流速 0.5m/s，这样形成了呈倒蘑菇状烟气， 使之流畅地导入排烟管。 国家重点实用技术推广会 东 方 环 境 技术文件 天车通过式集烟罩 环保·节能·新技术 3.2.2 容积计算 观察表明，电炉烟气上冲时，气体在膨胀中以脉动形式进入集烟罩，罩口流 速时高时低，这就要求，在保证平均换气量的前提下，应有一定的容积蓄烟，以 保证烟气过大时不致反冲外逸。事实上，烟气流速在罩口有时≥2m/s。尤其是吹 氧、扒渣、加料时，脉动峰值持续时间约 10～15s以上，设罩口烟气流速ν烟=2 m/s， 持续时间 t=15s。 由烟气量 L 烟= Ff·ν烟=81×2=162 m3/s单位时间过剩烟气△L=（L 烟－L） t=（162— 3600 400000）×15=509m3/s 过剩烟气蓄烟容积 V=△L·t=50.9×15=763.5m3 因 Ff=81m3，则蓄烟罩高度 h= m F f 4.9 81 5.763 == ν 设计一般取 8～10m为宜。 在半密闭集烟罩的研制和设计中，对气流在罩内的流场、吸口速度场以及热 因气射流的对流热辐射，较小雷诺数下层流与结构阻力的特性等研究时，必须与 实践活动相互印证，取得第一手经验数据和经验公式。例如，在安钢，我们在改 变了侧吸口的速度场后，解决了炉前冒烟的局面。在大钢，我们也在 3#、4#炉集 烟罩安装了口琴式罩顶结构，大大改观了原侧吸口局部冒烟的情况，在武进钢厂 对罩顶及吸口气流组织改善后解决了车轮及变压器房顶的冒烟。所有这些，都对 天车通过式集烟罩的设计、定型起到了很大作用。 4 结束语 东方环境工程设计研究所的设计人员，以“我就是炉前工”为立足点，通过 大量的调研、测试、计算和实践，由 1999年的每一代天车通过式集烟罩到至今的 第二代、第三代……不断改进、不断完善，使得天车通过式集烟罩具有优良的性 价比、广泛的实用性。该技术用于 15～50t电炉可实现全过程捕集烟气，用于 50～ 国家重点实用技术推广会 东 方 环 境 技术文件 天车通过式集烟罩 环保·节能·新技术 150t 电炉，与内排烟相结合，可取代传统“三套件”。相信随着这一捕集技术的 不断自我完善，必将取得更加丰硕的成果。 mail@dfhj.cn www.dfhj.cn