转炉二次烟气治理工程设计方案书

邯钢集团一炼钢转炉二次烟气治理工程
设计投标方案书
1、序言
邯钢一炼钢现有20t转炉三座，采用3吹3配置，实际出钢量已达到31吨左右，目前未配备任何二次烟尘除尘设施，该处烟尘在冶炼过程中均为无组织排放，给车间及周边环境造成极大的环境污染。

为适应目前邯钢可持续发展战略，打造绿色邯钢，需对转炉二次烟气予以及时治理，无锡东方环境工程设计研究所受邯钢委托对该项目进行调研，并提出以下治理方案。

2、设计范围、原则、依据
2.1设计范围
·三台20t转炉二次烟气除尘：包含冶炼过程中一次除尘未捕集烟气、加铁水、加料、测温取样及出钢产生的二次烟气。

·除尘系统包含：捕集罩、系统管道、除尘器、风机站、气源系统、卸灰系统、电气控制及土建钢结构等。

2.2设计原则
·达标排放，保证除尘效果，必须彻底解决居民远观厂房目前冒烟的现状；
·不影响原有冶炼操作工艺；
·最大限度地降低运行费及一次投资；
·利于维护管理，长期、有效、稳定地运行。

2.3设计依据
·国家有关环保要求及环境指标：
排放浓度≤50mg/Nm3；
岗位粉尘浓度≤10mg/m3；
捕集率≥95%；（屋顶不见黄烟）
·国家有关设计规范；
·邯钢提供的原始参数、图纸及招标文件中相关技术要求；·现场勘察及测算数据。

3．转炉二次现状及特点
3.1现有生产工艺及厂房参数
有关冶炼工艺参数表3—1
3.2 邯钢转炉的特殊性
3.2.1 烟气发生情况
转炉二次烟气同转炉生产工艺及一次除尘密切相关，邯钢一炼钢转炉二次烟气有如下特点：
·烟气发生量大：随着目前钢铁行业的形势看好，转炉生产工艺也在不断提高，其吹氧量已经由原来的6300同m3/h提高到8000m3/h，冶炼周期也从原来的5分钟降低到22分钟左右，年产量由原来的160吨提高到目前的190万吨，以上因素直接导致了转炉烟气量在单位时间里的提高。

·大烟气持续发生时间长：从兑铁、加废钢开始，贯穿开氧、加散料、脱碳、长温至关氧在短短12分钟内完成，大烟气一直持续在整个冶炼过程中，其波动量较小。

·一次除尘能力不够：一次除尘系统配置一直维持原有系统，其处理能力已不能满足当前烟气发生需要，大量未被捕集的烟气从炉口翻出一次除尘罩腔体后进入车间及屋顶气楼。

·加铁水、加废钢烟气量较小：邯钢一炼钢转炉在兑铁水、加废钢阶段烟气量较小，主要以火焰和轻烟为主，出钢时生产的烟气较为稀薄但极易扩散。

3.2.2厂房及设备布置特点
邯钢转炉及厂房的现有特点是：
A．炉前可利用空间较大：
·厂房天车轨道梁标高+16.9米，操作平台+6.2米，该区域有约10.7米的
高度空间供炉前捕集罩的安装，可利用空间较大；
·通过转炉区域天车最大吨位50t，天车通过高度<3.5米；
B．炉后及炉台下可利用空间很小：
·炉后+12.8米平台已布置各种管线、水槽等设备，可利用空间很小；
·炉台下一侧通道被转炉摇炉电机减速机及基础占用，另一侧通道内有部分管道布置；
C．屋架结构及强度较好：
·转炉厂房屋架为重型层架设计，屋顶敷设大型屋面板
·转炉厂房采用下沉式天窗设计，屋面平整，较利于设备安装
D．车间内南北向风干扰严重：
·转炉跨车间在+12.8米以上两侧均无窗户，南北向气流干扰大
·刮南风时，大量烟气进入炉前（原料跨），刮北风时，炉前烟气被吹入炉后平台，并从北侧窗户溢出
E．其他
·炉前敷设可拆卸钢平台，方便检修下方钢包台车及炉体检修；
·炉体在+6.200米平台上围封成三面密封的腔体，但在侧面及顶部有局部漏风处
·炉前设简易挡火板，供测温取样使用，挡火板可随时吊走；
4．现有转炉二次除尘的主要技术及选择
4.1 炉口双侧吸十挡火板
目前国内对转炉二次烟尘治理，几乎均沿用炉口双侧吸及挡火板捕集罩的惯例，配置高压头风机进行强制排烟，其结果往往是：对加料、兑铁水及吸炼，大喷喷出的烟气，无能为力。

其次，由于转炉车间各层平台设备众多，管道曲
折回转，阻力较大，消耗了大量电能而烟气却得不到有效控制。

传统侧吸罩+挡火板捕集系统虽然在一定时期内成为转炉二次烟所捕集的标准设备，但已不能满足当前转炉二次烟气全过程捕集和高捕集的要求，针对转炉烟气，其罩形上存在缺陷：
a. 侧吸口与炉口烟气速度方向垂直，一般难以捕集，且需较大的负压，能耗明显增加。

b. 侧吸口对突发的大量烟气，因没有容纳空间而无法捕集。

此外，部分二次烟尘采用陈旧的湿法工艺，除不能达标外，还有二次污染，现一般已被淘汰。

（同原有传统捕集罩型的比较见下表）：
4.2 天车通过式集烟罩、诱导式上侧吸捕集罩
根据我所对冶金行业近百座电炉、高炉、冲天炉、混铁炉及转炉的高温烟气治理实践；以及对传统侧吸罩+挡火板捕集系统进行深入调研和分析，在此罩型基础上通过多年的摸索，开发出适合转炉二次烟气捕集的天车通过式集烟罩和诱导式上侧吸捕集罩，以上两种罩型可满足厂方对环保治理达标的不同要求，其主要区别在于：
·天车通过式集烟罩可实现全过程烟气捕集，对大烟气的捕集和蓄纳能力较强，处理风量相对较大；
·诱导式上侧吸捕集罩能有效解决冶炼及出钢阶段的烟气捕集，其风量配置相对较小，但对兑铁和加废钢烟气捕集效果较差。

4.3 现有技术特点比较
根据以上的技术在邯钢的适用性，本方案选择天车通过式集烟罩作为转炉二次捕集方式。

4.4 天车通过式在邯钢的适用性和针对性
本方案采取天车通过式集烟罩主要基于以下几个方面：
A.炉前、炉台下无安装管道空间：一炼钢炉台下及炉台后+12.8米平台被现有管线、基础占用，无有效空间用于铺设双侧或上侧吸捕集罩的管道，只能考虑将管道布置在屋面上，因而，采用天车通过式集烟罩更切合实际。

B.烟气发生量大、持续时间长：该类型烟气持续发生时间长、热抬升力较高，不适合采用罩型容积较小的双侧吸或上侧吸捕集罩，采用天车通过式集烟罩是更有针对性的。

C.具备天车通过式集烟罩的安装条件：车间操作平台、天车轨道及屋架高度具备安装炉前导流罩和屋顶罩的空间，且天车通过高度<3.5米，能有效减少热烟气的扩散角，提高烟气热抬升力，利于屋顶罩的设计和布置。

5．捕集方案—天车通过式集烟罩
5.1 基本原理
天车通过式集烟罩主要由炉前导流罩、炉后密闭罩和屋顶差速补偿罩组成，其基本原理是利用转炉二次烟气的热抬升力，在热烟气上升空间的周围设置炉前导流罩和炉后密闭罩；在天车上方设置容积式屋顶罩（差速补偿罩型设计），导流罩和屋顶罩之间留有天车自由通过的安全通道，顾名思义为天车通过式集烟罩。

天车通过式集烟罩通过导流罩对烟气的导流和发散点的提高，七妙地将过去难以捕集烟气的高伞罩转化为简单的低伞罩，实现了捕集效果上质的飞跃，从而保证环境效果的达标。

其主要结构见下图所示；
1）导流罩的作用是：这样屋顶罩设计成具有差速补偿功能的内外罩，由于导流罩之口相对较小，故可根据上升烟气在无围挡时（天车通过段）的发散角设计，因其距离较短，其顶吸罩口可设计的较小，它比常规的屋顶大罩面积至少小30%-50%，因而所需风量较小，同时，差速式内罩的罩面风速较大，能有力地捕集上升的主流烟气，外罩则捕集横向飘散的小股烟气，其捕集率高达95%
以上；由于外罩较常规的屋顶罩面积小，所以为了蓄纳突性性强烟气，屋顶罩必须做成小罩口容积式，具有一定深度，具体尺寸可通过设计给定。

此外，屋顶罩的设计形成了简单的管路系统，大大减少了系统阻力，从而无论从投资上，还是在运行电耗上均比较小。

5.2 主要结构及功能组成
5.2.1 炉前导流罩
A.结构形式：为适应烟气发生和正常冶炼操作，导流罩设计成炉前双移动罩，冶炼状态罩体合拢，兑铁、加废钢操作打开大罩。

罩体合拢后具有较大容积，罩顶为敞开设计，并设置四面围封的导流板，罩体连接设有迷宫密封，防
止热烟气溢出。

罩口顶标高低于天车底标高20mm，不会影响天车的正常通过。

B．主要功能：导流罩将转炉热烟气围束在导流腔内，使烟气有组织地沿导流腔内壁上升，由于车间内没有横向风的干扰，烟气将不在车间内弥散，而从导流罩的罩口自然上涌，此时罩口烟气与天车上方的屋顶罩形成了低伞罩，只要屋顶罩的罩口烟气流速选择的合理，则其罩口形成的负压区将十分容易地捕集上升的烟气。

C．辅助功能：
1）观察窗：罩体上根据摇炉室观察视线开设2200×1500mm左右的观察窗，用于观察炉盖提升及氧枪位置等；
2）挡火墙：挡火墙属于生产中必不可少的一部分，用于炉前工测温取样时减少高温热辐射，由于移动罩安装位置在现有挡火墙位置，移动罩设计将挡火墙设计为一体，两台移动罩合拢后，在罩体正前方形成向内缩进1200mm，宽2000mm空间，在正前方设置一面挡火墙及测温取样孔，工人在此区域可方便进行操作，并能满足补炉操作的需要。

3）降噪、搞辐射：罩体为箱型结构，由拱顶和门架组成，具有较高的强度和稳定性，防碰撞、防变形。

导流罩内侧敷设隔热层，具有很好的隔热效果，实践证明，能降低厂房内温度，显著改善工人工作条件。

5.2.2 屋顶差速补偿罩
A.结构形式：
1）屋顶罩安装在钢屋架上，罩体为轻钢龙骨结构，外敷彩钢板，罩沿敷设钢结构裙边。

（具体设计时，需对屋架予以核算，必要时要对屋架进行加固。

）2）屋顶罩口下沿保证比该跨最大吨位天车最高点高出至少200mm，能保证天车的正常通过。

B.主要功能：顶吸罩用于捕集从导流罩内上升进入罩品负压的气流。

罩体设计为具有差速补偿功能的内外罩，由于导流罩之口相对较小，故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，其顶吸罩口面积可设计较小，它比常规的屋顶大罩面积至少小30%-50%，因而所需风量较小，同时，差速式内罩罩面风速较大，能有力地捕集上升的主流烟气，外罩则捕集横向飘散的小股烟气，其捕集率高达95%以上；由于罩口较常规屋顶罩小，故为蓄纳突发性强烟气，顶吸罩须做成小罩口容积式，具有一定深度，具体尺寸可通过设计给定。

此外，顶吸罩的设计形成了简单的管路系统，大大减少了系统阻力，从而无论从投资上，还是在运行电耗上均比较小。

5.2.3 南北两侧高位封板
A.结构形式：在天车轨道梁上沿（+14.9米）到屋顶差速补偿罩下沿（20.0
米）高度内，（或钢板），
B.主要功能：
1）由于移动罩顶至屋顶罩下沿有≈5100mm的高度为敞开区，为此沿屋顶罩后侧板向下增加通长炉后封板，将捕集罩同后侧氧枪隔离开，保证烟气能顺畅的进入屋顶罩内。

2）由于南北两侧均安装了通常的封板，可有效降低车间内南北向室外气流的干扰。

5.2.4 炉后上吸口
Ａ、结构形式：在转炉后侧（出钢侧）固定封板正前方，紧贴+12.8米平台以下安装一个上侧吸口。

Ｂ、主要功能：由于炉后封板未可拆式设计，封板间隙大，冶炼和出钢过
程中有部分烟气从炉后封板溢出，因此，在炉后侧增加一个吸口，用于捕集炉后出钢时的烟气，也可在冶炼过程中，切换部分风量用于捕集部分炉后烟气。

5.2.5 炉顶密封
Ａ、结构形式：在炉顶一次烟道、下料管及水冷管通过+12.8米平台的敞开区域采取现场密封方式，在敞开较大的区域采用硬密封方式，在有活动连接处尽量采取软密封方式。

Ｂ、主要功能：在该区域进行密封主要为降低从炉顶溢出的烟气，但由于该区域线复杂，活动连接多、检查操作频繁，不适宜采取全密封方式，因此，只能尽量增加密封区域，以加大烟气通过该区域的阻力。

5.2.6高低位轨道
Ａ、结构形式：
（1）高位轨道梁架设在原厂房立柱挑了的牛腿上，轨道梁通长布置在此台转炉的正前方，其梁底标高高过二次烟气火焰直接烘烤的区域，并在其底部敷设保温材料。

（2）低位轨道敷设在转炉正前方的+6.2米的钢平台上，平行厂房轴线布置，距离轴线约为595mm，轨面标高与现有操作平台平齐，保证拆炉栅政党作业，保护履带不受损坏。

Ａ、主要功能：高低位轨道梁为炉前移动导流罩的附属设备，其中低位轨道采取分段安装，中间段约5800mm长安装在现有检修用活动盖板上，与盖板为一体，为可拆式设计，方便日常检修时吊走。

5.2捕集罩操作及对应工况
每台转炉控制室内均设有对应移动罩操作箱，由操作工随时开闭大罩，操作简单方便。

根据转炉生产工艺，捕集罩对应工况如下：
炉前移动导流罩开启：适用于兑铁水、加废钢阶段
炉前移动导流罩合拢：适用于冶炼、测温取样、补炉、了钢等操作。

5.3处理风量的选择
捕集罩处理风量的确定至关重要，
·偏大会造成投资及运行能耗的浪费
·偏小会无法满足烟气捕集需要
本方案在确定捕集罩的处理风量时主要基于以下几个方面：
a）风量、风速的测定；
b）烟气发散范围、流速及捕集罩型确定；
c）结合邯钢目前转炉的实际情况和远期规划；
d）国内同类型转炉除尘风量配置；
e）东方所长期以来在冶金除尘领域积累的技术和经验；
5.4.1风量测定
捕集罩罩型设计及处理风量主要由烟气发散范围、流速及捕集罩型确定，由于本方案采用天车通过式集烟罩，转炉冶炼烟气外溢及喷油时发散范围及烟气流速就成了确定处理风量的重要依据。

以下是我公司在邢钢转炉现场对二次烟气的测试，比数据也可作为本次设计的参考：
A、烟气发生：主要集中在兑铁水、吹氧过程，加大吹氧压力时有烟气大喷现象；
B、测试环境温度21℃；
C、正面烟气发生范围测试：
烟气量较小时烟气达到天车上沿时宽度为3米
烟气量较大时烟气达到天车上沿时宽度为6米
D、侧面烟气发散范围测试：
烟气量较小时烟气达到天车上沿时，烟气最外缘离炉壁距离为3.4米
烟气量较大时烟气达到天车上沿时，烟气最外缘离炉壁距离为5米
E、烟气流速测试（烟气量较大时）：
烟气中心流速3米/秒，最大时可达3.5—4米/秒（大喷时）
烟气外缘流速2.5米/秒
烟气平均流速（共测试三组）
2.9米/秒
3.1米/秒
3.0米/秒
5.4.2风量确定
由于邢钢转炉二次烟气同邯钢一炼发生特点和现状都很接近，因此其测试数据同样可以作为本方案的设计依据之一。

本方案依据以下参数：
1）厂房车间参数及低伞罩计划公式确定罩型基本尺寸；
2）根据烟气扩散现状及车间横向气流、天车过往的影响对罩型予以修正；
3）根据烟气流速测试数据确定罩口各区域的设计流速；
最终，本方案确定单台转炉二次处理风量为38×104 m3/h
5.4.3同类型钢厂风量比较
邢钢转炉捕集罩同邯钢转炉捕集罩主要参数比较
注：为何邢钢风量比邯钢还要小？
邢钢转炉除尘由于受厂房投资影响，其风量未达到设计要求，且原设计为3吹2工艺，而实际生产却为3吹3工艺，其捕集效果受到一事实上影响。

本方案天车通过式考虑炉前捕集处理风量为38×104 m3/h，可确保二次烟气的捕集效果。

6、系统工艺
6.1一对一系统工艺的选择
6.1.1为何采用一对一独立系统？
由于转炉采取三吹三工艺生产节奏快，为最大限度保证生产和除尘的正常运行，本方案采用一对一除尘系统，即一台转炉配一套独立除尘系统。

6.2.1一对一系统和一对三系统在邯钢运用的比较
一对三系统，即一套除尘器及风机站配备三条支管和炉前捕集罩的形式，该种形式适合于转炉三吹二工艺，转炉冶炼有交错和间隙时间，采用一对三可在用两套系统处理风量完成对三套系统的除尘，达到节省一次性投资的目的。

但由于邯钢转炉生产工艺不同，本方案采用一对一独立系统，相对于一三系统其优点在于：
除尘系统相互独立，一台出现故障时，不影响其他除尘及转炉的正常生产；转炉检修或停产时，可停掉相应除尘系统，同采用“一对三”系统，配调速相比，减少了机械和电气损耗，节能效果明显；
三套系统配置完全相同，可统一备件型号，减少备件数量，针对风机站，三套系统备件只需配备一套电机、风机即可，节省投资；
附近除尘系统管网相互独立，避免了“一对三”系统各支管风量分配不均，风机效率低的缺点，使系统运行更另稳定，捕集效果得到保证；
6.2工艺流程
图6
—1
工艺流程图
6.3低阻、中温、大流量的运用
采用低阻、中温、大流量系统工艺原则，其目的在于以最低的系统阻力，节省较多的电能量。

换言之，追求的是要相同电机的情况下，最大限度地取得处理风量，提高捕信率。

在相同风量满足捕集效果的前提下，尽可能少的消耗电能，降低运行费，并例题组织烟气，使系统长期、可靠、稳定地运行在既不
烧滤袋又不易于结露的中温状态。

系统工艺的测算指标可用功流比来表征： K=
它反映了系统每获得一万立风量，需耗费的电功率，就除尘系统而言，国外的设计K ≥30—40，国内的设计K ≤25—30，我所的系统工K<15—18。

由此可见，在相同条件下，功流比愈小、愈节能，系统越优，其附加值越高。

6.4系统运行工
a ）管网：系统各扬尘点捕集罩支管道均设置蝶阀，用于切换和调节风量，并在炉前设置操作箱，由操作工根据冶炼工艺需要控制阀门开启。

b ）捕集罩：转炉炉前双开移动导流罩需要炉前工根据冶炼不同工况开启或关闭罩体，其罩体控制箱可与阀门和为一体。

c ）风机站：鉴于转炉作业状态变化频繁，且无二次烟气的时间很短，欲通过调速节电，一方面操作困难，另一方面节电经济效益甚微，调速设备的投入需3—4年能得到回报，故本设计不考虑速，采用液阻启运器软启动。

d ）除尘器：整个除尘期间脉冲清灰系统同时进行不间断清灰，脉冲系统将处理后的压缩空气或氮气喷入布袋，以清除布上的粉尘，整个过程由PLC 自动控制完成。

e ）卸灰：落入灰斗的粉尘由螺旋输送机送至指定地点，卸至汽车后外运，其综合利用由厂方考虑，卸灰系统可根据实际灰量大小确定卸灰周期和时间。

6.5系统工艺配置 6.5.1处理风量
根据3*20t 转炉的3吹3工艺及捕集罩罩形计算，单座转炉需处理风量为38*104 m 3/h 。

N （kw ） Q （万立）
3座转炉人需3*38*104 m 3/h=114*104 m 3/h 6.5.2系统阻力: 系统阻力根据
逐段设计,并对各支管进行阻力匹配,使阻力误差≤5%. 本方案设计中,系统阻力(工况温度下)分别为:
转炉系统 4000—4100 Pa ；
6.5.3系统工艺参数表
7.工艺布置方案
目前一炼钢厂区可供转炉除尘器布置的区域位于一轧钢重油库原址上，该区域同样用于布置一炼钢拟新建的2台40t 精炼炉除尘器，为使得在目前有限的
2
2V j
i L P i
ρ
ξλ
∑∑
+=
场地上布置这四套除尘器和风机站，同时便于运行管理、减少一次投资，本方案综合各项因素后，建议将精炼炉和转炉二次除尘器合建为一体，并共用部分设施。

7.1.1土建场地
·单套精炼炉除尘占地面积为：12×36米（含卸灰站）
·三套转炉二次除尘占地面积：32×36米
·若四套系统分开建设，精炼炉和转炉除尘器这间须至少留有不小于3米的间距，因此，分开建设的总占地面积为47（12+32+3）×36米·而目前油库区可利用空间仅为45×38米（周边有各种管线限制）由上可见，该区域在宽度方向上比除尘器要求总宽度还小2米（除尘器周边通道还未在考虑范围内），因此，将精炼炉和转炉二次分开布置在目前场地上是不切合实际的。

而如果将四套系统合建在一起，其占面积为44（12+32）×36米，除尘器在宽度和长度方向上都能基本布置在油库区域内。

7.1.2除尘器卸灰
两套系统的除尘器若合建在一起，只需将转炉二次除尘器的三级埋刮板机延长至精炼炉的二级螺旋输送器下部，将原精炼炉中间灰仓移至除尘器一侧，并适当加大灰仓容积，则可完成两套系统输灰的整卸设备，并只保留一个卸灰点。

由此可见，两套系统整合后，卸灰系统将更加精简，不但减少了设备和占地面积，而且有助于日常卸灰管理、减少运灰路线和二次污染的范围。

7.1.3电气控制
两套系统若合建在一起，其高低压配电也可一并统筹考虑：
A．精炼炉和转炉的电气控制室合二为一；
B．省去部分数量的电气柜，其数量如下：
·低压进线柜1台
·低压控制柜2台
·现场卸灰控制箱1台
7.1.4小结
综上所述，将转炉二次和精炼炉合建为一体，才能从占地面积上满足现有场地的要求，并且节省土建、电控和输灰等设备的投入，是一举两得的措施。

7.2系统布置形式
系统管网及除尘器布置详见《除尘系统总图》，由于现场情况复杂，还有地下各种隐蔽管线不清楚的地方，因此，本方案布置仅供参考，可根据实际情况进行调整。

8.除尘器方案
除尘器是除尘系统的三大要素之一，除尘器设计合理与否是系统能否长期、可靠、稳定运行的关键。

我所近年来开发的抗结露、低阻清洁脉冲除尘器，彻底解决了长期以来国内除尘器普遍存在的结露、板结高阻等通病，并可长期、稳定地运行在1500 Pa以下，它保证了系统风量的稳定，从而保证了炉前捕集效果的稳定。

该除尘器采用了多项专利技术，尤其是对脉冲气源的清洁处理，再加温控制，在国内独树一帜。

其整体的低阻特性，使系统阻力较常规除尘器小800-1000Pa ，从而大大降低了运行电耗，居国内领先水平。

8.1除尘器特点
（1）设有均温、沉降段，可大大减轻滤袋负荷。

（2）结构阻力低，使除尘器稳定运行在1300 Pa左右。

（3）离线清灰，实行离线清灰，减少粉尘二次吸附。

（4）气源清洁处理，杜绝气源油、水结露。

（5）加热控制，减少喷吹气流与烟气结露。

（6）小仓净化结构、离线、检修均对系统无影响，清洁换袋。

（7）开盖小车，机械化提升顶盖，减轻维护工作强度。

（8）轻型袋笼，换袋轻松。

8.2除尘器主要参数
8.3气源系统配置
脉冲反吹清灰是一种较为理想且有效的清灰方式，它可根除除尘器“高阻。