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技術文檔

首鋼煉鐵高爐出鐵場除塵技術綜述

1 前言
  煉鐵高爐在生產過程中,將產生大量的煙塵,為改善煉鐵高爐出鐵場的勞動環境,防止煙塵對大氣的污染,一直是煉鐵高爐環境保護工程設計和管理的重要課題之一。
  首鋼是一個年產800萬噸鋼的大型鋼鐵聯合企業,地處北京,對環保要求非常突出,每年都要對環保工程投入巨額資金。隨著環保技術的不斷發展,經過許多環保工程設計和管理者的共同努力,一些經濟實用、效果明顯的防塵新技術、新設備在首鋼高爐出鐵場除塵系統中得到廣泛應用,一些技術在O屬于先進水平。
2 煉鐵出鐵場高爐煙塵的產生及特性
  了解煉鐵高爐出鐵場生產過程中容易產生煙塵的部位及設備,掌握煙塵特點及煙塵的流動規律,有利于正確考慮煙塵的捕集方案、選擇適當的除塵設備和進行除塵系統的合理劃分。
2.1 高爐出鐵場煙塵的產生
  出鐵場主要產生的是煙塵,包括“一次煙塵”和“二次煙塵”,“一次煙塵”是指正常出鐵時的出鐵口、撇渣器、鐵水溝、下渣溝、擺動流槽(或鐵水罐)等產生的煙塵;“二次煙塵”是指在開堵鐵口時產生的煙塵。
  有資料介紹,高爐出鐵場煙塵,平均每生產1t鐵水就散發2.5,其中通過正常出鐵時各污染源產生的“一次煙塵”有2.15,占86%,開堵鐵口時產生的“二次煙塵”有0.35,占14%!岸螣焿m”的產生量雖小,但其塵粒極細,1um以下塵粒占60%,該煙塵微?煞譃閮纱箢悾阂环N是高溫冶煉過程中由煙氣冷凝和化學反應生成的,主要指煙塵中的固態金屬及金屬氧化物粒子,稱為一次微粒;一種是氣態污染物在大氣中通過化學反應生成的,主要指煙塵中的氣態污染物,如:CO、CO2、SO2等與金屬微粒在光化學作用下生產的鹽類,稱二次微粒。O上微?刂萍夹g的發展指出,小于3um以下的固態微粒,在大氣中處于擴散狀態,可以停留很長時間,能降低日照率,影響能見度。固體微粒對影響人體健康有很大的潛伏作用,因此,要求對出鐵場的“一次煙塵”和“二次煙塵”都能夠得到有效的控制。由于以前對“二次煙塵”捕集技術的發展比較落后和生產條件的限制,目前O大部分高爐出鐵場沒有設置“二次煙塵”捕集,或者只有簡單的捕集措施,對高爐出鐵場“二次煙塵”治理效果一直不能令人滿意。
2.2 高爐出鐵場煙塵的特性
 、贌焿m濃度
  煙塵含塵濃度:
  一次煙塵:0.35——3g/Nm3。二次煙塵:0.35——1g/Nm3。
 、跓焿m粒度
 、蹮煔獾幕瘜W成分
 、軣煔獾谋入娮
 、轃焿m密度
  假密度:1.13——1.3g/cm3。真密度:4.733——5.04g/cm3。
 、逕焿m含濕量:平均1.79g/kg>9,O大2.7g/kg。
3 首鋼高爐出鐵場除塵技術的發展過程
  70年代以前,我國高爐除塵技術還處于一片空白,1979年首鋼在2#高爐大修工程中,除冶煉工藝采用了大量O外先進技術外,對高爐出鐵場也參照日本技術,自行設計了全面除塵設施。當時高爐容積為1327m3,為矩形出鐵場,2個出鐵口,在出鐵場的出鐵口、撇渣器、鐵溝、渣溝、擺動流槽等處設置了一次煙塵的收集,同時在出鐵口和主溝上部設有10×5m垂幕收集二次煙塵,以上一、二次除塵合并成一個系統,總除塵風量為50萬m3/h,其中垂幕17.5萬m3/h,煙氣由風道送入2臺1728高壓脈沖布袋除塵器凈化,然后由2臺引風機抽出排入煙囪。為節約能源,每臺風機配有液力偶合器調速。
  2#高爐出鐵場除塵系統投產后,大大改善了高爐出鐵場的勞動條件,基本上控制了高爐出鐵場煙塵對環境的污染。但由于是對高爐出鐵場除塵系統的首次實踐,難免有不足之處,主要有以下幾個方面還存在不足:
 、俪鲨F場廠房采用半敞開式結構,受橫向氣流(穿堂風)影響,收集二次煙塵的垂幕被風刮壞或被瞬間高溫煙氣燒壞。
 、跍喜鄣恼稚w結構與工藝操作配合不夠,往往因操作問題影響煙塵的收集。
 、蹟[動流槽的排煙罩采用側吸,不能控制煙氣上升,排煙效果不理想。
 、苁墚敃r除塵器技術發展的制約,選用的高壓脈沖布袋除塵器,過濾風速快,存在清灰效果差、漏風嚴重、阻力過高(3000Pa)、布袋易脫落并且更換不方便等缺陷,直接影響除塵效果。
  盡管存在一些問題,但為首鋼高爐出鐵場除塵積累了不少經驗,1981年至1983年,首鋼舊1#、舊3#(現5#)、舊4#高爐改造時,相繼設置了出鐵場除塵系統,克服了當時2#高爐出鐵場除塵系統存在的一些問題,對出鐵場一次煙塵的捕集罩設計和除塵設備的選型有了較大的改進。除塵效果有了進一步的提高。與此同時,包鋼3號高爐(爐容1800m3)和鞍鋼4號高爐(爐容1002m3)也對出鐵場除塵進行了實踐,并取得了一些經驗和教訓。到1984年9月寶鋼1號高爐建成投產,為我國解決高爐出鐵場除塵提供了一套比較完善有效的技術。
  隨著環保技術發展和環保要求的日益嚴格,在O通過新建、擴建、改建的一大批大、中型高爐中,相繼設計了有不同水平的高爐出鐵場除塵系統。經過認識——實踐——再認識的過程,積累了豐富的設計和運行管理經驗。到($年代除塵技術的發展已有了較大的提高。
  在1991年到1994年首鋼1#、2#、3#、4#高爐再次改造投產,在充分吸收O外高爐除塵新技術的基礎上,對出鐵場除塵系統也做了相應的改造,除塵效果比初期有了明顯的改善。但由于還存在一些設計方面的不足,煙塵捕集罩的設置與設備操作發生矛盾,除塵設備維護管理不當等諸多因素影響,對出鐵場煙塵捕集還存在一些不足,尤其對二次煙塵的捕集沒有理想的方案。
  隨著首鋼公司對環保治理力度的加大,1999年開始,先后對首鋼1#、2#、3#、4#高爐的上料系統,尤其是高爐上料系統除塵進行重點治理,一些經濟、實用效果明顯的除塵新技術、新設備得到應用,除塵效果明顯,環境大大改善。通過這次環保治理,積累了許多經驗,也轉變了首鋼環保工作者以往對環保技術的傳統認識和傳統思維,在2003年3月,首鋼2號高爐再次改造時,突破傳統思維的約束,設置了出鐵口上部誘導式頂吸罩,改進一次捕集罩的結構,采用低壓脈沖布袋除塵器,把出鐵場除塵劃分大、小兩個系統。這些技術的實施,較理想地解決了高爐出鐵場一、二次煙塵的捕集問題。
4 首鋼高爐出鐵場除塵系統概況
  首鋼煉鐵廠目前生產的高爐共有5座,總生產量為8826m3,2003年全年產生鐵780余萬噸,其中1#高爐1994年8月改造竣工投產,爐容為2500m3,2#高爐1991年改造和2003年3月再次改造竣工后,爐容為1726m3,3#高爐1993年6月竣工投產,爐容為2500m3,4#高爐1992年4月改造投產,爐容為2100m3,5#(原舊3#高爐)高爐1983年9月竣工投產,爐容為1108m3(該高爐已不正常生產,計劃內需要拆除)。
  首鋼正常生產的4座高爐出鐵場共配備8臺袋式除塵器(每座高爐出鐵場配備2臺除塵器),總風量351萬m3/h,總過濾面積52320,風機電機總功率9475kw。
  1#、3#、4#高爐出鐵場除塵器是大氣反吹布袋除塵器,2#高爐出鐵場除塵器是抗結露低壓脈沖布袋除塵器,除塵灰通過螺旋輸送機或刮板輸送機將除塵灰送至儲灰倉,經加濕機加濕后,由汽車運至首鋼燒結廠,作為燒結原料。
  1#、3#、4#高爐出鐵場除塵是在1991年至1994年間隨同高爐大修時一起投入運行至今,當時只針對出鐵場一次煙塵進行了捕集,由于受工藝條件的限制,對二次煙塵無法有效的捕集。因此,對環境造成一定的污染。
  2001年,2#高爐改造時,首鋼總公司提出了嚴格量化的治理目標。一是除塵器排放濃度≤30mg/Nm3,二是崗位粉塵濃≤10mg/Nm3,這就要求重點解決高爐開、堵鐵口時二次煙塵污染的問題。該工程在2002年5月與高爐同步投入運行,經首鋼環保處檢測站測試,除塵器排放濃度和崗位粉塵濃度均滿足設計要求。從該除塵系統的運行情況看,高爐出鐵場的一次煙塵和二次煙塵基本得到控制。
4.1 高爐出鐵場各吸塵點風量分配
  1#、3#、4#高爐出鐵場僅對一次煙塵進行了捕集,當時由于出鐵場二次煙塵的收集受限制,只是試探性的加大了每個出鐵口的抽風量,以加大對出鐵口煙塵的控制力度。各高爐出鐵場除塵系統(同時工作的除塵點)各吸塵點風量分配見表4。
  2#高爐出鐵場除塵兼顧了一次和二次煙塵的綜合捕集,并根據一次、二次煙塵的捕集情況和煙塵特性,分成大、小兩個除塵系統。大系統主要治理出鐵場一次煙塵;小系統治理出鐵場二次煙塵和爐頂下料粉塵。
4.2 出鐵場除塵設施主要設備參數
  首鋼高爐出鐵場目前配備8臺布袋除塵器,各除塵系統主要設備參數見表。
4.3 首鋼高爐出鐵場除塵技術的特點
  1#、3#、4#高爐出鐵場除塵技術的特點及不足:
 、1#、3#、4#高爐出鐵場只設置了一次除塵系統,對二次煙塵的捕集均未考慮,除塵器采用大氣反吹風布袋除塵器,在90年代初期,這種除塵器與其它類型除塵器比較,具有除塵效率高、一次投資。ㄏ鄬τ陟o電除塵器)、適用范圍廣、容易操作等優點,因此,在當時的高爐除塵系統中得到廣泛應用,首鋼高爐出鐵場的環境條件得到了較大改善。1999年,出鐵場除塵器平均外排濃度為67.1mg/Nm3。對一次煙塵的捕集率能達到90%以上。但這種除塵器運行一段時間以后,主要存在兩個嚴重的缺陷,一是大氣反吹風布袋除塵器的清灰效果不佳,導致除塵器運行阻力較大(2000-3000Pa),使風機的實際風量達不到設計要求,二是布袋更換工作量大且環境惡劣,往往因個別布袋破損后更換不及時,造成除塵器排放濃度超標。目前,大氣反吹風布袋除塵器已基本淘汰。
 、1#、3#高爐為3個出鐵口,當時設計時考慮有2個出鐵口同時出鐵的情況,因此,當有2個出鐵口同時出鐵時,兩臺除塵器運行O大風量為2×55萬m3/h,當只有一個出鐵口出鐵時,1臺除塵器運行,O大風量為55萬m3/h。高爐實際投產后,沒有2個出鐵口同時出鐵的情況發生。目前2臺除塵器均同時使用,對每個出鐵口的抽風量由原設計時的12萬m3/h加到20萬m3/h,以加強出鐵口的抽風效果。但這種對二次煙塵的強行捕集(O好是誘導捕集)方式,效果并不明顯。
 、墼O有主鐵溝1#溝蓋,位于開口機和泥炮作業范圍內,在開堵鐵口時,用專用吊蓋機將其從主溝上移開,溝蓋前部設一擋板,一方面防止鐵水噴濺傷人,另一方面可擋住出鐵口噴濺產生的煙塵,使煙塵盡可能的得到捕集。當開堵鐵口時,二次煙塵處于無序排放狀態。
 、芷苍、鐵溝、渣溝、擺動流槽等產生部位均設置密閉抽風設施,一次煙塵捕集率達到90%以上。但擺動流槽捕集罩因容煙空間較小,下部鐵水罐口冒出的煙塵會受橫向氣流的干擾而不能全部收集。
 、轂楸WC較好的收塵效果,合理分配各除塵點風量,每個除塵點支管上設有手動或電動調節閥。
 、廾孔郀t爐頂下料除塵,均并入一次除塵系統,減少一次投資,方便運行管理。由于出鐵場一次煙塵除塵系統調速運行時,爐頂除塵管道內的風量、流速發生較大變化,容易產生管路磨損和積灰問題,從而影響爐頂下料揚塵點的收塵效果。
 、哂捎诔鲨F場出鐵時間的間斷性,對每個出鐵場的一次除塵系統配調速型液力偶合器,當出鐵時,風機調至高速;當不出鐵時,風機調至低速,以節約能源。
 、喑龎m輸灰裝置采用螺旋輸送機。該設備密封不嚴,易發生因除塵灰堵卡現象而燒壞電機,設備運行故障率高,維修量大。
  2#高爐出鐵場除塵技術的特點:
 、偈卒2#高爐出鐵場除塵系統改造時,對1#、3#、4#高爐出鐵場除塵系統存在的一些不足進行了充分的研究,在總結經驗教訓的基礎上,大膽嘗試O先進的思維模式,結合2#高爐出鐵場的具體情況,對一次、二次煙塵進行綜合治理,效果非常明顯。治理后,煙塵綜合捕集率達到95以上,除塵器排放濃度O大為28mg/Nm3,出鐵場崗位粉塵濃度為3mg/Nm3,達到環保治理要求。
 、诟鶕鲨F場一次、二次煙塵的特性和生產、維護管理等方面的要求,將出鐵場除塵系統劃分為大、小兩個獨立的除塵系統。大系統控制出鐵口(出鐵時)、撇渣器、鐵溝、渣溝、擺動流槽等處產生的一次煙塵;小系統控制開堵鐵口時產生的二次煙塵和爐頂下料產生的粉塵。這種系統的劃分,有效地解決了爐頂除塵系統并入出鐵場一次除塵系統時,因調速變化引起的爐頂除塵管道磨損和管路積灰的問題,更有效地保證爐頂下料揚塵點的收塵效果。
 、鄢鲨F口捕集罩采用高位側吸、上部誘導頂吸和溝蓋罩的組合捕集裝置,正常出鐵時高位側吸罩可基本上將一次煙塵捕集干凈,開堵鐵口時,一部分煙氣通過高位側吸罩抽走,其余煙塵依靠熱氣流的自然上升進入頂吸罩;不出鐵時,高位側吸罩停止工作,靠頂吸罩捕集出鐵場出的零散煙塵。頂吸罩處于常開狀態,也能起到出鐵場通風換氣的作用。這一捕集技術的實施,捕集率能達到95%以上,基本上解決了以往高爐出鐵場二次煙塵無法捕集的狀態,上部誘導頂吸罩采用水冷移動式,一方面解決了與泥炮、開口機的正常操作發生矛盾;另一方面解決了因二次煙塵溫度高引起頂吸罩的變形。
 、軘[動流槽采用大容積移動式密封罩,將以往使用的2個下部側吸和一個上部側吸合并成了一個頂吸。在檢修擺動流槽或清除擺動流槽殘鐵時,可移開捕集罩,平時合上捕集罩進行收塵。由于捕集罩的容積加大,使熱煙塵能以較快的速度上升進入捕集罩,有效地解決了從鐵水罐口冒出的煙塵由于受橫向氣流的干擾而無法收集的問題。
 、菝}沖布袋除塵器的壓縮空氣采用冷凍干燥及加熱裝置,有效地解決了除塵器布袋結露問題。以往脈沖布袋除塵器剛投入運行時,除塵器阻力能控制在1200Pa以下,運行一段時間以后,除塵器因布袋結露問題導致除塵器阻力居高不下,嚴重時除塵器運行阻力在2000Pa-3000Pa之間,風機風量大大降低,直接影響除塵效果。脈沖袋式除塵器氣源引起的結露主要來自兩個方面:一是氣源內本身含有的水和油;二是氣源冷氣流清灰時與除塵器布袋內熱氣流形成溫差,當清灰布袋內溫度低于煙氣溫度的露點時,就會結露。
 、抟淮螣焿m除塵系統(大系統)的除塵風機考慮一用一備,主要是隨著環保要求的不斷提高,環保部門對環?己艘踩找婕又,同時也考慮到除塵風機因沒有備用而發生故障時,會造成出鐵場環境嚴重污染,對工人的安全生產形成隱患。因此對重要崗位的除塵風機考慮備用也有一定的道理。
 、邽楣澕s能源,對一次煙塵除塵系統(大系統)采用變頻調速,出鐵時風機調至高速,不出鐵時風機調至低速。變頻調速技術與傳統的液力偶合器調速相比,雖然一次投資較大,但具有調節性能好、設備故障率低、便于維護管理、能保證除塵設備長期穩定運行等優點,逐漸被許多業主接受。
 、喑龎m輸灰裝置采用埋刮板機,該設備具有密封好、運行穩定、維修量小等優點。是一種比較理想的輸灰設備。
5 對高爐出鐵場除塵技術的幾點啟示
 、俪浞至私飧郀t出鐵場一次、二次煙塵的特性,觀察不同的出鐵場煙氣的產生過程和流動規律,是合理設置各收塵點捕集罩的關鍵,同時與現場工藝設備的布置情況和操作條件密不可分。
 、诔鲨F口采用高位兩邊側吸、上部誘導頂吸和溝蓋罩的組合式捕集裝置,能較好的捕集出鐵口一、二次煙塵,捕集率能達到95%以上,是目前高爐出鐵口較理想的捕集裝置。
 、鄣蛪好}沖布袋除塵器是目前O比較先進的袋式除塵器,具有除塵效率高、清灰效果好、運行阻力低、維護管理方便等優點。特別是近幾年,由于國產電磁閥、脈沖閥膜片等關鍵零部件質量多已過關,使得低壓脈沖布袋除塵器得到廣泛應用,受到越來越多用戶的青睞。但對除塵器的清灰氣源處理,需要引起足夠的重視,以防除塵器布袋結露,從而影響除塵效果。
 、芨郀t出鐵場除塵分為兩個除塵系統:一是控制出鐵場一次煙塵的除塵系統,隨著出鐵時間的變化進行調速運行;二是控制出鐵口上部誘導頂吸罩的二次煙塵和爐頂下料處粉塵的除塵系統,處于常開狀態;能解決以往一個除塵系統時,因除塵風機調速變化引起爐頂下料除塵管道的磨損或積灰而影響除塵效果。對于大中型高爐出鐵場除塵劃分為"個除塵系統較為合理。
6 結束語
  首鋼高爐出鐵場除塵技術經歷了二十多年的發展過程,傾注了許許多多環保工程設計和環保管理人員的心血;在不同的發展時期,有許多環保技術得到應用,在不斷總結經驗教訓的基礎上,吸收了許多O外環保除塵的新技術、新思維、新觀念。本文通過對首鋼高爐出鐵場除塵技術的發展過程和成功經驗的歸納總結,認為充分了解和掌握不同高爐出鐵場一、二次煙塵的產生和流動規律,結合現場工藝設備的布置和工人的操作條件,是設置合理煙塵捕集罩的關鍵。采用先進的除塵凈化設備,合理的分配各收塵點風量,進行除塵系統的精心設計和搞好維護管理,是確保除塵系統煙氣排放和崗位達標的技術保證。首綱2#高爐出鐵場除塵通過對出鐵口設置上部誘導式頂吸罩、改進一次捕集罩的結構、采用低壓脈沖布袋除塵器、合理的劃分除塵系統等措施,較好地解決了高爐出鐵場一、二次煙塵的捕集問題。我們認為這些環保除塵新技術、新措施的應用成果對首鋼其它高爐出鐵場除塵系統的進一步改造具有參考作用,也值得O大、中型高爐出鐵場除塵所借鑒。
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