雷蘊霆，王靜
( 蘭州蘭石環保工程有限責任公司，甘肅蘭州730087)
摘 要: 為提高大中型電弧爐冶煉過程中游離含塵煙氣的捕集效率，特引用屋頂除塵罩結構形式，采用由外罩、內罩、套管及格柵等組合形式，完成了屋頂罩結構優化設計，并改進提升了屋頂罩結構設計思路，可實現對電弧爐冶煉過程含塵煙氣全程跟蹤捕集。實踐證明，該屋頂罩結構形式能實現對電弧爐含塵煙氣捕集效率達99%。
關 鍵 詞: 電弧爐屋頂除塵罩; 結構優化; 跟蹤捕集
0 引言
隨著社會步入經濟快速發展階段，環保日益成為備受關注的熱門話題，特別是冶煉鑄造行業，大量高污染煙氣排放已導致周邊生活環境逐日惡化，加之該行業內生產作業人員對良好工作環境的強烈需求，含塵煙氣高效捕集、凈化成為勢在必行的環保措施。為如何高效的對含塵煙氣進行捕集，現從電弧爐屋頂除塵罩捕集系統入手，分析其結構并提出優化設計，為解決這一問題提供思路。
1 大中型電弧爐屋頂除塵罩結構分析與優化
1．1 屋頂除塵罩原理及配置
屋頂除塵罩結構原理圖如圖1 所示。
屋頂除塵罩主要由外罩、內罩、格柵板、內套管、主管道、可調蝶閥及檢查人孔等組成。為使風量分布均勻，在外罩內部設置內罩，大部分含塵煙氣主要從內外罩之間被主管道吸走，很小一部分煙氣通過內罩流經格柵板被內套管吸走; 內套管的設置主要用于捕集B 側較遠處含塵煙氣，A 側含塵煙氣通過主管道與內套管間隙被捕集; 格柵板用于流量、風量檢測站人用; 可調蝶閥用于調節電弧爐三個冶煉期屋頂除塵罩所需風量大小。
1．2 屋頂除塵罩煙塵捕集分析
根據Nikaradse 于1932 年提出的指數分布模型( 如圖2 所示) ，可知主管道中心流速最大，故而主管道與外罩接口處，由于截面積突然劇增，依據風速與截面積關系( Q = A·V) ，風速與截面積成反比，可知主管道風速急劇減小，故距離接口距離較近處( A側) 含塵煙氣很快被吸走，但距離接口距離較遠處( B側) 含塵煙氣處于半游離狀態，捕集速率非常緩慢，甚至B 側有部分含塵煙氣從外罩下沿溢至罩外。
V 和r 在理論上滿足公式:
式中: V 為管道截面上一點的流速; r 為管道內相對中心線位移; R 為管道半徑; n 為指數，隨雷諾數ReD 變化的常數［1］。
為解決上述因流速急劇減小導致的捕集效率驟減問題，特在主管道與外罩接口處引入內套管裝置，并在內罩頂部開方口加格柵板。假設無內套管時，主管道能捕集含塵煙氣的最遠點為a 點; 當加裝內套管后，由于管道長度的增加，內套管具有和主管道處同樣的風速，此時內套管所能捕集含塵煙氣的最遠點為b 點，同時內套管能捕集內罩頂部方口溢出的含塵煙氣。故加裝內套管裝置不但均勻、快速地捕集外罩B側半游離含塵煙氣，同時對內罩游離含塵煙氣的有效捕集。加裝內套管捕集示意如圖3 所示。
1．3 屋頂除塵罩優化設計
根據以上理論分析，可知此屋頂除塵罩具有可行性的理論性。但在實際應用中，往往會產生捕集效率并非達到預期設計捕集效率的現象。為解決該問題，現特提出實際應用中的優化設計方案。
1．3．1 分析捕集效率不佳原因
通過熱球風速儀檢測內套管端口處風速，通過計算該風速所能捕集到的最遠點，確定外罩內是否有半游離含塵煙氣; 也可現場直接觀察屋頂罩是否有含塵煙氣溢出現象; 若存在半游離含塵煙氣或有溢出現象，則說明捕集效率不佳。
1．3．2 提出優化設計理論
此時，須對內套管結構進行改進，即通過優化內套管與主管道接口處結構以改變內套管內風量，從而改變內套管最大捕集距離。
1．3．3 優化設計實施方案
內套管結構優化實施方案如圖4 所示。
若屋頂除塵罩B 側捕集效率較低，可在內套管及主管道接口處加設擴大風量裝置，以增加內套管風量及端口處風速，則實現最大距離捕集點由a 點變至b 點，捕集距離由r'增加至r″; 若屋頂除塵罩A 側捕集效率較低，則說明內套管風量過大，可在內套管及主管道接口處加設收縮風量裝置，以降低內套管風量及端口處風速。
2 結語
電弧爐在冶煉過程中爐料在電弧作用下瞬間被加熱而熔化，被蒸發出的鐵原子以及廢鐵中的碳與大氣中的氧形成一定量的鐵的氧化物和二氧化碳，在熱壓的作用下，這些粉塵從電極周圍間隙爐門和其他地方溢出。對電弧爐煙塵若不采取有效控制措施，將嚴重污染車間和廠區環境，影響工人和周圍居民的健康。
電弧爐在整個冶煉過程中均會產生煙塵，必須以屋頂罩捕集裝料和出鋼時的煙氣，這些煙氣上升到屋頂位置時，混風很多，體積大為增加，所以需要適當大的體積容量，以緩沖氣流正壓，容納并抽走煙氣。煙氣有塵源點向上抬升過程中，斷面不斷發散增大，因而頂吸罩口斷面適當大，能將捕集到的煙氣抽走。
在確保污染物達標排放的前提下，以不影響冶煉工藝和基本操作，優化設計，罩體結構設計為內外雙層結構，解決了罩口斷面吸入速度中心高、四周衰減很快的問題。通過導流分流，保證周邊吸入風速，均衡負壓流場分布。罩口位置盡可能低，縮短罩口與電爐之間的距離，更利于煙氣的捕集，同時可降低工程投資及后期運行成本; 提高設備可靠性。
該屋頂除塵罩通過實際的現場從結構上已在某企業30T 電弧爐除塵系統中成功應用，整個煉鋼過程均能達到良好的捕集效果，捕集效率達95%，從而實現電弧爐煉鋼過程煙塵全程捕集。
參考文獻:
［1］ 冶金工業部建設協調司，中國冶金建設協會． 鋼鐵企業采暖通風設計手冊［M］．北京: 冶金工業出版社，1996．
［2］ 毛新業，李偉健．大管道氣體流量檢測儀表［J］．電力設備，2008，9( 12) : 8－11．
［3］ 張殿印，王純．除塵工程設計手冊［M］．北京: 化學工業出版社， 2010．