1、XXXX钢铁集团阿城钢铁有限责任公司钢铁集团阿城钢铁有限责任公司1#1#电炉除尘系统改造工程电炉除尘系统改造工程设计方案设计方案东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 1 页 共 31 页目目录录1 1、前、前言言.3 32 2 原始条件原始条件.3 32.1电炉主要工艺技术参数.32.2现有除尘系统主要工艺参数及配置.42.3 内排烟气分析.43 3、除尘改造方案分析、除尘改造方案分析.6 63.1 电炉余热利用与除尘的工艺关系简述.63.2除尘系统工艺路线探讨：.73.3 热管式换热器与水列管式余热锅炉的比较：.83.4 结论.114 4、除尘改造方案、除2、尘改造方案.11114.1 主要指标.114.2 采用关键技术.114.3除尘改造思路：.1144 内排系统工艺流程图.134.5工艺流程描述.134.6系统工艺参数.134.7风机、电机的选择.144.8关于调速节能.144.9关于内排系统安全性.15东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 2 页 共 31 页5 5系统工艺设备组成系统工艺设备组成.15155.1 二孔水冷滑套.155.2 燃烧沉降室.165.3热管式换热器烟气降温及余热回收利用.175.4除尘器.246 6 电气及自动控制：电气及自动控制：.25256.1 主风机电机控制.256.2 清灰3、控制.256.3卸灰控制.266.4 换热器电控系统.266.5 接地系统.266.5 自动化控制系统.277 7、土建与给排水、土建与给排水.28288 8 能介参数及接口位置能介参数及接口位置.28289 9、经济分析：、经济分析：.29299.1 编制运行费用预算时基本数据：.299.2 经济计算：.309.3 全年回收效益 Q：.319.4 间接经济效益.311010附录：附录：.32321#电炉除尘系统改造工程新增内排东 方方设计方案案环 境设 计编制：E-mail：第 3 页 共 31 页1 1 1、前、前1言言XX钢铁集团阿城钢铁有限责任公司（以下简称阿钢）现有公称容量30t 电4、炉两座、40tLF炉两台，配套内外排混合除尘系统：即内排（二孔）高温烟气采用水冷密排管和喷雾冷却塔强制冷却，冷却后烟气再与外排（屋顶罩）中温烟气混合进入除尘系统。从节能角度来看，冶炼产生的高温烟气蕴含大量热能。为此，阿钢从环保和节能角度出发，拟对现有系统进行优化改造，增加余热回收系统，替代现有的喷雾冷却塔，以适应生产、节能与环保的要求。无锡东方所有关技术人员对现场状况进行了多次考察、调研并查阅了有关原始记录数据，经过与阿钢有关领导及技术人员的多次沟通，编制了本改造方案书。2 2 2 2原始条件原始条件2.12.1电炉主要工艺技术参数电炉主要工艺技术参数1#1#电炉主要工艺技术参数电炉主要工艺技5、术参数序号项目单 位主参数备注1公称容量t602炉壳内径mm46003电极直径mm5004变压器容量KVA2*125005通电时间min/炉10606最大出钢量t/炉607留钢量t/炉3东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 4 页 共 31 页8吹氧压力Mpa0.61.09耗氧量Nm3/t200010吹氧时间Min/炉6011冶炼周期Min9012铁水热装%6090%13冶炼时间min/炉80902.22.2现有除尘系统主要工艺参数及配置现有除尘系统主要工艺参数及配置阿钢现有配置了一套天车通过式外排除尘系统，其主要工艺参数如下表：序号序号项项目目单单位位电炉6、电炉LFLF 炉炉备备注注外排外排内排内排1处理风量10m3/h557102系统处理总风量10m3/h52+283除尘器面积m2810040504风机型号Y4-7328FG4-7320D5电机kw10004506Kv说明：以上参数摘自现有除尘系统的设计参数；由于各种因素影响，在实际运行中，进入沉降室内的烟气温度（200左右）远低于设计温度800，即烟气从电炉二孔至沉降室出口的过程中，混入了大量冷风。2.32.3 内排烟气分析内排烟气分析a)烟气成分电炉冶炼过程中形成的气体主要成分为：CO2、CO、O2、N2及其它极少量的N和S的氧化气体。东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 7、案设 计编制：第 5 页 共 31 页烟气成分与冶炼钢种、工艺操作条件、融化时间及排烟方式有关，且变化幅度教宽，为保证设备安全运行，理论空气燃烧系数1.5b)烟气含尘量及粉尘成分烟气含尘量：烟气中含尘量的大小与炉料的品种、清洁度及含杂质有关，也与冶炼工艺和操作有关，一般中小型电炉产尘量812kg/t钢，而当原料轻薄料较多时产尘可高达20kg/t钢；外加铁水后吹氧高峰时段烟气含尘浓度可达到20g/Nm3。粉尘成分：电炉第四孔（或第二孔）出口粉尘成分与电炉所炼钢种有关，电炉出口粉尘平均粒度及成分比见下表：典型碳钢电炉的粉尘成分成分ZnOPbOFe2O3FeOGr2O3MnONiOCaOSiO2Mg8、OAl2O3K2OCeFNA2O范围/%144552050410112123029151312427典型/%17.53.0405.80.53.00.213.26.54.01.01.01.50.52.0c)电炉内排烟气量的计算根据电炉公称容量、冶炼周期、吹氧强度、脱碳速度和电炉尺寸等电炉工艺资料，进行电炉炉内排烟量计算，常用的有综合计算法和热平衡计算法两种。对中小电炉通常依据吹氧脱碳反应生成炉气量为基础的综合计算法计算电炉内排烟气量，再根据实践经验进行修正。比较实用。d)电炉烟气温度电炉四孔（或二孔）排出的烟气温度与电炉冶炼工艺、操作习惯，紧密相关，受加料、兑铁水等过程影响，四孔排烟量属于间断性9、的，而且烟气温度波动变化幅度大。下图为阿钢电炉二孔出口及混风后水冷烟道的烟气温度变化曲线东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 6 页 共 31 页图：说明：说明：1)1)1)1)以上改造前温度曲线图是在现有设备的基础上以上改造前温度曲线图是在现有设备的基础上，以以2007200720072007年年3 3 3 3月月10101010日的冶炼强日的冶炼强度下测量后所绘制的，主要以冶炼铁水为主（铁水量最大达到度下测量后所绘制的，主要以冶炼铁水为主（铁水量最大达到8090%8090%8090%8090%）。2)2)2)2)现有内排抽烟量较少，混入冷风较多，因此改造10、前的曲线图仅反映电炉内现有内排抽烟量较少，混入冷风较多，因此改造前的曲线图仅反映电炉内排烟气变化的波动特征线，并不代表改造后内排烟气的实际温度。排烟气变化的波动特征线，并不代表改造后内排烟气的实际温度。3)3)3)3)改造后温度曲线图是根据改造前温度曲线图综合实践经验进一步计算修正改造后温度曲线图是根据改造前温度曲线图综合实践经验进一步计算修正后得出。更接近改造后的内排烟气实际温度。后得出。更接近改造后的内排烟气实际温度。3 3 3 3、除尘改造方案分析、除尘改造方案分析3 3.1 1 电炉余热利用与除尘的工艺关系简述电炉余热利用与除尘的工艺关系简述国内关于电炉高温烟气余热利用方面，对早期建造11、的电炉工程有多种尝试，但收效甚微。在近年来的新建电炉工程中，有些引进国外技术，如增设各类废钢预热装置，进行余热利用，由于多种原因废钢预热装置在国内运行状东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 7 页 共 31 页况也未尽如人意，没有达到预期效果。究其原因主要在于几个方面：1）相关技术及装备不成熟，管理不善2）系统工艺设计未能掌握电炉冶炼复杂的特定条件3）人为偏见割裂除尘与余热利用之辨证关系4）业主不够重视其中 2）、3）两条是阻碍和制约电炉余热除尘技术的发展关键。由于存在上述问题国内电炉除尘工程对高温烟气的治理大多只能被动采用常规冷却方式，基本不考虑热烟气余热12、利用，宝贵能源白白浪费。显然电炉冶炼工况是十分复杂的，电炉粉尘具有高浓度、细、粘的特点；比重大易沉降；同时还有相当的磨啄性；温降变化大；除尘要求高，降温条件多；任何对电炉除尘不了解、对冶炼工况不熟悉、对粉尘性质不清楚、对烟气状态不摸底的设计必然是失败的，同样任何把电炉除尘与降温换热设备割裂处理也会犯同样的错误。因为余热利用设施首先是除尘降温设施首先是除尘降温设施，它具有与一切除尘相关问题的全它具有与一切除尘相关问题的全部特征部特征，不解决余热设施的除尘就解决不了降温更谈不上余热的利用不解决余热设施的除尘就解决不了降温更谈不上余热的利用，同样也同样也解决不了系统的除尘问题。解决不了系统的除尘问题13、。经验告诉我们只有将两者有机地结合起来当作一个系统来对待才能获得只有将两者有机地结合起来当作一个系统来对待才能获得满意的效果。满意的效果。3.23.2除尘系统工艺路线探讨：除尘系统工艺路线探讨：根据内排烟气及温度变化状况分析，可知，电炉炼钢生产过程产生的烟气中含有大量的热能，其 200800的高温烟气给除尘系统带来很大的降温需求，为了解决这些问题，传统的做法是从加强内、外排系统能力着手处理，其结果东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 8 页 共 31 页往往是外排盲目扩大系统处理风量，内排加强烟气冷却设施。造成整个工程投资高、运行能耗高，维护成本高的三高现象14、，业主对此往往不堪负担。阿钢现有降温工艺采用的是水冷密排管+喷雾冷却塔+混风对内排高温烟气进行冷却，尽管喷雾冷却尚未使用但仍有大量的热能通过系统被放散而没能得到有效利用。就30t 超高功率1#电炉而言，其放散的热能达到约2.291011KJ/年，转化为蒸汽约合 8.25 万吨/年，即折合人民币约 500 万元（按阿钢蒸汽 60元/吨计算），热量浪费惊人。为满足对除尘系统高温烟气热能的回收利用，国内有些单位采用水列管式余热锅炉，来代替大量的降温设备，但是水列管式余热锅炉存在较大弊端与缺陷。3.33.3 热管式换热器与水列管式余热锅炉的比较：热管式换热器与水列管式余热锅炉的比较：1）热管式换热器较15、水列管式锅炉更安全、可靠，可长期连续运行：水列管式锅炉一般都是间壁换热，冷、热流体分别在器壁的两侧流过，其致命缺陷是如因管壁磨损或器壁暴裂将导致大量泄漏，势必造成电炉停产和除尘器滤袋板结损失，这个损失是电炉生产最为忌讳的；而热管式锅炉是二次间壁换热，即热流体要通过热管的蒸发段和冷凝段东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 9 页 共 31 页管壁才能传到冷流体，而热管一般不可能在蒸发段和冷凝段同时破坏，并且，单根（数根）热管的损坏不影响其它的热管，同时对整体换热效果的影响也可忽略不记，所以大大增强了设备运行的可靠性。详见附图1：2）热管式换热器较水列管式锅炉更16、耐冲刷、耐腐蚀性：由于烟气中存在相当大颗粒粉尘，容易冲刷磨损和腐蚀。热管换热器可采用镍基钎焊技术，使热管表面硬度较普通碳钢提高35倍，耐腐蚀性能提高35倍。也就是说镍基钎焊技术使热管换热器耐冲刷、耐腐蚀性能提高35倍，使用寿命提高35倍。3）热管式换热器能有效的防止烟气中水蒸汽的结露水列管式余热锅炉存在局部过冷结露、造成管壁板结和腐蚀，从而引起换热效率下降，导致产汽不足进而尾气过热引起烧袋，为降低温度又被迫减少内排烟量致使炉前大量冒烟最终影响除尘效果和系统稳定的恶性循环。而热管式换热器中热管具有良好的等温性能，能有效的防止烟气中水蒸汽的结露，即热管可以独立改变蒸发段和冷凝段的受热面积，这样可以17、控制管壁温度以避免出现露点结灰或腐蚀。因此热管表面的浮灰不会板结，为有效清灰提供了必要条件。4）热管式换热器占地面积小布置灵活水列管式余热锅炉翅化率低，同等换热面积下占地面积大。而热管式换热器具有两流体均走管外的特点，因此可翅片化来强化烟气侧换热面积；因而热管式换热器占地面积小于水列管式锅炉，并且热管式换热器布置灵活，可以根据现场情况采用不同的排布方式；东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 10 页 共 31 页热管式换热器适用范围广5）热管式换热器导热系数大，对温差要求低，传热速度快，在小温差下也能传递更多的热量，适于回收低品质热能，因此在相同换热面积下，18、热管式换热器出口温度一般可低于水列管式换热器，烟气降温效果更好、中低温度条件下回收热量更大；6）维护工作量：水列管式余热锅炉由于列管管壁存在容易破损和表面结露积灰等弊端，因此维护困难且维护工作量大；热管式换热器不存在以上问题，35年内无须维护。热管式换热器与水列管式余热锅炉对比表热管式换热器与水列管式余热锅炉对比表项目热管式换热器水列管式余热锅炉安全、稳定性安全性高安全性高采用二次间壁换热，可长期安全可靠运行，不用停炉检修安全性低安全性低采用间壁换热，存在管壁或器壁泄漏现象，将造成电炉生产停产耐磨损、耐腐蚀性高高采用镍基钎焊技术热管换热器耐冲刷、耐腐蚀性提高 35 倍，低低普通锅炉钢耐冲刷、耐19、腐蚀性低，容易磨损结露、板结无无不存在烟气水蒸汽结露和积灰板结，换热效率比较稳定有有存在局部过冷结露、造成管壁板结和腐蚀，降低换热效率，除尘恶化形成恶性循环。占地面积比1 1 1 1热管可翅片化，结构紧凑、布置灵活，占地面积小1.51.5结构形式固定、单一，占地面积较大维护工作量换热器本体可保证 5 年免维护维护工作量大3 3.4 4 结论结论本改造工程以新增一套内排除尘系统为宜本改造工程以新增一套内排除尘系统为宜，采用热管式换热器降温并利用采用热管式换热器降温并利用东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 11 页 共 31 页余热产生蒸汽其组合余热产生蒸汽其20、组合工艺可达到负能除尘的目的工艺可达到负能除尘的目的，不但满足环保要求不但满足环保要求，还实现还实现了对热能的有效回收，符合循环经济的大趋势，经济效益显著。了对热能的有效回收，符合循环经济的大趋势，经济效益显著。4 4 4 4、除尘改造方案、除尘改造方案4 4.1 1 主要指标主要指标A.各项指标全面达到或优于国家、行业标准及要求。B.烟尘捕集率95%（全过程捕集）；C.岗位粉尘浓度10mg/m3。（扣除本底值）；D.除尘系统排放浓度50mg/Nm3。E.额定蒸汽量：6.5t/h4 4.2 2 采用关键技术采用关键技术a)“低阻、中温、大流量”(东方技术)b)节能除尘新工艺（电炉内排系统工艺，21、东方专利）c)热管换热蒸汽发生器（热能回收技术，东方专利技术）d)抗结露低阻脉冲除尘器(东方专利)4.34.3除尘改造思路：除尘改造思路：阿钢 30t 电炉现有两套内外排混合除尘系统，除尘效果良好，其工艺原则是外排为主外排为主、内排为辅内排为辅。内排处理能力较小（现场目测内排抽烟约 1 万 Nm3/h），主要依靠外排大风量来满足环保要求。根据现有设备状况，为保证除尘环保要求、降低系统总运行能耗前提下，东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 12 页 共 31 页实现既达到热能有效回收又不使炉内带走较多热量的目的，应将系统工艺原则改变为内排为主内排为主、外排为辅22、外排为辅，增大内排抽烟能力。减少外排，以便实现把原从外排烟气中带走的热量改由内排回收利用。改造后：保留现有天车通过式集烟罩外排系统，内排烟除尘系统新建一套，形成内、外排系统各自独立联合体系；一方面，可充分将电炉冶炼工艺与除尘系统结合起来，提高除尘系统的机动调节能力，节约运行能耗。另一方面，能最大限度地回收内排系统余热，在确保环保的同时得到好的经济效益，使企业节能降耗。内排系统增大炉内排烟量后，除加料及兑铁水过程外，冶炼其它过程中外排系统处理风量富裕，为电炉今后的进一步改造扩容留有了余地。另为进一步降低除尘系统的运行能耗，外排系统应增加变频器进行调速降耗（其中外排小系统已经有）。此外根据标书要求23、，系统可按蒸汽负荷变化调整产汽量。由于阿钢夏季蒸汽使用量较低，系统可以通过调整水冷滑套与电炉二孔之间隙，减少炉内排烟量（炉内10000Nm3/h），以减少进入换热器的热量，来降低换热器的产汽量。产汽2t/h 左右，可取代一台 2 吨燃煤锅炉以满足食堂、澡堂的需要。与此同时调速增加外排风量至现有水平（45Hz），实现以外排为主内排为辅的工艺转换，并达到环保要求。4 44 4 内排系统工艺流程图内排系统工艺流程图除尘器风机电机排气筒燃烧沉降室热管式换热器四孔东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 13 页 共 31 页4.54.5工艺流程描述工艺流程描述改造后，除24、尘系统分为内外排两个独立系统：内排系统内排系统：电炉冶炼过程中产生的烟气通过炉盖上的第四孔排出，经过燃烧沉降室燃烧沉降（把可燃物充分燃烧，并把大颗粒烟尘和四孔带出的炉渣沉降，防止爆炸和烟道堵塞），再经过余热回收系统换热降温后进入除尘器，净化后由引风机送入排气筒排入大气。外排系统外排系统：电炉加料、出钢及正常冶炼时从炉盖外溢的部分烟气在自身热动力及捕集罩导流作用下，进入屋顶差速补偿罩，在负压场的作用下，烟气被捕集进入罩内，经由系统管网进入布袋除尘器，含尘烟气在除尘器内得以净化，满足达标排放的气体经由风机进入排气筒排入大气（加料及出钢过程中外排风机高速运行，内排系统降速离线）。4.64.6系统工艺25、参数系统工艺参数电炉最大出钢量为 60t，铁水热装量达 90%，根据电炉冶炼工艺参数，计算电炉第二孔排烟量 3104Nm3/h，温度约为 1200；经炉口混风 3.3104Nm3/h降温，烟气进入燃烧沉降室，基本燃尽 CO 等可燃物，并使大颗粒沉降；出口温度降至 650左右；烟气通过高温烟道进入热管式换热器及预热器后，经热交换烟气温度降到 170左右，通过管道进入除尘器净化，由风机排入大气。内排系统主要工艺参数见下表：内排除尘系统工艺参数表序号项目内排(四孔)备注东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 14 页 共 31 页1处理风量65000Nm3/h2系统26、全压6500Pa3设计温度进换热器 600出换热器 1704换热器12t、1.25MPa5除尘器1650m2高温滤料6主风机Y5-51No14D（改）7主电机315Kw变频调速4.74.7风机、电机的选择风机、电机的选择选择合理的风机、电机，其基本理论：N=PQ/（12）kW（式中：N功率(kW)；Q系统处理风量(m3/h)；P风机压头(Pa)）热管式换热器设计阻损为 12001500Pa，除尘器阻损为 1500 Pa，系统阻损约 6500Pa 左右，系统的风机、电机情况配置详见方案上表。4.84.8关于调速节能关于调速节能鉴于电炉作业状态变化频繁，在电炉加料及出钢（约合计 1520min/炉27、）时，第二孔脱开或基本没有烟气，此时应采用调速，既降低电机运行能耗，也可避免该阶段由于抽入大量冷风影响换热器保温和带走过多的热量，故内排采用变频调速。由于新增一套内排系统后，外排系统能力有较大富裕量，因此外排主电机应增加高压变频器进行调速。4.94.9关于内排系统安全性关于内排系统安全性冶炼过程中，由于炉内温度较高，碳的主要氧化物是 CO，尤其在铁水较东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 15 页 共 31 页多时，CO 与氧剧烈反应，也有少量碳与氧直接作用生成 CO2，或 CO 从钢液表面逸出后再与氧作用生成 CO2。一般从电炉排出的烟气中，由于冶炼时过剩28、空气系数较大，CO 含量基本小于 5%。小于 CO 的爆炸极限浓度 12.5%。但冶炼过程不排除 CO 浓度偶尔过大，可采取以下措施来保证系统的安全：1）四孔出口烟气在进入除尘排烟管道前设定混入适量空气，稀释烟气中的 CO；2）设置燃烧沉降室，使 CO 充分燃烧，保证燃烧沉降室出口 CO 含量远小于爆炸极限。3）在燃烧沉降室上及热管式换热器的入口前各设防爆阀，及时、安全的卸压，保证系统的安全可靠运行。4）增加一套 CO 在线监测仪，CO 浓度超过设定值时，换热器前混风阀自动混风稀释，进一步保证系统安全。5）换热器吹灰装置采用的是激波清灰，为避免激波产生的火星遇CO爆炸，应严格控制吹灰时间，一般29、连锁控制在加料和出钢时间段内。5 5 5 5系统工艺设备组成系统工艺设备组成内排除尘系统主要由二孔、水冷滑套、燃烧沉降室（原基础上改造）、高温烟道、热管式换热器、除尘器、风机电机、系统管道等以及相应的土建、钢结构和电气自动化控制。5.15.1 二孔水冷滑套二孔水冷滑套二二孔水冷滑套是内排除尘系统的关键孔水冷滑套是内排除尘系统的关键，关系除尘系统能否良好运行也关乎关系除尘系统能否良好运行也关乎蒸汽能否有效产生蒸汽能否有效产生。二孔水冷滑套的功能是：东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 16 页 共 31 页1）确保炉内额定的排烟量，达到预期的除尘效果；2）调整30、套口间隙，控制烟气的温度；3）混入适量空气，保证未完全燃烧物充分燃烧；4）确保电炉各冶炼工况的操作不受影响，以及保证电炉正常加料及炉体的检修。现有内排滑套存在的问题，主要是二孔孔径太小和水冷滑套间隙太大，以至混入冷风过多，内排不足。因此本工程必须改造原有炉盖，增大炉盖二孔面积以利于增加内排风量；并且重新设计一套水冷滑套，减少水冷滑套处冷风混风量和运行的稳定可靠。5.25.2 燃烧沉降室燃烧沉降室燃烧沉降室是系统运行的稳定性和安全性的保证燃烧沉降室是系统运行的稳定性和安全性的保证，其有利于大颗类的沉其有利于大颗类的沉降，和可燃物的完全燃烧。并可减少换热器元件的磨损和烟尘的沉降。降，和可燃物的完全31、燃烧。并可减少换热器元件的磨损和烟尘的沉降。1 1 1 1、大颗粒的沉降、大颗粒的沉降从第四孔抽出的高温烟气以高速通过水冷套管后，携带炉内大量大颗粒粉尘及炉渣进入燃烧沉降室。为减轻烟气含尘量和含尘浓度，必须使二孔烟气首先进入沉降燃烧室，实现大颗粒粉尘在沉降燃烧室室内的有效沉降，解决灰尘在排烟管及设备中堵塞的问题。2 2 2 2、可燃物充分燃烧、可燃物充分燃烧一方面要使可燃物有足够的燃烧时间，另一方面要有足够的氧气（空气），保证可燃物能充分燃烧，防止在锅炉的设备中发生爆炸事故。为减轻换热器大颗粒冲刷磨损及积灰，须对现有沉降室进行改造，加大其容积，并考虑清灰清渣的方便。为此采取如下措施（具体见平面32、布置）：1)在燃烧沉降室的基础上增加通道长度，使得沉降颗粒最小达100m；2)增加一个可调的混风旁通阀，依靠系统负压吸入冷空气，并尽可能使沉降室的长度增大，使可燃物能充分燃烧。东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 17 页 共 31 页5.35.3热管式换热器热管式换热器烟气降温及余热回收利用烟气降温及余热回收利用热管式换热器是电炉除尘工艺中不可分割的一部分。内排系统高温烟气通过热管式换热器后，取代水冷烟道和冷却塔实现降温功能，以满足除尘器的正常运行。同时回收烟气中余热产生蒸汽。采用变压式蒸汽畜热器保证稳定外供蒸汽5.3.15.3.1热管换热器概述热管换热器33、概述5.3.1.1 简介及工作原理热管换热器其核心部件是热管。（1 1 1 1）热管是一种新型高效的传热元件，按较精确的定义应称之为“封闭的两相传热系统”，即在一个抽成真空的封闭的体系内，依赖装入内部的流体的相态变化（液态变为汽态和汽态变为液态）来传递热量的装置。（2 2 2 2）热管的传热原理将一根封闭的管壳抽成真空，内部充装一定比例的液体工作介质（工质），即构成了热管。热管放在热源部分的称之为蒸发段（热端），放在冷却部分的称之为冷凝段（冷端）。当蒸发段吸热把热量传递给工质后，工质吸热由液体变成汽体，发生相变，吸收汽化潜热。在管内压差作用下，汽体携带潜热由蒸发段流到冷凝段，把热量传递给管外的34、冷流体，放出凝结潜热，管内工质又由汽体凝为液体，在重力作用下，东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 18 页 共 31 页又回到蒸发段，继续吸热汽化。如此周而复始，将热量不断地由热流体传给冷流体。（3）热管的特点金属、非金属材料本身的导热速率取决于材料的导热系数、温度梯度，正交于温度梯度的截面面积。以金属银为例，其值为 415W/m2K 左右，经测定，热管的导热系数是银的几百倍到上千倍，故热管有热超导体之称。由于热管内的传热过程是相变过程，而且工质的纯度很高，因此热管内蒸汽温度基本上保持恒温，经测定：热管两端的温差不超过 5，与其它传热元件相比，热管具有良好35、的等温性能。热管能适应的温度范围与热管的具体结构、采用的工作流体及热管的环境工作温度有关。目前，热管能适应的温度范围一般为-2002000，这也是其它传热元件所难以达到的。5.3.1.2 热管换热器工作原理：热管蒸汽发生器是由若干根特殊的热管元件组合而成。其基本结构如左图所示。热管的受热段置于高温烟道道内，烟气横掠热管受热段，热管元件的放热段插在水汽系统内。由于热管的存在使得该水汽系统的受热及循环完全和热源分离而独立存在于高温烟气之外，水汽系统不受高温烟气的直接冲刷。其工作原理是：见左上图，高温烟气的热量由热管传给水套内的饱和水并使其汽化，所产蒸汽（汽、水混合物）经蒸汽上升管达到汽包，经集中分36、离以后再经蒸汽主控阀输出。这样由于热管不断将热量输入水套，通过外部汽水管道的上升及下降完成基本的汽水循环，使高温烟气降温，完成热交换并使水转化为蒸汽。东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 19 页 共 31 页5.3.25.3.2 初始设计条件初始设计条件1、烟气特性表：一、装料期序号名称符号单位数据来源或计算公式数值1烟气温度t12烟气体积流量QybNm3/h3该期耗时tmin20该期无可换热烟气二、熔化期序号名称符号单位数据来源或计算公式数值1烟气温度t1平均4502烟气体积流量QybNm3/h按第四孔，最大抽烟630003该期耗时tmin该电炉工艺3037、该期烟气为可燃废弃物产生三、氧化还原期序号名称符号单位数据来源或计算公式数值1烟气温度t1可控，最高烟气温度6002烟气体积流量QybNm3/h按第四孔，最大抽烟630003该期耗时tmin该电炉工艺30该期烟气量最大，温度最高四、出钢期序号名称符号单位数据来源或计算公式数值1烟气温度t12烟气体积流量QybNm3/h3该期耗时tmin10该期无可换热烟气，主要为冲渣产生的水蒸汽和少量废气东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 20 页 共 31 页5.3.35.3.3 热管换热器选型计算热管换热器选型计算1、热力计算按最频繁工况考虑，我们可以认为产生的电炉烟38、气具有周期性，连续性，即每炉钢冶炼结束后下一炉即开始。为了不影响后面的除尘设备，假定最终排烟温度为 170。熔化期一、烟气放热量序号名称符号单位数据来源或计算公式数值1烟气体积流量QybNm3/h给定630002进口烟气温度t1给定平均4503出口烟气温度t2假定1704烟气温降t2805效率选用0.86烟气放热量QKj/h2.6E+07二、蒸气量校核序号名称符号单位数据来源或计算公式数值1蒸气压力PMPa给定1.252蒸气温度tb查表1923蒸气焓hkj/kg查表27874给水温度tgs假定205给水焓hgskj/kg查表83.7366焓差hkj/kg27037蒸气量Gmt/h7.6东 方环39、 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 21 页 共 31 页氧化期一、烟气放热量序号名称符号单位数据来源或计算公式数值1烟气体积流量QybNm3/h给定630002进口烟气温度t1给定6003出口烟气温度t2假定1704烟气温降t4305效率选用0.86烟气放热量QKj/h4.0E+07二、蒸气量校核序号名称符号单位数据来源或计算公式数值1蒸气压力PMPa用户指定,表压1.252蒸气温度tb查表1923蒸气焓hkj/kg查表27874给水温度tgs假定205给水焓hgskj/kg查表83.7366焓差hkj/kg27037蒸气量Gmt/h11.92、热力计算结果汇总40、：序号名称符号单位数值1冶炼周期内换热量Q107kj3.32冶炼周期内蒸汽总量Gt9.83冶炼周期内最大蒸汽量Gmaxt/h11.94冶炼周期内平均蒸汽产量Gpjt/h6.53、换热器选型说明冶炼周期内产生的烟气量，烟气温度波动大，并且较难控制。所以换热器按最大可产蒸汽量选型，保证烟气余热的合理利用。同时，为适应电炉炼钢东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 22 页 共 31 页的工艺特点，要求换热器必须具有启动速度快、负荷适应能力强、连续无故障运行时间长、部件故障时不影响电炉工作等特点。综上所述，经慎重考虑后，我公司决定选用热管式换热器，最大产蒸汽量12t41、/h，额定工作压力 1Mpa。5.3.45.3.4蓄热器蓄热器如前所述，电炉烟气参数的波动造成换热器产生的蒸汽量不稳定，甚至不产生蒸汽。这样的蒸汽是不能直接用在生产或生活上的；因此，换热器产生的蒸汽先必须先通过变压式饱和蒸汽蓄热器。蓄热器具有“削峰填谷”的作用：当换热器产生的蒸汽大于耗汽量时，储存蒸汽；反之则放出蒸汽。通过自控系统的调节，我们能保证蓄热器输出的蒸汽能维持正常工作。工作原理和典型管路系统如下图：蓄热器是利用水蓄热的，并利用高低压力下饱和水的焓差使水闪蒸，放出蒸汽。初期使用时冲入 50左右的除氧水，当冲入高压蒸汽时，蒸汽通过内部充热装置喷入水中，并迅速凝结放热，使蓄热器内水位和压力42、升高，直至压力东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 23 页 共 31 页与冲入蒸汽压力相等，完成充热过程。这时蓄热器内的水是高压下的饱和水；当蓄热器向外供汽时，与蓄热器汽空间相连的低压管道压力下降，蓄热器中的饱和水成为过热水，将自行沸腾放热，水位下降，产生低压蒸汽供给设备，完成放热过程。上图是典型的并联系统的管路图。蒸汽流程有以下几种情况：（1）进汽量和出汽量相等，蒸汽通过 V1 阀后，直到 V2 阀输出。（2）进汽量小于出汽量，蒸汽通过 V1 阀后，直到 V2 阀输出，因汽量不足，蓄热器补充部分蒸汽。（3）进汽量大于出气量，蒸汽通过 V1 阀后，有部分去43、蓄热器储存。（4）出汽量为零，蒸汽通过 V1 阀后，全部去蓄热器储存。（5）进汽量为零，蒸汽全部由蓄热器供给。V1 阀的作用是保持换热器进汽压力稳定，进汽压力增大，阀关小；反之亦反。V2 阀的作用是保持蓄热器出汽压力稳定。当低压用汽量增大时，出汽压力下降，阀开大;反之亦反。V1、V2 阀都是自控的阀组。蓄热器运行中的充热、放热过程随锅炉运行和低压负荷不断变化，所以，蓄热器应具有以压力为调整对象的自控系统。5.3.45.3.45.3.45.3.4软化水处理系统软化水处理系统根据甲方提供的原水水质量情况，水源悬浮物、硬度超标。为保证锅炉能安全运行，采用了活性碳过滤器预处理系统和全自动软水器二级处理44、，处理后水悬浮物5mg/L，总硬度0.03me/L5.3.5.5.3.5.5.3.5.5.3.5.其它其它为保证锅炉能安全可靠的运行，还必须配有一套除氧器、锅炉吹灰系统等。东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 24 页 共 31 页（2）软化水进入锅炉前先经过热力除氧器，除去水中的氧，防止锅炉水腐蚀，延长锅炉使用寿命；（3）烟气中的部分灰会吸附在热管或翅片表面，如不及时清除将影响锅炉的换热效率，为了防止锅炉热管表面的积灰，我们采取一些措施：1）选择合理的锅炉内烟气流速，并根据锅炉内烟气的变化采用多段变截面设计，减少锅炉积灰；2）设有自动激波清灰器，及时清除受45、热面的积灰（经过实践检验，激波清灰器对电炉积灰效果最好）；3）在锅炉每换热器下设计灰斗，储存积灰。（4）为保证锅炉运行安全，在锅炉入口前设有安全防爆阀。5.45.4除尘器除尘器除尘器是高温烟气治理三大要素之一，其优劣直接影响除尘系统性能和运行能耗。无锡东方所经过长期探索研制的抗结露低阻脉冲除尘器，因具有“结构阻力低，抗结露性能优，沉降功能强，分室离线清灰”等优点，使其运行阻力低于 1500Pa，运行可靠。该除尘器已在国内外应用二百多台套，运行可靠。抗结露低阻脉冲除尘器特点抗结露低阻脉冲除尘器特点1)设有均温沉降段，使大颗粒的粉尘未接触滤袋就首先沉降了，避免烧毁滤袋，同时可避免高温烟气对滤袋的直46、接冲刷，减少滤袋的负荷提高使用寿命，沉降段阻力系数较低可降低阻损。2)进出口风管进行优化处理，可降低阻损约300Pa。3)气源经特殊处理可长期稳定的运行，即使湿度较大的粉尘亦能较彻底地清灰。5）采用小仓结构，便于更换布袋及检修。东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 25 页 共 31 页6）滤袋上端采用弹簧涨圈形式，不但密封性能好，而且在维修换布袋时快捷简单，实现机外换袋。6 6 6 6 电气及自动控制：电气及自动控制：电气控制部分是整个除尘系统的指挥中心，控制部分是否可靠将直接影响到除尘系统能否正常工作，所以电气控制系统应满足工艺要求，运行稳定可靠，安全经47、济，操作简单，维护方便，现分述如下：6.16.1 主风机电机控制主风机电机控制主电机控制应满足以下要求：1.起动柜出线端装有大电流吸收装置，在真空开关分闸的瞬间起到保护电机的作用。2.采用电流保护、失压保护和高压对地保护。3.起动柜与变频器联锁，保证电机在空载状态下起动。起动方式直起6.26.2 清灰控制清灰控制6.2.16.2.16.2.16.2.1控制要求控制要求清灰效果的好坏直接影响到除尘系统能否正常运行，许多除尘系统运行一段时间后就出现烟尘捕集率下降等情况，究其原因主要都是由于清灰效果不好所至，为了加强清灰效果，系统中采用了离线分室轮流脉冲清灰，整个除尘器分隔成多个室，通过阀门与出风管48、相连，清灰时一个室的阀门关闭,使该室离线。由脉冲阀通过喷管向滤袋喷射压缩空气，一个室装有多个脉冲阀，依次轮流进行喷吹，清灰完毕，打开该室阀门，同理对整个除尘器逐室进行清灰。这些东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 26 页 共 31 页控制要求可选用可编程序控制器（PLC）来实现，PLC 具有工作稳定可靠,抗干扰能力强,维护简单等特点，通过编程可灵活地实现各种控制目的，采用西门子 S7 系列。6.2.26.2.26.2.26.2.2控制方式控制方式清灰控制主要采用定时控制形式，按照预先设定的时间进行清灰，清灰时间的确定应对生产现场进行详细观察后而定。6.3649、.3卸灰控制卸灰控制这部分主要控制仓壁振动器，卸灰阀，螺旋输送机和无尘卸灰机，可由安装在卸灰阀附近的操作箱进行控制，仓壁振动器可由 PLC 进行控制，当螺旋输送机运转时，仓壁振动总器开始振动，振 1 秒，停 10 秒，必要时也可转换成手动控制。6.46.4 换热器电控系统换热器电控系统换热器电控系统是具有自成一体的特点，又是必须与系统相关联的集成控制体系，主要有水系统、蒸汽系统、烟气系统中的流量、压力、温度三重量的控制。配以一次和二次仪表监控，报警。通过各级传感器及 PLC 的逻辑控制实现整个系统的控制。具体按初步设计确定。6.56.5 接地系统接地系统为了确保人身和设备安全，整个除尘系统必须50、接地良好，人工接地体可东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 27 页 共 31 页采用 5#镀锌角钢，每根长 2.5 米，沿除尘器基础外 1.5 米处,每隔 5 米打一个接地桩。然后用截面不小于 48mm2,厚度不小于 4mm 镀锌扁钢连成环形,并多点与混凝土钢筋、除尘器本体、排气筒和配电柜基架相连。接地系统的接地电阻,不得大于 4。6.66.6 自动化控制系统自动化控制系统过程自动化控制系统由 PLC 作为基础自动化级，工控机作为上位机，集仪表，电气为一体的视窗控制中心（wincc）。具体分工如下：a、PLC 压力差压、温度、开关量的现场实时采集；除尘器布51、袋的自动脉冲反吹清灰控制；风机启动的逻辑控制；各阀门启闭的逻辑控制；各控制点工作状况的采集及控制；严谨的卸灰控制程序。b、上位机 展现整个除尘系统的工艺流程及实时工作状况 压力、差压、电流等数据的显示，取消控制柜二次仪表 各工艺参数及系统运行状况的历史记载 各工艺参数的查询、打印 各控制点越限报警 运行参数设定值的在线调整 各控制点的操作直接利用鼠标在屏幕上操作东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 28 页 共 31 页7 7 7 7、土建与给排水、土建与给排水土建工程按捕集、管道系统、换热器、控制四大部分设计，其内容为：1)燃烧沉降室改造；2)管道支托架、52、风机、电机基础；3)热管式换热器基础及支架等；4)蓄热器基础；5)软化水系统及软化水箱基础；6)除尘器基础及支架；7)操作控制室及风机房。8)水冷滑套基础9)排气筒基础8 8 8 8 能介参数及接口位置能介参数及接口位置水风机冷却水：水质:普通冷却循环水(无杂质)甲方提供到除尘风机站 1m 处水冷滑套等用水：利用现有冷却水热管换热器：水质：原水甲方提供到原水水箱气普通压缩空气压力:0.40.6Mpa除尘器脉冲气量:610N m3/min甲方提供到除尘器储气包进口法兰电380V500KW甲方提供至低压配电柜上火及现场用电附近。蒸汽0.50.6MPa 稳定蒸汽东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新53、增内排设计方案方 案设 计编制：第 29 页 共 31 页乙方负责将蒸汽送至分汽缸（含分汽缸），甲方负责将蒸汽从分汽缸送至用气单位。9 9 9 9、经济分析：、经济分析：9.19.1 编制运行费用预算时基本数据：编制运行费用预算时基本数据：作业率 340 天/年；冶炼周期 90min，其中加料出钢期占 1/3，冶炼期占 1/3；电费：0.55 元/度；1、电改造前：装机容量：1000Kw+450Kw其中 450Kw 电机已有变频器，运行频率 45HZ改造后：装机容量：1000Kw+450Kw+315Kw其中：外排冶炼期按变频 15HZ 运行，加料出钢期全速 50HZ；内排冶炼期按变频 50HZ54、 运行，加料出钢期变频 15HZ；2、锅炉产蒸汽：额定工作压力 1.0Mpa 蒸汽 6.5t/h；蒸汽价格 65 元/t（厂内核算价）3、冷却循环水：改造前用水量 300t/h，改造后用水量 100t/h；循环水运行费:0.25 元/t循环水补充新水:1.5新水水费:0.8 元/t东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 30 页 共 31 页9.29.2 经济计算：经济计算：1 1 1 1、年节省电费：、年节省电费：1）改造前年用电 W1：W1(1000KW+450Kw(45/50)3)24H/天340 天/年 10836888Kw/h 1083.69 万 K55、w/h2）改造后年用电 Q2：W2(1000KW+450Kw)1/3.外排加料出钢期(1000KW+450Kw)(10HZ/50HZ)32/3外排冶炼期315Kw(10HZ/50HZ)31/3内排加料出钢期315Kw 2/3.内排冶炼期24H/天340 天/年5727558 Kw/h 572.76 万 Kw/h3)年节省电量 W：WW1W21083.69 万 Kw/h 572.76 万 Kw/h510.9 万 Kw/h3)年节省电费 Q1Q1W0.5 元/度476.5 万 Kw/h0.55 元/度281.01 万元2 2、产生蒸汽效益、产生蒸汽效益 Q Q Q Q2 2 2 2：Q26.5t/56、h65 元/t24H/天340 天/年344.76 万元另本工程可稳定供给 6.5t/h、1MPa 蒸汽量，基本可取代炼铁厂两台 4t 蒸汽锅炉。根据阿钢 2006 年耗煤统计显示，该锅炉每年耗煤 4685.4t，标准煤按320 元/t 计算：东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 31 页 共 31 页每年冬季节省煤费 Q2=4685.4t*320 元/t=149 万元夏季产生的蒸汽另作加热、发电等用途。3 3、节省冷却水费用：、节省冷却水费用：1）年节省水量 S：S(300t/h100t/h)24H/天340 天/年163.2 万 t/h2）循环水费：q157、163.2 万 t/h0.25 元/吨40.8 万元/年3）水费 q2：年补充新水 S：S163.2 万 t/h1.50.20 万 t/hq20.2 万 t/h0.8 元/吨0.16 万元/年4)年节省水费 Q3：Q3q1q2 40.8 万元/年0.16 万 t/h40.96 万元9.39.3 全年回收效益全年回收效益 Q Q：QQ1Q2 Q3281.01 万元344.76 万元40.96 万元666.78 万元9.49.4 间接经济效益间接经济效益1、本方案取消水冷密排管，水冷密排管设备费用约 30 万元，而根据国内同类型电炉水冷密排管使用情况看，其更换周期一般为 23 年。因此本方案间东 方环 境1#电炉除尘系统改造工程新增内排设计方案方 案设 计编制：第 32 页 共 31 页接节省水冷密排管的维护费用约 10 万元/年。2、节省冷却循环水后，其循环水可用于其它用途，减少循环水处理系统投资费用。10101010附录：附录：工艺原理图07.AGD.F.00平面布置图07.AGD.F.01除尘器总图07.AGD.F.02换热器布置图07.AGD.F.03蓄热器总图07.AGD.F.04主要设备清单