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摘要：电炉炼钢工艺作为当前不锈钢生产的主要冶炼方式，电炉是目前生产不锈钢及其他钢种的主要设备，所以电炉烟气的净化技术的先进性和合理性不仅会影响到电炉冶炼发展，还可影响环境保护及能源利用的可持续发展。除此之外，对烟气中余热的利用，提升电炉冶炼中能源的利用效率，就是我们需要研究地重点，下面就对电炉烟气冷却除尘系统进行分析。
关键词：电炉烟气；冷却除尘；气体
1烟气冷却方法的分析
在进行电炉冶炼、吹炼的时候，将产生大量的赤褐色带有粉尘的气体，被称为是炉气和烟气，最高的含尘浓度达到了20～30g/Nm3，最高温度达到了1200～1600℃。如果说对其烟气不加搜集、除尘处理，不但会造成电炉现场作业环境较差，还将导致方圆数十公里内的大气污染问题。因此，电炉烟气净化就成为电炉冶炼中十分重要的部分，烟气冷却作为除尘系统的一部分，不仅能够改善环境，还起到了回收废气热，起到降低冶炼成本的作用。
注：烟气的成分与所选原材料、所冶炼钢种、操作工艺条件、熔化时间等有着直接联系。
烟气冷却能够分为直接冷却法、间接冷却法，在当前的电炉烟气的净化中，通常采用了间接冷却的方法，主要是采用水冷烟道冷却方法。国内对电炉烟气的降温除尘则是采用了间接冷却的方法，能够有效的达到满意地效果，下面就对水冷烟道特点及其问题进行分析。以下是电炉除尘系统图:
图一电炉除尘系统图
1.1水冷烟道结构的形式
水冷烟道的系统通常是由水冷烟道、循环管、冷却塔、循环泵等设备所组成，本文主要分析水冷烟道设备。水冷烟道通常都是由燃烧室和水冷烟道所组成，燃烧室通常设置在电炉排烟口的后面，主要为钢管密集排练围挡而成的密排管式的燃烧室。形状可以是圆形的，也可以是方形的。燃烧室作用在于去除烟气中的颗粒较大的粉尘，燃尽烟气中的CO成分。除此之外，因为密排管组成地燃烧室有着降温的作用，在烟气的温度较低的时候，这种结构是不利于CO燃烧的。燃烧室设计的过程中，应该控制烟气速度和传热面积，但是因为烟气流速和烟气对其受热面的冲刷，受到了热面管子的直径影响，而后者的影响相对就小一些。烟气的停留时间将直接决定燃烧室流通截面和高度。从理论方面进行分析得知，烟气的速度越慢，其烟气在燃烧室内停留的时间则是越长，对于大颗粒的粉尘沉降和CO燃烧十分有利。但是，就其燃烧室的体积较大和制造成本高的问题，是不利于设备进行布置的。结合我国在国内电炉烟气降温除尘使用的经验分享得知，经常取8-10m/s的烟气流速就能够有效的满足较大的颗粒灰尘沉降要求，燃烧室中的烟气的停留时间受到电炉排烟口高度的限制，在实际的设计阶段，我们需要尽可能地抬高燃烧室的高度，以满足烟气中CO燃烧的需求。燃烧室后部的水冷烟道作用在于降低烟气的温度，水冷烟道的通常是由密排管道围挡而成的圆形通道，烟道中流通的是烟气，密排管内走的是冷却水。
高温烟气通常是在烟道内进行的热交换，将其烟气中热量传递至冷却水，有效的降低了烟气的温度。按照传热学的原理分析，影响到传热的因素通常较多，但是主要包括烟气的流速、烟气对受热面冲刷的方式、受热面的管子直径等等，后者的影响相对要小一些。烟气流速快慢将对烟道磨损、结灰、传热的效果有着严重的影响，在经过多方面设计经验的积累下，综合分析得知，在流速设计过程中取25~35m/s的速度是较合适。除此之外，温差就传热影响是较大的。由以下式可得([4])：
Q=K∙F∙(∆t)∙Lm(W)
式中K--水冷烟道传热系数，W/(㎡∙℃)
F—水冷烟道传热面积，㎡
(∆t)∙Lm—对数平均温差
从以上分析得知，温差越大，其受热面则是越小，这就说明我们设计地水冷烟道排烟的温度通常控制在500~600℃的理由。为了有效的达到合适地排烟温度，水冷烟道总长通常在50~60米。为便于安装和维修，水冷烟道需要设置4~7段,烟道之间则是采用法兰进行连接，烟道上通常设置了检修孔、支吊架、清灰孔及其进出口联箱。
1.2水冷烟道的冷却水
水冷烟道冷却水通常都是应用工业冷却水或者是软水，工业冷却水的制作成本相对较低，所含有的钙、镁离子等容易在烟道管壁中生成水垢，对其传热的效果有所影响。软水制作的成本要比工业冷却水高一些，但是水中除了钙、镁离子，不容易形成水垢。这些对延长烟道使用的寿命，降低生产的成本都有着十分重要地作用，水冷烟道若是采用了软水水质，将有效的提升使用的寿命，烟道使用的寿命便可长达至10年左右，所以电炉烟气的冷却降温水质需要采用软水作为水冷烟道的冷却水。
1.3避免烟道的结灰
电炉烟气中存在着大量地灰尘，如果说设计的不当，将极易造成烟道结灰，严重的影响到电炉正常的生产。烟道结灰的原因主要有大颗粒粉尘附着、烟道内烟气潮湿。大颗粒烟尘的沉降通常是在电炉排烟口的后面设置一个垂直布置地燃烧室，利用其惯性的原理，把烟气速度就突然的降低，并且对其流动的方向有所改变，使得灰粒因为惯性的作用，沉降至燃烧室的底部。在水平烟道中，通常采用了控制水平水烟道中的烟气速度，促使较小的颗粒灰尘会随着烟气而带走，不会沉积在水平烟道中，利用弯头等的部位，有效的去除了其部分的灰尘。为便于清灰，在水平烟道前后部位，需要设置一些清灰门，对烟道进行定期的清灰。对于潮湿的烟气通常需要严格控制炉内水汽，及时更换掉漏水烟道设备，发生漏水时要增加定期清理频率。
1.4烟道膨胀
水冷烟道的温度通常较高，长度较长，所以，在进行水冷烟道的设计过程中，我们必须充分考虑到热膨胀的问题，否之将会造成因为两次的应力较大，引起密排管损坏，促使烟道的漏气和漏水问题出现。除此之外，其还可能引起支架各方向推力，对于烟道膨胀的问题，应该得到充分重视，下面就是热膨胀计算的公式：
热膨胀量△L=L*α*(t2-t1)cm
按照膨胀量计算分析得知，选择出合适地膨胀器能够有效的满足烟道膨胀的需求，因为烟道直径通常较大，烟气的温度较高，非金属的膨胀器就较为合适，其膨胀器优点如下：第一，可以有效的满足横轴向地膨胀量。第二，承受较高的烟气温度、烟气冲刷。第三，其膨胀器没有因为膨胀造成对直接反力的问题出现。
2电炉烟气中的余热利用
在现阶段，我国国内设计地电炉烟气净化的系统都是采用了以上水冷烟道冷却的方法，实现对烟气温度的降低，其方法中的烟气余热没有进行利用，主要是经过冷却塔将其部分的热量释放至大气中，其部分的热量十分可观，大概占据了电炉总能量的40%左右,怎样将这部分热量加于利用,就提升电炉热利用效率就十分重要。
在能源日益紧张的现在，西方钢铁公司、技术部分就对电炉余热利用十分先进，比如说德国的HoeschStahlAG和SaarstahlAGDHS等钢铁公司,在现阶段都是采用了汽化冷却烟道，替代了传统的水冷烟道，促使烟气中部分的余热产生出蒸汽，能够供给钢铁公司的生产生活使用。我们还可将产出蒸汽供给VOD炉用于抽取真空。一台100T电炉产出铁水比为30%~90%，蒸汽发生量约为24~48t/h，其中热管产出蒸汽22~26t/h（1.3~1.6MPa），经济效益显著。
结束语
总而言之，在电炉烟气的净化系统改造及其新建项目中，在容许的条件下，需要尽可能的使用汽化冷却烟道，对其烟气中余热进行回收利用，有效提升电炉系统热利用效率，对其生产成本有所降低。
参考文献
[1]钢铁厂余热锅炉设计,上海冶金设计院,1972,9.
[2]小型锅炉设计和改正,哈尔滨工业大学热能工程教研室,1987.
论文作者:蒋博,彭迎华,朱家乐,林其浩
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/17
标签：烟气论文; 电炉论文; 烟道论文; 水冷论文; 燃烧室论文; 冷却水论文; 余热论文; 《基层建设》2018年第28期论文;