雷蕴霆，王静

( 兰州兰石环保工程有限责任公司，甘肃兰州730087)

摘 要: 为提高大中型电弧炉冶炼过程中游离含尘烟气的捕集效率，特引用屋顶除尘罩结构形式，采用由外罩、内罩、套管及格栅等组合形式，完成了屋顶罩结构优化设计，并改进提升了屋顶罩结构设计思路，可实现对电弧炉冶炼过程含尘烟气全程跟踪捕集。实践证明，该屋顶罩结构形式能实现对电弧炉含尘烟气捕集效率达99%。

关 键 词: 电弧炉屋顶除尘罩; 结构优化; 跟踪捕集

0   引言

随着社会步入经济快速发展阶段，环保日益成为备受关注的热门话题，特别是冶炼铸造行业，大量高污染烟气排放已导致周边生活环境逐日恶化，加之该行业内生产作业人员对良好工作环境的强烈需求，含尘烟气高效捕集、净化成为势在必行的环保措施。为如何高效的对含尘烟气进行捕集，现从电弧炉屋顶除尘罩捕集系统入手，分析其结构并提出优化设计，为解决这一问题提供思路。

1   大中型电弧炉屋顶除尘罩结构分析与优化

1．1 屋顶除尘罩原理及配置

屋顶除尘罩结构原理图如图1 所示。

屋顶除尘罩主要由外罩、内罩、格栅板、内套管、主管道、可调蝶阀及检查人孔等组成。为使风量分布均匀，在外罩内部设置内罩，大部分含尘烟气主要从内外罩之间被主管道吸走，很小一部分烟气通过内罩流经格栅板被内套管吸走; 内套管的设置主要用于捕集B 侧较远处含尘烟气，A 侧含尘烟气通过主管道与内套管间隙被捕集; 格栅板用于流量、风量检测站人用; 可调蝶阀用于调节电弧炉三个冶炼期屋顶除尘罩所需风量大小。

1．2 屋顶除尘罩烟尘捕集分析

根据Nikaradse 于1932 年提出的指数分布模型( 如图2 所示) ，可知主管道中心流速最大，故而主管道与外罩接口处，由于截面积突然剧增，依据风速与截面积关系( Q = A·V) ，风速与截面积成反比，可知主管道风速急剧减小，故距离接口距离较近处( A侧) 含尘烟气很快被吸走，但距离接口距离较远处( B侧) 含尘烟气处于半游离状态，捕集速率非常缓慢，甚至B 侧有部分含尘烟气从外罩下沿溢至罩外。

V 和r 在理论上满足公式:

式中: V 为管道截面上一点的流速; r 为管道内相对中心线位移; R 为管道半径; n 为指数，随雷诺数ReD 变化的常数^［1］。

为解决上述因流速急剧减小导致的捕集效率骤减问题，特在主管道与外罩接口处引入内套管装置，并在内罩顶部开方口加格栅板。假设无内套管时，主管道能捕集含尘烟气的最远点为a 点; 当加装内套管后，由于管道长度的增加，内套管具有和主管道处同样的风速，此时内套管所能捕集含尘烟气的最远点为b 点，同时内套管能捕集内罩顶部方口溢出的含尘烟气。故加装内套管装置不但均匀、快速地捕集外罩B侧半游离含尘烟气，同时对内罩游离含尘烟气的有效捕集。加装内套管捕集示意如图3 所示。

1．3 屋顶除尘罩优化设计

根据以上理论分析，可知此屋顶除尘罩具有可行性的理论性。但在实际应用中，往往会产生捕集效率并非达到预期设计捕集效率的现象。为解决该问题，现特提出实际应用中的优化设计方案。

1．3．1 分析捕集效率不佳原因

通过热球风速仪检测内套管端口处风速，通过计算该风速所能捕集到的最远点，确定外罩内是否有半游离含尘烟气; 也可现场直接观察屋顶罩是否有含尘烟气溢出现象; 若存在半游离含尘烟气或有溢出现象，则说明捕集效率不佳。

1．3．2 提出优化设计理论

此时，须对内套管结构进行改进，即通过优化内套管与主管道接口处结构以改变内套管内风量，从而改变内套管最大捕集距离。

1．3．3 优化设计实施方案

内套管结构优化实施方案如图4 所示。

若屋顶除尘罩B 侧捕集效率较低，可在内套管及主管道接口处加设扩大风量装置，以增加内套管风量及端口处风速，则实现最大距离捕集点由a 点变至b 点，捕集距离由r'增加至r″; 若屋顶除尘罩A 侧捕集效率较低，则说明内套管风量过大，可在内套管及主管道接口处加设收缩风量装置，以降低内套管风量及端口处风速。

2   结语

电弧炉在冶炼过程中炉料在电弧作用下瞬间被加热而熔化，被蒸发出的铁原子以及废铁中的碳与大气中的氧形成一定量的铁的氧化物和二氧化碳，在热压的作用下，这些粉尘从电极周围间隙炉门和其他地方溢出。对电弧炉烟尘若不采取有效控制措施，将严重污染车间和厂区环境，影响工人和周围居民的健康。

电弧炉在整个冶炼过程中均会产生烟尘，必须以屋顶罩捕集装料和出钢时的烟气，这些烟气上升到屋顶位置时，混风很多，体积大为增加，所以需要适当大的体积容量，以缓冲气流正压，容纳并抽走烟气。烟气有尘源点向上抬升过程中，断面不断发散增大，因而顶吸罩口断面适当大，能将捕集到的烟气抽走。

在确保污染物达标排放的前提下，以不影响冶炼工艺和基本操作，优化设计，罩体结构设计为内外双层结构，解决了罩口断面吸入速度中心高、四周衰减很快的问题。通过导流分流，保证周边吸入风速，均衡负压流场分布。罩口位置尽可能低，缩短罩口与电炉之间的距离，更利于烟气的捕集，同时可降低工程投资及后期运行成本; 提高设备可靠性。

该屋顶除尘罩通过实际的现场从结构上已在某企业30T 电弧炉除尘系统中成功应用，整个炼钢过程均能达到良好的捕集效果，捕集效率达95%，从而实现电弧炉炼钢过程烟尘全程捕集。

参考文献:

［1］ 冶金工业部建设协调司，中国冶金建设协会． 钢铁企业采暖通风设计手册［M］．北京: 冶金工业出版社，1996．

［2］ 毛新业，李伟健．大管道气体流量检测仪表［J］．电力设备，2008，9( 12) : 8－11．

［3］ 张殿印，王纯．除尘工程设计手册［M］．北京: 化学工业出版社， 2010．