鑄造廠沖天爐除塵器
沖天爐煙氣含有大量粉塵及有害氣體，煙氣溫度也較高。因此，必須設(shè)置排煙凈化系統(tǒng)。圖（一）是常用的一種系統(tǒng)。
以前沖天爐利用自然通風(fēng)，煙氣不經(jīng)凈經(jīng)直接排入大氣。由于達(dá)不到國(guó)家粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)和工作地區(qū)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，因而都不應(yīng)繼續(xù)采用。主要應(yīng)采用機(jī)械排煙凈化系統(tǒng)。
1、設(shè)計(jì)主要參數(shù)
1.1煙氣溫度
在沖天爐溶煉過程中，煙氣溫度的波動(dòng)幅度很大，它主要決定于爐子容量、焦鐵比、料位高低及單位送風(fēng)量等。一般情況下，料位正常，無(wú)明火時(shí)，煙氣溫度約100～200℃；在熔煉?cǎi)R口鐵或原料中有較多的鐵屑、氧化皮時(shí)，溫度一般為300～500℃。在加料結(jié)束到停止鼓風(fēng)階段，因料位不斷下降并冒出明火，溫度急劇上升，爐火*再燃燒時(shí)為200～900℃；不*再燃燒時(shí)為150～800℃；沒有再燃燒時(shí)為100～600℃；停止鼓風(fēng)機(jī)瞬時(shí)間為900～1250℃；打爐時(shí)為600～800℃；容量大的沖天爐，爐氣中含CO含量多，而進(jìn)行再燃燒時(shí)，溫度可達(dá)800～1000℃；煤粉沖天爐氣溫度始終較高，一般為800～1000℃。
1.2煙氣起始含塵量及其粒經(jīng)分布
沖天爐煙氣（或爐氣）的起始含塵量見表一，其粉塵粒經(jīng)質(zhì)量分布面百分比見表二，根據(jù)我國(guó)實(shí)測(cè)結(jié)果設(shè)計(jì)采用起始含塵量可為：低時(shí)5g/mN3;高時(shí)10g/mN3，當(dāng)爐料進(jìn)行過凈化預(yù)處理時(shí)，如焦炭過篩，廢鑄鐵件清理等，則起始含塵量可低至1.5g/mn3左右。
粗略計(jì)算，可按每噸鐵水20kg估算。
表一
沖天爐煙氣的起始含量表
類別 | 主要范圍（g/mN3） | 變動(dòng)范圍（g/mN3） |
爐氣 | 6～12 | 2～25 |
排煙 | 2～6 | 1～10 |
表二
沖天爐煙塵粒經(jīng)質(zhì)量分布百分比
粒徑質(zhì)量百分比（%） 類別 | ＜5 μm | 5～10 μm | 10～20 μm | 20～40 μm | 40～60 μm | ＞60 μm |
熱風(fēng)沖天爐 | 27.0 | 5.0 | 5.0 | 3.0 | 20.0 | 40.0 |
冷風(fēng)沖天爐 | 0 | 3.0 | 1.5 | 7.5 | 8.0 | 80 |
煤粉沖天爐 | 13.5 | 14.5 | 27 | 30 | 4.5 | 3.5 |
1.3煙氣成份
沖天爐煙氣中除含有N2外，主要還有CO、CO2、NO以及汪量的SO2，O2
，H2，和H2O。如果在熔煉過程中加入螢石作添加劑，則產(chǎn)生氣態(tài)氧化物，遇到即生成HP4和氫氟酸，有強(qiáng)列烈的腐蝕作用，對(duì)人、動(dòng)物、植物和建筑物均有危害，并增加了廢氣處理的復(fù)雜性。因此應(yīng)提倡采用不加螢石的熔煉方法。
1.4排風(fēng)量計(jì)算
沖天爐的爐氣量一般較鼓風(fēng)量增加5-10%，因此，當(dāng)加料口密封時(shí)，排風(fēng)量可按鼓風(fēng)量乘以1.05～1.10來(lái)計(jì)算。而大多數(shù)的加料口是經(jīng)常敞開的，故排風(fēng)量應(yīng)再加上電加料口吸入的空氣量。這部分空氣量按加料口入口風(fēng)速為1.2～1.5m/s求得，建議加料口面積小者取低值，面積大者取高值。一般情況下，沖天爐的排風(fēng)量約為其鼓風(fēng)量的2.5～4倍。
對(duì)于大容量的沖天爐，如利用爐氣的CO燃燒而加熱鼓風(fēng)時(shí)，還應(yīng)計(jì)入CO燃燒所需的空氣及?？諝猓ǔ楣娘L(fēng)量的50%。當(dāng)凈化系統(tǒng)中采用直接噴霧冷卻煙氣時(shí)，應(yīng)計(jì)入所產(chǎn)生水蒸氣的體積。粗略計(jì)算時(shí)，可按鼓風(fēng)量的20%采用。新系列沖天爐的排風(fēng)理參見表（三）。
表（三） 新系列沖天爐排風(fēng)量表
系列（t/h） 參數(shù) | 1 | 2 | 3 | 5 | 6 | 10 | 15 | |
爐膛大值 | 450 | 600 | 700 | 900 | 1000 | 1200 | 1450 | |
理論空氣量 （mN3/min） | 12 | 24 | 36 | 60 | 84 | 120 | 180 | |
選用鼓風(fēng)量 （mN3/min） | 28 | 42 | 60 | 84 | 120 | 240 | 250 | |
加料口封閉 | 排風(fēng)量 （mN3/min） | 29.4 | 44 | 63 | 88.5 | 126 | 252 | 263 |
加料口敞開 | 加料尺寸高×寬（mm） | 900×580 | 2100×800 | 2500×1000 | 2600×1100 | 2800×1300 | 3000×1500 | 3000×1600 |
進(jìn)入加料口空氣量 （mN3/min） | 47 | 151 | 257 | 257 | 328 | 421 | 432 | |
排風(fēng)量 （mN3/min） | 76.4 | 195 | 345.5 | 345.5 | 454 | 673 | 695 | |
1當(dāng)翻斗加料時(shí)，加料口尺寸為900×580mm
2當(dāng)爬式加料時(shí)，加料口尺寸為2000×1000mm
2、煙氣冷卻措施
沖天爐在打爐及結(jié)棚時(shí)，煙氣溫度可達(dá)700×1000℃，必須經(jīng)過冷卻才能進(jìn)入除塵器和風(fēng)機(jī)。冷卻方式基本上可分為間接冷卻和直接冷卻兩大類。
2.1間接冷卻
間接冷卻方式不改變?cè)瓉?lái)煙氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的流量及其成分，利用輻射，對(duì)流和傳導(dǎo)進(jìn)行墊交換，從而降低煙氣溫度。
屬于這種冷卻方式的主要有：自然風(fēng)冷風(fēng)管、風(fēng)冷套管、水冷套管，噴淋間接冷卻、除塵器水套冷卻，熱交換器和熱管換熱器等。冷卻介質(zhì)有空氣和水兩種。水冷式傳熱系數(shù)大，設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用低，故一般采用的較多，其缺點(diǎn)是存在結(jié)垢問題。同冷式的優(yōu)點(diǎn)是不用水，其缺點(diǎn)是傳熱系數(shù)小，耗鋼量大，設(shè)備和運(yùn)動(dòng)費(fèi)用較高，故較少采用。但在熱風(fēng)沖天爐中普遍采用，通過回收煙氣熱量加熱沖天爐送風(fēng)。熱管換熱器具有很高的換熱效率，我國(guó)有企業(yè)在沖天爐煙氣冷卻方面取得成功的經(jīng)驗(yàn)。
幾種間接冷卻方式的傳熱系數(shù)參考值見表（四）
表四 幾種間接冷卻方式的傳熱系數(shù)參考值
冷卻方式 | 煙氣溫度℃ | K值[KJ/（m2.h. ℃） | ||
進(jìn)口 | 出口 | |||
自然風(fēng)冷風(fēng)管 | 600 500 | 120 120 | 25～33.5 21～29 | 強(qiáng)制通風(fēng) |
風(fēng)冷套管 | 1000 900 | 500 500 | 75～84 71～80 | 出水溫度 45℃ |
水冷套管 | 1000 900 | 500 500 | 113～134 105～117 | 出水溫度 45℃ |
2.2直接噴霧冷卻
直接噴霧冷卻是在煙管內(nèi)將水噴成霧狀，水在高溫?zé)煔庵姓舭l(fā)而吸熱，從而降低煙氣的溫度。沖天爐煙氣冷卻系統(tǒng)中，一般采用干式運(yùn)動(dòng)的直接蒸發(fā)冷卻，水蒸氣在煙氣中呈不飽和狀態(tài)。
2.3摻空氣冷卻
將冷空氣直接摻入高溫?zé)煔庵?，?jīng)溫合后使煙氣溫度降低。這種方法簡(jiǎn)單可靠，但當(dāng)煙氣溫度較高時(shí)，所需摻入的空氣量很大，整個(gè)排煙凈化系統(tǒng)相應(yīng)擴(kuò)大，經(jīng)濟(jì)性差。所以這種方法一般用于煙氣溫度低于300℃的系統(tǒng)，或者在雖設(shè)冷卻器而煙氣溫度仍不能達(dá)到要求時(shí)，作為一種輔助的冷卻措施來(lái)采用。
3、煙塵凈化設(shè)備
沖天爐煙塵的凈化設(shè)備，應(yīng)根據(jù)起始含塵量，當(dāng)?shù)鼐唧w條件及粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)等因素來(lái)考慮?？梢圆捎靡韵聨追N除塵設(shè)備。
3.1高效旋風(fēng)除塵器：當(dāng)爐料經(jīng)凈化預(yù)處理，煙塵起始含量較低且當(dāng)?shù)氐姆蹓m排放濃度允許略高于700mg/mN3時(shí)，可以考慮采用這種類型。但宜在除塵器內(nèi)壁襯耐熱的材料，如用輝綠巖鑄石塊作襯砌，以免除塵器被磨損。
3.2袋式除塵器：近幾年袋式除塵器在沖天爐煙氣凈化系統(tǒng)中的應(yīng)用發(fā)展較快，其除塵效率達(dá)99%以上，粉塵排放濃度可穩(wěn)定在50mg/mN3以下。袋式除塵器之前如能設(shè)一級(jí)簡(jiǎn)單的凈化設(shè)備（如沉降室，旋風(fēng)除塵器等），則可減輕對(duì)袋式除塵器的磨損。
袋式除塵器的濾料如采用滌綸濾料時(shí)，過濾速度有1.0m/min左右。如采用玻璃纖維濾料時(shí)，則過濾風(fēng)速取0.5m/min左右。
3.3其他除塵器：靜電除塵器，顆粒層除塵器，濕式除塵器都可用做沖天爐煙塵的凈化。但顆粒層除塵器用于沖天爐時(shí)，其凈化工廠效率尚不穩(wěn)定，構(gòu)選項(xiàng)及控制較為復(fù)雜。而濕式除塵器的泥漿處理設(shè)備投資增加，管理麻煩。以上這些設(shè)備是目前不可采用的設(shè)備。
4、設(shè)計(jì)方案
目前，國(guó)內(nèi)外沖天爐*除塵系統(tǒng)為
一級(jí)：風(fēng)機(jī)風(fēng)冷冷卻器
二級(jí)：鑄鐵多管旋風(fēng)子除塵器
三級(jí)：機(jī)械回轉(zhuǎn)反吹扁袋除塵器
以上設(shè)備是沖天爐除塵系統(tǒng)佳設(shè)計(jì)方案
4.1風(fēng)機(jī)風(fēng)冷，冷卻器
其冷卻原理是將主管道的直徑設(shè)為多個(gè)小管道，其截面積不變，將風(fēng)速放慢，通過風(fēng)機(jī)吸大氣的冷風(fēng)吹多個(gè)小管，以達(dá)到降溫的目地，通過回收煙氣熱量，加熱沖天爐送風(fēng)。主管道的風(fēng)速高到冷卻器的進(jìn)風(fēng)突然風(fēng)速變慢也起到沉降的作用，使大顆粒的粉塵降落下來(lái)，為此，即起到降溫的作用又起到了除塵作用。
4.2鑄鐵多管旋風(fēng)子除塵器
XD-Ⅱ型的多管旋風(fēng)除塵器是一種高效的除塵器，除塵效率可達(dá)到80%以上，除塵器本體阻力低于900Pa。
XD-Ⅱ型的多管旋風(fēng)除塵器內(nèi)的旋風(fēng)子是采用高鉻鑄鐵制造的，其厚度大于6mm，因此有良好的耐磨性能。
XD-Ⅱ型的多管旋風(fēng)除塵器依據(jù)離心分離的原理，含塵氣流由除塵器入氣口均勻地進(jìn)入按等高排列的旋風(fēng)子切向入口處，導(dǎo)入旋風(fēng)子內(nèi)受離心力的作用進(jìn)行煙、塵分離，塵落入集塵箱后從排塵口排出，凈化氣流經(jīng)芯管到集氣箱內(nèi)從排氣口排出，XD-Ⅱ型的多管旋風(fēng)除塵器是沖天爐二級(jí)除塵器理想的設(shè)備。
4.3、ZC機(jī)械回轉(zhuǎn)反吹扁袋除塵器
其工作原理，過濾工況，含塵氣體于切向進(jìn)入過濾室上部空間。大顆粒及凝聚塵粒離必力作用下沿筒臂旋落灰斗小顆粒彌散于過濾室袋間隙從而被阻留，凈化空氣透過袋壁經(jīng)花板上濾袋導(dǎo)口匯集清潔室，由通風(fēng)機(jī)吸入而排放于大氣中。
再生工況，隨著過濾工況的進(jìn)行，粉塵附于布袋表面，濾袋阻力逐漸增加，當(dāng)達(dá)到反吹風(fēng)控制阻力上，由于除塵器前后風(fēng)管上的接口相接的差壓變送器發(fā)出訊號(hào)自動(dòng)啟動(dòng)反吹風(fēng)機(jī)構(gòu)工作。
具有足夠量的反吹風(fēng)氣流由旋臂噴口吹入濾袋逐個(gè)反吹，當(dāng)濾袋阻力降到下，反吹風(fēng)機(jī)構(gòu)自動(dòng)停止工作。
反吹機(jī)構(gòu)，為節(jié)約反吹風(fēng)機(jī)的動(dòng)力，減少反吹清灰，不受使用場(chǎng)合氣源條件的限制，易換件少，維護(hù)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，克服了壓縮空氣脈沖清灰的弊病，反吹風(fēng)作用距離大，可采用長(zhǎng)濾袋，充分利用空間，占地面積小。機(jī)械回轉(zhuǎn)反吹扁袋除塵器是沖天爐凈化系統(tǒng)的佳設(shè)備。
7噸沖天爐技術(shù)參數(shù)
1）排風(fēng)量：45000m3/h
2) 煙氣溫度：700～1000℃
3）粉塵濃度：10-25g/m3n
風(fēng)冷冷卻器：
a.排風(fēng)管φ200×6000mm 72根
b.風(fēng)冷器外形尺寸：2300×2050×9500mm
c.風(fēng)機(jī)T35№4 風(fēng)量：6999m3/h 全壓：305Pa 1.1kw
2）XD多管旋風(fēng)子除塵器
風(fēng)量：45000m3/h
阻力：＜900Pa
根據(jù)現(xiàn)聲情況可選用陶瓷多管和鑄鐵多管
ZC240-4機(jī)械回轉(zhuǎn)反吹扁袋除塵器
風(fēng)量：45000m3/h
過濾面積：760m2
過濾風(fēng)速：1.0m/min
除塵效率：99.5%
外型尺寸：D=4380 高：11035
風(fēng)機(jī)、電機(jī)
風(fēng)機(jī)：Y6-51№ 12D 流量：51800m3/h 全壓：3650Pa
電機(jī)：Y280M-4 轉(zhuǎn)速：1450r/min 功率：90KW
