（鎮(zhèn)江中船瓦錫蘭螺旋槳有限公司，江蘇鎮(zhèn)江212009）

中頻感應電爐除塵系統(tǒng)選型研究

陳斌

（鎮(zhèn)江中船瓦錫蘭螺旋槳有限公司，江蘇鎮(zhèn)江212009）

要解決中頻感應電爐煙氣污染問題，須處理好煙塵捕集罩、管網(wǎng)阻力、除塵器結構設計等幾個關鍵問題。本文首先介紹了五種中頻感應電爐的煙氣捕集罩，并對各種捕集罩的優(yōu)缺點進行了對比分析。然后結合一臺“一拖二”中頻感應電爐的除塵系統(tǒng)的選型案例，詳細闡述了電爐除塵器選型時應注重的關鍵事項。為從事電爐設計、制造和生產(chǎn)使用的工作人員提供有益的借鑒和參考。

中頻感應電爐；煙氣捕集罩；除塵系統(tǒng)；選型要素

中頻感應電爐在有色金屬銅及其合金熔化生產(chǎn)中應用極為廣泛。加到感應電爐中的爐料主要成份有電解銅、鋅、鋁、鈦、錫等，爐料中通常也含有油污、塵土、氧化皮，爐料在金屬熔化、去渣球化和出銅水過程中產(chǎn)生大量煙塵，煙塵中還會含有鋅或錫的氧化物，因此中頻感應電爐熔化作業(yè)中所產(chǎn)生的煙塵對人體和環(huán)境是極其有害的。國家標準[1-2]規(guī)定了工業(yè)爐窯煙塵、生產(chǎn)性粉塵、有害污染物的最高允許排放濃度。標準規(guī)定：“自1997年1月1日起新建、改建、擴建的有色金屬熔煉爐在一類區(qū)域禁排；在二類區(qū)域的煙塵、粉塵最高允許排放濃度為100 m g/m3；在三類區(qū)域的煙塵、粉塵最高允許排放濃度為200 m g/m3”.對1997年1月1日以前安裝的電爐，其煙塵、粉塵排放該標準也有類似要求，只是排放濃度稍有放寬。因此無論是新舊電爐，為其配套合適的除塵裝置是非常必要和緊迫的。要解決中頻爐煙氣污染問題，須處理好煙塵捕集形式、管網(wǎng)阻力、除塵器結構設計等幾個關鍵問題，而除塵系統(tǒng)的第一步是有效地捕集煙塵，防止煙塵逃逸，然后將被捕捉的煙塵輸送到除塵器本體過濾后達標排放，捕塵罩作為煙氣和粉塵的吸納、捕捉裝置，在除塵器的高效運行中起著十分重要的作用，甚至決定除塵系統(tǒng)能否有效運行。文中介紹幾種應用于中頻感應電爐的煙塵捕集罩和一套雙供電（一拖二）10+10 t熔煉、保溫電爐除塵裝置的選型實踐案例。

1 電爐煙氣捕集罩介紹

1.1 轉動捕塵罩

轉動捕塵罩位于感應電爐爐口正上方，罩子大小接近于爐口直徑，電爐煙氣在高溫熱力作用下從爐口垂直升起，正好被負壓狀態(tài)下的可移動捕塵罩捕捉，移動捕塵罩通過剛性風管、回轉軸承固定于電爐臺的立柱結構上。捕塵罩結構如圖1所示，在出高溫熔融的液體時（如銅水），該轉動捕塵罩可由電機減速裝置驅動齒輪組轉動。轉動捕塵罩適合爐料由人力或機動小車加入的生產(chǎn)工況，如加料需行車由正上方加入，需轉動捕塵罩。轉動捕塵罩的缺點是在出銅水時，電爐爐體向爐前傾轉一定角度，此時高溫煙塵會外逸，無法收集。

圖1 轉動捕塵罩示意圖

1.2 爐口環(huán)形捕塵罩

爐口環(huán)形捕塵罩如圖2所示，通過法蘭與爐體連接，捕塵罩固定在感應電爐爐口四周，爐口環(huán)形罩內壁均勻設置若干小孔，高溫煙氣由小孔進入環(huán)形罩內，通過風管輸送至除塵器本體，實際生產(chǎn)中要及時清理以防異物堵塞四周吸塵孔。由于感應電爐爐體需要翻轉操作，風管與爐口環(huán)形捕塵罩間通過回轉法蘭裝置過渡。為防止高溫熔融液體對捕塵罩的損壞，該罩內臂四周砌筑耐高溫的爐襯材料。爐口環(huán)形捕塵罩對電爐加料、高溫液體的吹氮氣除雜氣操作沒有任何影響。同轉動捕塵罩相比，由于環(huán)形捕塵罩在電爐產(chǎn)生煙氣的第一現(xiàn)場將煙氣捕捉，煙氣捕捉效率高，同等條件下可減小對除塵器的風量要求，從而節(jié)省投資成本。

圖2 爐口環(huán)形捕塵罩案例

1.3 “龍卷風”爐蓋捕塵罩

“龍卷風”罩是瑞典Ne d e rm a n公司生產(chǎn)的一種電爐除塵捕煙氣裝置，如圖3所示。該罩的開合由油缸驅動，轉動油缸安裝在保護罩內以防止熱輻射和金屬噴濺。爐臺之上全部由鋼結構部件構成，被吸收的煙氣通過吸塵罩旁的旋臂及管道排出。油缸驅動“龍卷風”爐蓋捕塵罩的翻轉，該罩最大翻轉角度為90°，不影響電爐加料和吹氣操作。出銅水時捕塵罩隨同爐體一同翻轉，能有效吸收電爐在生產(chǎn)運轉過程中產(chǎn)生的煙氣，包括熔爐在裝料、出銅水、出渣和更換爐襯過程中的廢氣。該裝置同時取代了電爐爐蓋功能，電爐升溫熔化時該裝置既可吸煙氣又能防止熱量散發(fā)，有利于提高電爐的熱效率。但該罩結構相對復雜，投資成本較高。

圖3 “龍卷風”爐蓋捕塵罩

1.4 爐口環(huán)形捕塵罩加旋轉側吸罩

該裝置是在爐口環(huán)形捕塵罩的基礎上，再增加一套旋轉側吸罩的煙塵捕集裝置，從而解決了爐口環(huán)形捕塵罩在出銅水時對煙氣不能進行有效捕集的弊端。旋轉側吸罩安裝在兩個爐臺的中間位置，并裝有驅動電機和旋轉機構，能180°水平旋轉，確保一套旋轉側吸風罩兼顧兩個爐臺。該捕塵罩裝置如圖4所示，連接爐口環(huán)形捕塵罩和旋轉側吸罩的風管上分別裝有電動控制閥門，可以控制爐口環(huán)形捕塵罩和旋轉側吸罩同時或獨立工作。

圖4 爐口環(huán)形捕塵罩加旋轉側吸罩

1.5 屋頂吸塵罩

這種捕集罩離電爐遠，只有煙塵升至屋頂，吸塵罩才發(fā)揮捕集作用，屬于接受型捕集罩。煙氣上升過程中，一方面不斷有冷空氣摻入導致煙氣溫度下降，影響煙氣上升；另一方面煙氣會受到橫向風的影響，電爐煙氣疏散范圍擴大，因而屋頂吸塵罩要求捕集罩的罩口面積很大，除塵系統(tǒng)所需的風量、除塵器過濾面積、管路直徑、系統(tǒng)動力消耗等隨之增加。屋頂吸塵罩是一種投資很高的電爐除塵方式，風量比其它捕集罩都大很多。

2 中頻感應電爐除塵器選型案例

2.1 中頻電爐及除塵系統(tǒng)組成

本設備采用二臺10 t中頻無芯感應銅熔化爐，配置1 600 k W的變頻電源供電。全套設備包括：整流變壓器、逆變柜、中頻電源、電容器柜、2臺10 t爐體、液壓系統(tǒng)（含液壓缸、泵站）、爐體冷卻塔、電源冷卻塔。配套的除塵系統(tǒng)包括爐口除塵環(huán)、旋轉側吸罩、風管系統(tǒng)、除塵室、風機、排氣煙囟等，電爐及除塵系統(tǒng)布置如圖5所示。正常情況下一臺電爐熔化、另一臺電爐保溫，采用一套中頻電源同時向兩組感應線圈供電，功率在兩臺電爐間可以任意分配，爐體直徑1 200 mm，爐體高2 600 mm.

圖5 電爐及除塵系統(tǒng)布置

2.2 除塵系統(tǒng)關鍵點的選擇

電爐爐料主要是電解銅、鋁、鋅，爐料形狀為正方形塊狀，須用行車吊運投料，銅水出爐前還要加入氮氣驅除銅水中的氫氣和其他雜氣，因而采用爐口除塵環(huán)捕集形式不影響電爐工人操作空間。綜合考慮操作、投資預算和除塵效果，該除塵系統(tǒng)捕集罩采用爐口環(huán)形捕塵罩加旋轉側吸風罩結構。

電爐操作平臺下有2臺逆變柜、2臺電容器柜、液壓站、中頻電源冷卻水泵組、電爐爐體冷卻水泵組等成套設備。如在電爐平臺下布置1 m左右直徑的風管，必將給電爐設備的操作和維護帶來極大的影響，最終將風管布置在地溝中（如圖5所示），地溝上方鋪設花紋鋼板，風管從10 t電爐爐體處以最短距離、最少的彎頭與除塵室相連接，在地溝中安排風管有效地降低了管道阻力。

對于中頻感應電爐來說，在不同的電爐工作階段，需要的除塵風量是不一樣的?？傮w來說，在熔化和保溫階段，煙量小需要的風量很?。辉诩恿想A段，煙量較多風量較大；在出銅水球化階段，煙量最多需要的風量也最大。電爐除塵系統(tǒng)必須配置多個閥門，對電爐的每個操作階段進行風量調節(jié)。在靠近除塵室進風口處還必須設置野風閥，野風閥與除塵風管中的測溫元件連鎖，當風管中煙氣溫度達到140℃時，野風閥自動打開，混入自然風，使風管中煙氣溫度下降，避免燒損布袋。

該除塵系統(tǒng)除塵器選擇PP C96-8氣箱式脈沖除塵器。該除塵器共計8個收塵室，每個室有96條過濾袋。過濾室用隔板分成8個獨立的收塵室，每個室有一個電磁閥，一個脈沖閥，一個氣缸，一個提升閥。工作時按清灰器（P L C）給定的時間，對每個收塵室輪流進行清灰，清灰時提升閥關閉，切斷了通過該收塵室的氣流，隨即脈沖閥開啟向濾袋內噴入高壓空氣（或氮氣），清除濾袋外表面粘附的粉塵，各收塵室清灰周期由P L C編入的清灰程序控制器自動連續(xù)進行，也可以設置手動控制清灰。PP C型系列氣箱脈沖除塵器的清灰特點是各室輪流進行清灰，即所謂的離線清灰。當某一個室進行噴吹清灰時，過濾氣流被切斷，該室已停止收塵，而其他室照常工作，避免了噴吹清灰時產(chǎn)生的粉塵二次飛揚，所以本系列除塵器能捕集含塵濃度高達1 300 g/m3的塵氣。

2.3 除塵風量選擇

除塵器風量的大小決定除塵效果的好壞和設備投資運行成本，除塵風量是除塵器選型的關鍵參數(shù)。中頻電爐除塵器的風量計算可以根據(jù)罩口或罩內平均風速進行估算，或者通過熱源輻射來計算，影響的因素很多，較為復雜。一般在實踐中主要是依靠經(jīng)驗來估算。根據(jù)中頻爐相關技術參數(shù)及現(xiàn)有類似工況中頻電爐除塵器使用情況，10 t中頻爐采用爐口除塵加旋轉側吸罩捕集方式，一般按45 000 m3/h的除塵風量來配置，再考慮到系統(tǒng)中1%的風量的損失，故風量配置49 500 m3/h.對于爐前旋轉側吸罩，出銅水時可通過風門閥關閉爐體吸口，打開爐前旋轉側吸罩閥門，罩面流速可達到5 m/s左右，除塵效果能得到保證。

要保證除塵網(wǎng)管不積塵且管網(wǎng)阻力適中，管道內流速選取范圍為16 m/s～20 m/s，根據(jù)系統(tǒng)總風量風管直徑取1 m，管道內流速為17.5 m/s左右，滿足要求。

2.4 除塵系統(tǒng)操作要求

熔煉時，如1#爐熔煉，打開1#爐閥門，關閉2#爐閥門及旋轉側吸罩閥門。如2#爐熔煉，打開2#爐閥門，關閉1#爐閥門及旋轉側吸罩閥門。出銅水時，先將旋轉側吸罩旋轉至要出銅水的爐前，調整旋轉側吸罩盡量靠近澆包即靠近煙源點，打開旋轉側吸罩閥門，關閉1#爐及2#爐閥門。

風機通過變頻器啟動、調節(jié)和關閉。合上電源，按下變頻器的啟動按鈕，風機即開始啟動；要停運風機，按下變頻器的停止按鈕即可。通過變頻器調節(jié)電機頻率來控制風機轉速和風量，頻率越大，風機轉速越快，風量越大；頻率越小，風機轉速越慢，風量越小。旋動變頻器上的調節(jié)旋鈕，即可調節(jié)電機的頻率，即時頻率會顯示在變頻器的屏幕上。電機頻率最大50 H Z，調到50 H Z時風機轉速最快，風量最大。熔煉時，煙塵量較小，此時可以把電機調到低頻率，以節(jié)約能源；在出銅水時煙塵量很大，此時需把電機調到最高頻率，增大風量以保證除塵效果。

3 結束語

電爐煙氣捕塵罩的形式多種多樣，也各具優(yōu)缺點。究竟選擇哪種捕塵罩須結合電爐加料是行車加料還是機動小車加料，須結合是新建電爐還是改造電爐，須結合現(xiàn)場實際情況，還須結合投資預算，綜合比較后選擇。通常電爐煙氣溫度較高，為防止對除塵布袋的損傷，須配套溫控野風閥門[3]。當風管內煙氣溫度達到設置臨界點時，打開閥門，引入冷風降溫。也有在除塵系統(tǒng)中加入旋風塔裝置[4]，通過沉降來降低煙氣溫度。除塵器通常選用布袋除塵，除塵效率高，對空排放濃度低。如選用濕式噴淋塔除塵，排放的污水對環(huán)境存在二次污染問題[5]。綜上所述，對中小型感應電爐，選擇爐口環(huán)形捕塵罩加旋轉側吸罩煙塵捕集裝置，再配套干式布袋除塵器是一種高效、實用和經(jīng)濟的選擇。

［1］國家環(huán)境保護局科技標準司.G B9078-1996工業(yè)爐窯大氣排放標準［S］.國家環(huán)境保護局，1996.

［2］中國環(huán)境科學研究院，中國環(huán)境監(jiān)測總站.G B3095-1996環(huán)境空氣質量標準［S］.北京：中國環(huán)境科學出版社，1996.

［3］鐘柏善.高溫煙氣除塵系統(tǒng)引進野風閥使用建議［J］.工業(yè)安全與防塵，1999（07）:19-20.

［4］宋風敏.袋式除塵器和旋風除塵器的性能及其應用比較［J］.環(huán)境科學與管理，2012（8）:90-92.

［5］董芃，李軍，翟明，王麗.濕式除塵器在運行中存在問題分析［J］.電站系統(tǒng)工程，2006（6）:29-30.

確定激振力后即可確定振動電機。

5）彈簧剛度:圓截面螺旋壓縮彈簧剛度的計算。

式中:P—軸向載荷，kg·f；

F—變形量，mm；

G—彈性模量，kg·f/mm2；

d—彈簧鋼絲直徑，mm；

D—彈簧中徑，mm；

n—彈簧有效圈數(shù)。

綜上所述，設計落砂破碎一體機時，需根據(jù)負荷大小選擇臺面及負荷，并確定選用哪種形式，再根據(jù)鑄型的落砂需要確定柵格尺寸，根據(jù)下道工序對砂團要求的大小確定篩板及篩網(wǎng)的尺寸。并按上面所述選擇參數(shù)，然后根據(jù)受力情況，設計各部分。

選型建議:如果砂箱不太大，且連續(xù)生產(chǎn)，可選用落砂破碎一體機，如果是大砂箱，且集中落砂，選擇落砂破碎一體機要慎重。

3 結束語

由于實現(xiàn)了一機多能，解決了場地有限問題，節(jié)省了對樹脂砂設備的投資、維修、保養(yǎng)、基礎施工，從而節(jié)省了資金。

參考文獻：

［1］郭敬文.落砂破碎一體機的應用［J］.鑄造設備與工藝，2012（4）: 8.

［2］吳劍.新型振動落砂輸送機的開發(fā)［J］.鑄造設備與工藝，2009（1）:8-9.

［3］劉習軍，賈啟芬.工程振動理論與測試技術［M］.北京：高等教育出版社，2004．

［4］聞邦春，劉樹英，何口.振動機械的理論與動態(tài)設計方法［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2002．

［5］吳劍.鑄造振動機械設計與應用［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2008.

Research on Dust Removal System Selection for Medium Frequency Induction Furnace

CHEN Bin
（Zhenjiang Wartsila-CME Propeller CO.，LTD.，Zhenjiang Jiangsu 212009，China）

To solve smoke pollution problem of medium-frequency induction furnace，it is necessary to deal with several key points such as smoke collecting hoods，resistance of ventilation pipe system and dust collector structure design.Five types smoke collecting hoods for medium-frequency induction furnace are described and the advantages and disadvantages of these hoods are analyzed in the article.Then combined with a practical case on selecting dust remover for medium-frequency induction furnace，the article sets forth several key points on selecting dust remover.It provides the helpful reference to the personnel who pursues the process design，the manufacture and the operation for the medium-frequency induction furnace.

medium-frequency induction furnace，smoke collecting hoods，dust removal system，model selection factor

TG232.3，TF066.3+8

A

1674-6694（2016）06-0014-04

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.06.005

2016-06-22

陳斌（1968-），男，學士。從事設備引進與技改，設施改造。