大型高炉出铁口烟尘捕集方式综述

摘要：介绍了高炉出铁口烟尘捕集的重要性和困难性， 分析和比较了三种主要大型高炉出铁口烟尘捕集方式的特点，指出了其发展趋势。

关键词：高炉 出铁口 烟尘捕集 除尘

1.概述

　　高炉是炼铁车间的重要组成部分。大型高炉每天出铁14次左右，每次出铁时间为100分钟以上，出铁时间几乎是全天连续的，烟尘也是连续不断地散发出来。出铁期间，平均每生产1t铁约产生2.5kg的烟尘，对环境污染相当严重。

　　大型高炉一般有3~4个出铁口，高炉出铁口的产尘量约占出铁场总污染物的30％，是高炉出铁场的主要产尘源。因此，出铁口烟尘的有效捕集直接关系到整个高炉除尘的效果。出铁口喷射的烟气具有温度较高、喷射力强、喷射量大、烟尘粒径范围广等特点，主要成份有TFe、FeO、Fe₂O₃等，含尘浓度可高达3g/m³（标）。出铁口烟气在热压与炉压的作用下呈喷射状从出铁口射出并迅速上升扩散，弥漫在整个出铁场内。

2.出铁口烟尘捕集的困难性

　　高炉出铁口烟尘捕集的核心前提是不能影响高炉的正常生产。出铁口烟尘捕集的困难主要有：（1）通常在高炉铁口两侧设有开堵铁口机、泥刨机、移盖机等炼铁工艺机械设备，这些设备占去了出铁口前大部分使用空间，在不影响开、堵铁口操作和清理出铁口的条件下，出铁口烟尘捕集罩的布置要受到空间的限制；（2）目前投产的绝大部分高炉风口平台的设计只考虑工艺需要而未考虑除尘的需要，烟尘捕集罩只能在距离铁口较近的区域布置，由铁口喷射出的高温、高压烟气会瞬时冲出烟尘捕集区，极易造成烟尘失控现象的发生；（3）大型高炉一般都要求出铁场平坦化，使得捕集罩的型式及风管的走向受到美观等因素的限制，捕集效果难以达到环保要求。

3.出铁口主要烟尘捕集方式

　　自上个世纪八十年代以来，国内已投产大型高炉出铁口烟尘捕集方式主要有三种：铁口顶（侧）吸式、铁口密闭小室、铁口强力抽风式。

3.1 铁口顶（侧）吸式

　　在铁口两侧设侧吸罩，或在铁口上方设顶吸罩作为铁口烟尘捕集措施，吸尘罩的位置距离铁口较近。示意图如图1所示：

图1 “铁口顶（侧）吸”示意图

　　由于吸尘罩的抽风，在出铁口与吸尘罩之间形成了一个“负压区”（相对出铁场），出铁口喷射出的烟气速率在该区域内迅速衰减，气流运动轨迹在负压管网的作用下发生改变进入除尘罩内，通过管网得到净化并排放，从而抑制出铁口烟尘外冒，降低了出铁场内粉尘含尘浓度；同时在气流的诱导作用下，吸尘罩口区域以外的部分尘气也能进入罩内并得到净化。

　　本烟尘捕集方式的设计初衷是考虑将铁口产生的烟气就近捕集，避免烟尘扩散外溢。但实践证明，这种方式对铁口烟气的捕集是不彻底的，尤其是在开、堵铁口的时候，烟气捕集效果较差。主要是由于高炉炉内压强非常的高（约4kgf/cm²），在开、堵铁口时，由铁口喷射出的烟气在炉内高压的作用下，会瞬时冲出炉前的“负压区”，造成大量烟尘外溢、失控，致使二次烟尘产生。通常需要另外采取二次除尘措施方能达到净化出铁场的目的，加大了一次性投资。但该种烟尘捕集方式因其简单且易于实现，在国内高炉除尘中采用的比较多。

3.2 铁口密闭小室

　　对风口平台下部空间进行密封处理，设计成为有利于烟气捕集的形状，形成类似于“密闭小室”的抽风捕集罩作为出铁口烟尘捕集措施。其特点是就地捕集烟尘，没有明显的一、二次除尘概念的划分。因为对出铁口尘源区域作了密封处理，尘源相对集中，且罩内捕集的野风较小，故铁口排风量比一般的铁口侧（顶）吸罩排风量较小。为进一步加强烟尘捕集效果，通常还在铁口密闭小室的一侧设一个侧吸罩。示意图如图2所示：

图2 “铁口密闭小室”抽风罩示意图

　　该种烟尘捕集方式经实践运行效果较好，但在开、堵铁口时由于密闭小室距铁口太近，铁口喷射出去的烟气难以再收回，造成烟尘有失控现象发生。虽然铁口密闭小室有着突出的特点，但因炉前需要布置炼铁工艺机械设备，铁口密闭小室经常受到工艺条件的限制而无法实现，因此，在国内高炉除尘中采用的比较少。

3.3 铁口强力抽风

　　随着高炉建设经验的累计，目前业内提出了一种全新的除尘设计理念，对铁口烟尘捕集方式作了较大的改进，即采取铁口强力抽风的方式。

　　铁口强力抽风方式的主要特点是：利用加长加宽的风口平台，采取侧吸加顶吸的抽风方式强力排烟，同时加大炉前抽风量，最大限度的在风口平台区域将铁口产生的烟气就地捕集，不另设二次除尘措施。具体设计措施如下：

（1） 铁口密闭措施:

　　① 加长加宽风口平台；

　　② 在风口平台末端、主铁沟上方加设固定挡板；

　　③ 在平台前方设置可活动式斜挡板，阻挡烟气外喷；

　　④ 在风口平台侧梁下挂挡板。

　　通过以上四种密闭措施，以及炼铁机械设备的封挡作用，使得主铁沟上方基本形成一个闭合空间，即能贮留、封挡烟气以及外溅的铁花，亦能减少出铁场内横向气流对铁口区域烟气流动轨迹的影响。

（2）合理设置排烟罩

　　充分考虑铁口烟尘等特点，在宽长的风口平台外沿布置铁口顶吸罩。设计上可将顶吸罩分割为二部分：前罩和后罩。前罩固定在风口平台上；后罩又分为可活动的两部分，平放在风口平台上，可在检修时分别由叉车移走。同时在开口机、泥刨机的对侧设一个侧吸罩，一方面对铁口产生的烟气起到封挡作用，另一方面配合顶吸罩抽排烟尘。顶吸罩、侧吸罩的内表面均喷涂耐火材料，以防止罩体高温烘烤变形。示意图如图3所示：

图3 “铁口强力抽风”抽风罩示意图

　　“铁口强力抽风”烟尘捕集措施是目前国内外高炉铁口除尘的一种新理念，就国内外已经投产的效果来看，是非常令人满意的，基本做到将烟尘在炉前出铁口区域捕集，开、堵铁口时没有明显的烟尘冲出，出铁场内无烟雾弥漫现象，操作岗位粉尘浓度低于国家标准。采用该种烟尘捕集措施后，不另考虑设二次除尘措施，大大节省了一次性投资，值得在国内外高炉除尘中推广应用。

4.结论

　　大型高炉铁口烟尘的三种主要捕集方式各有特点，在实际工程中具体采用那种方式应根据工艺条件而定。总的说来，出铁口烟尘捕集理念逐渐由过去的在距离出铁口较近处捕集发展到在距离出铁口一定距离捕集；由过去的单一依靠抽风罩捕集烟尘发展到抽风罩结合各种封挡措施捕集烟尘；由过去的分别设一次、二次除尘捕集烟尘发展到将一、二次除尘结合并强化出铁口烟尘捕集措施捕集烟尘。

参考文献：

1.钢铁企业采暖通风设计手册，冶金工业出版社，1996.
2.孙一坚，工业通风，中国建筑工业出版社，1998.
3.谭天佑等，工业通风除尘技术，1984.