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冲天炉烟气含有大量粉尘及有害气体，烟气温度也较高。因此，必须设置排烟净化系统。图（一）是常用的一种系统。
以前冲天炉利用自然通风，烟气不经净经直接排入大气。由于达不到国家粉尘排放标准和工作地区卫生标准，因而都不应继续采用。主要应采用机械排烟净化系统。
1、设计主要参数
1.1烟气温度
在冲天炉溶炼过程中，烟气温度的波动幅度很大，它主要决定于炉子容量、焦铁比、料位高低及单位送风量等。一般情况下，料位正常，无明火时，烟气温度约100～200℃；在熔炼马口铁或原料中有较多的铁屑、氧化皮时，温度一般为300～500℃。在加料结束到停止鼓风阶段，因料位不断下降并冒出明火，温度急剧上升，炉火完全再燃烧时为200～900℃；不完全再燃烧时为150～800℃；没有再燃烧时为100～600℃；停止鼓风机瞬时间为900～1250℃；打炉时为600～800℃；容量大的冲天炉，炉气中含CO含量多，而进行再燃烧时，温度可达800～1000℃；煤粉冲天炉气温度始终较高，一般为800～1000℃。
1.2烟气起始含尘量及其粒经分布
冲天炉烟气（或炉气）的起始含尘量见表一，其粉尘粒经质量分布面百分比见表二，根据我国实测结果设计采用起始含尘量可为：低时5g/mN3;高时10g/mN3，当炉料进行过净化预处理时，如焦炭过筛，废铸铁件清理等，则起始含尘量可低至1.5g/mn3左右。
粗略计算，可按每吨铁水20kg估算。
表一
冲天炉烟气的起始含量表
|
类别 |
主要范围（g/mN3） |
变动范围（g/mN3） |
|
炉气 |
6～12 |
2～25 |
|
排烟 |
2～6 |
1～10 |
表二
冲天炉烟尘粒经质量分布百分比
|
粒径质量百分比（%） 类别 |
＜5 μm |
5～10 μm |
10～20 μm |
20～40 μm |
40～60 μm |
＞60 μm |
|
热风冲天炉 |
27.0 |
5.0 |
5.0 |
3.0 |
20.0 |
40.0 |
|
冷风冲天炉 |
0 |
3.0 |
1.5 |
7.5 |
8.0 |
80 |
|
煤粉冲天炉 |
13.5 |
14.5 |
27 |
30 |
4.5 |
3.5 |
1.3烟气成份
冲天炉烟气中除含有N2外，主要还有CO、CO2、NO以及汪量的SO2，O2
，H2，和H2O。如果在熔炼过程中加入萤石作添加剂，则产生气态氧化物，遇到即生成HP4和氢氟酸，有强列烈的腐蚀作用，对人、动物、植物和建筑物均有危害，并增加了废气处理的复杂性。因此应提倡采用不加萤石的熔炼方法。
1.4排风量计算
冲天炉的炉气量一般较鼓风量增加5-10%，因此，当加料口密封时，排风量可按鼓风量乘以1.05～1.10来计算。而大多数的加料口是经常敞开的，故排风量应再加上电加料口吸入的空气量。这部分空气量按加料口入口风速为1.2～1.5m/s求得，建议加料口面积小者取低值，面积大者取高值。一般情况下，冲天炉的排风量约为其鼓风量的2.5～4倍。
对于大容量的冲天炉，如利用炉气的CO燃烧而加热鼓风时，还应计入CO燃烧所需的空气及剩空气，通常为鼓风量的50%。当净化系统中采用直接喷雾冷却烟气时，应计入所产生水蒸气的体积。粗略计算时，可按鼓风量的20%采用。新系列冲天炉的排风理参见表（三）。
表（三） 新系列冲天炉排风量表
|
系列（t/h） 参数 |
1 |
2 |
3 |
5 |
6 |
10 |
15 |
|
|
炉膛大值 |
450 |
600 |
700 |
900 |
1000 |
1200 |
1450 |
|
|
理论空气量 （mN3/min） |
12 |
24 |
36 |
60 |
84 |
120 |
180 |
|
|
选用鼓风量 （mN3/min） |
28 |
42 |
60 |
84 |
120 |
240 |
250 |
|
|
加料口封闭 |
排风量 （mN3/min） |
29.4 |
44 |
63 |
88.5 |
126 |
252 |
263 |
|
加料口敞开 |
加料尺寸高×宽（mm） |
900×580 |
2100×800 |
2500×1000 |
2600×1100 |
2800×1300 |
3000×1500 |
3000×1600 |
|
进入加料口空气量 （mN3/min） |
47 |
151 |
257 |
257 |
328 |
421 |
432 |
|
|
排风量 （mN3/min） |
76.4 |
195 |
345.5 |
345.5 |
454 |
673 |
695 |
|
1当翻斗加料时，加料口尺寸为900×580mm
2当爬式加料时，加料口尺寸为2000×1000mm
2、烟气冷却措施
冲天炉在打炉及结棚时，烟气温度可达700×1000℃，必须经过冷却才能进入除尘器和风机。冷却方式基本上可分为间接冷却和直接冷却两大类。
2.1间接冷却
间接冷却方式不改变原来烟气标准状态的流量及其成分，利用辐射，对流和传导进行垫交换，从而降低烟气温度。
属于这种冷却方式的主要有：自然风冷风管、风冷套管、水冷套管，喷淋间接冷却、除尘器水套冷却，热交换器和热管换热器等。冷却介质有空气和水两种。水冷式传热系数大，设备和运行费用低，故一般采用的较多，其缺点是存在结垢问题。同冷式的优点是不用水，其缺点是传热系数小，耗钢量大，设备和运动费用较高，故较少采用。但在热风冲天炉中普遍采用，通过回收烟气热量加热冲天炉送风。热管换热器具有很高的换热效率，我国有企业在冲天炉烟气冷却方面取得成功的经验。
几种间接冷却方式的传热系数参考值见表（四）
表四 几种间接冷却方式的传热系数参考值
|
冷却方式 |
烟气温度℃ |
K值[KJ/（m2.h. ℃） |
||
|
进口 |
出口 |
|||
|
自然风冷风管 |
600 500 |
120 120 |
25～33.5 21～29 |
强制通风 |
|
风冷套管 |
1000 900 |
500 500 |
75～84 71～80 |
出水温度 45℃ |
|
水冷套管 |
1000 900 |
500 500 |
113～134 105～117 |
出水温度 45℃ |
2.2直接喷雾冷却
直接喷雾冷却是在烟管内将水喷成雾状，水在高温烟气中蒸发而吸热，从而降低烟气的温度。冲天炉烟气冷却系统中，一般采用干式运动的直接蒸发冷却，水蒸气在烟气中呈不饱和状态。
2.3掺空气冷却
将冷空气直接掺入高温烟气中，经温合后使烟气温度降低。这种方法简单可靠，但当烟气温度较高时，所需掺入的空气量很大，整个排烟净化系统相应扩大，经济性差。所以这种方法一般用于烟气温度低于300℃的系统，或者在虽设冷却器而烟气温度仍不能达到要求时，作为一种辅助的冷却措施来采用。
3、烟尘净化设备
冲天炉烟尘的净化设备，应根据起始含尘量，当地具体条件及粉尘排放标准等因素来考虑。可以采用以下几种除尘设备。
3.1高效旋风除尘器：当炉料经净化预处理，烟尘起始含量较低且当地的粉尘排放浓度允许略高于700mg/mN3时，可以考虑采用这种类型。但宜在除尘器内壁衬耐热的材料，如用辉绿岩铸石块作衬砌，以免除尘器被磨损。
3.2袋式除尘器：近几年袋式除尘器在冲天炉烟气净化系统中的应用发展较快，其除尘效率达99%以上，粉尘排放浓度可稳定在50mg/mN3以下。袋式除尘器之前如能设一级简单的净化设备（如沉降室，旋风除尘器等），则可减轻对袋式除尘器的磨损。
袋式除尘器的滤料如采用涤纶滤料时，过滤速度有1.0m/min左右。如采用玻璃纤维滤料时，则过滤风速取0.5m/min左右。
3.3其他除尘器：静电除尘器，颗粒层除尘器，湿式除尘器都可用做冲天炉烟尘的净化。但颗粒层除尘器用于冲天炉时，其净化工厂效率尚不稳定，构选项及控制较为复杂。而湿式除尘器的泥浆处理设备投资增加，管理麻烦。以上这些设备是目前不可采用的设备。
4、设计方案
目前，国内外冲天炉先进除尘系统为
一级：风机风冷冷却器
二级：铸铁多管旋风子除尘器
三级：机械回转反吹扁袋除尘器
以上设备是冲天炉除尘系统佳设计方案
4.1风机风冷，冷却器
其冷却原理是将主管道的直径设为多个小管道，其截面积不变，将风速放慢，通过风机吸大气的冷风吹多个小管，以达到降温的目地，通过回收烟气热量，加热冲天炉送风。主管道的风速高到冷却器的进风突然风速变慢也起到沉降的作用，使大颗粒的粉尘降落下来，为此，即起到降温的作用又起到了除尘作用。
4.2铸铁多管旋风子除尘器
XD-Ⅱ型的多管旋风除尘器是一种高效的除尘器，除尘效率可达到80%以上，除尘器本体阻力低于900Pa。
XD-Ⅱ型的多管旋风除尘器内的旋风子是采用高铬铸铁制造的，其厚度大于6mm，因此有良好的耐磨性能。
XD-Ⅱ型的多管旋风除尘器依据离心分离的原理，含尘气流由除尘器入气口均匀地进入按等高排列的旋风子切向入口处，导入旋风子内受离心力的作用进行烟、尘分离，尘落入集尘箱后从排尘口排出，净化气流经芯管到集气箱内从排气口排出，XD-Ⅱ型的多管旋风除尘器是冲天炉二级除尘器理想的设备。
4.3、ZC机械回转反吹扁袋除尘器
其工作原理，过滤工况，含尘气体于切向进入过滤室上部空间。大颗粒及凝聚尘粒离必力作用下沿筒臂旋落灰斗小颗粒弥散于过滤室袋间隙从而被阻留，净化空气透过袋壁经花板上滤袋导口汇集清洁室，由通风机吸入而排放于大气中。
再生工况，随着过滤工况的进行，粉尘附于布袋表面，滤袋阻力逐渐增加，当达到反吹风控制阻力上限时，由于除尘器前后风管上的接口相接的差压变送器发出讯号自动启动反吹风机构工作。
具有足够量的反吹风气流由旋臂喷口吹入滤袋逐个反吹，当滤袋阻力降到下限时，反吹风机构自动停止工作。
反吹机构，为节约反吹风机的动力，减少反吹清灰，不受使用场合气源条件的限制，易换件少，维护简单，运行可靠，克服了压缩空气脉冲清灰的弊病，反吹风作用距离大，可采用长滤袋，充分利用空间，占地面积小。机械回转反吹扁袋除尘器是冲天炉净化系统的佳设备。
7吨冲天炉技术参数
1）排风量：45000m3/h
2) 烟气温度：700～1000℃
3）粉尘浓度：10-25g/m3n
风冷冷却器：
a.排风管φ200×6000mm 72根
b.风冷器外形尺寸：2300×2050×9500mm
c.风机T35№4 风量：6999m3/h 全压：305Pa 1.1kw
2）XD多管旋风子除尘器
风量：45000m3/h
阻力：＜900Pa
根据现声情况可选用陶瓷多管和铸铁多管
ZC240-4机械回转反吹扁袋除尘器
风量：45000m3/h
过滤面积：760m2
过滤风速：1.0m/min
除尘效率：99.5%
外型尺寸：D=4380 高：11035
风机、电机
风机：Y6-51№ 12D 流量：51800m3/h 全压：3650Pa
电机：Y280M-4 转速：1450r/min 功率：90KW
