电弧炉除尘器变更场地后的投标设计方案.doc
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株洲**铁道装备有限公司电炉除尘系统改造方案设计
株洲****铁道装备有限公司
电弧炉除尘系统改造
（招标编号：
********）
工程设计方案
******有限公司
（证书编号：
************）
二0**年**月
目录
1.工程概况 2
2设计目标、依据及原则 3
2.1设计目标 3
2.2设计制造依据 3
2.3设计原则 4
3设计参数 5
3.1电弧炉烟气理化特性 5
3.2烟尘浓度及粒径分布 5
3.3烟气温度、密度及露点 6
4.设计及施工范围 9
4.1设计范围 9
4.2施工范围 9
5主要工艺参数 9
6.主要设备选型 11
6.1选择DFC-300L-6正压反吸式大布袋除尘器 11
6.2与脉冲式的对比 11
6.3管网设计 12
7.电气及自控系统 14
8.主要经济技术指标 14
9.主要设备及参数 15
10.工程实施方式 15
11.处理效果及承诺 15
1.工程概况
株洲**铁道装备有限公司创立于2000年6月，位于风光秀丽的湖南省株洲市石峰区，由中国南车集团**车辆有限公司和美国***铁路产品中国投资公司共同组建的中美合资企业，注册资本为1.08亿元人民币，其中：
中方控股51%，美方49%，是集世界上技术先进的摆动式转向架研发、生产、销售、服务为一体的高新技术企业。
公司占地面积6万多平方米，年产3万吨铸钢，主要经营铁路货车产品，年产值超过1亿元。
公司电弧炉工段原来配备的除尘设备，因除尘器选型不当导致电机功率偏低，加上系统设计时阻力偏大，而且除尘器的过滤面积太小，在设备老化后，处理效果越来越差，导致除尘系统在满负荷运转时，车间烟尘浓度仍然较高，不能满足当地的环保排放要求。
为了保护环境、改善生产条件、保护员工身体健康，公司决定对电弧炉工段进行二次除尘。
因公司调整安装位置，经双方在现场测量和交流后确定，须对招标文件《电弧炉除尘系统改造》（株洲**铁道装备有限公司招标编号：
**********）的相关内容变更，具体要求如下：
㈠将公司的变更要求按场地调整后的实际情况直接修正工程设计方案，保留原来的3号电弧炉除尘系统，增加电弧炉工段的房顶整体密封集烟罩（由公司自己完成，我们提供烟罩的施工工艺接口图。
）；
㈡在公司的造型工段除尘系统的对称面新建二次除尘系统，即本工程除尘系统，安装位置经现场测量后，给定占地面积为4.5m×24m，5米高以下限宽6米，即不超过水泥柱，6米高以上不受限，可以按需出挑，但靠近公路边有路灯等，同时须考虑吊装和行人、行车通道，最多可挑出1米。
经过计算和初步设计，本工程不需要向公路边挑出，也不会起超出限定区域；
㈢由公司负责移树、砍枝和清场，并按风机基础图和主体基础图完成预埋件安装，按工艺技术要求实现三通一平，确保安装主体的进场条件；
㈣在给定的安装位置内，包括风机房和除尘器主体等用地，但不含临时存放的灰库用地，也不含控制系统（控制柜、启动柜等）的安装用地，现场确定将控制系统改放在车间内靠墙位置，与造型车间的除尘器控制柜对称放置，不放在除尘器主体下，也不放在风机房内（风机噪声要求小于85分贝）；
㈤由具有相关环保设计资质的环保公司承担本工程设计（不得使用过期的资质证书），通过优化管网和二次烟罩等设计，尽可能降低本工程的二次除尘系统运行阻力，减轻风机负荷，确保电弧炉工段的除尘效果良好、投资较省、长期运行可靠且相对节能、环保达标等目标；
㈥新建除尘系统的外部线路由公司负责；
根据上述现场要求，调整本工程方案设计如下：
2设计目标、依据及原则
2.1设计目标
2.1.1根据GBZ2-2002标准，工作地点粉尘小于10mg/m3；
2.1.2根据GBZ1-2002标准，工作地点噪声小于85dB（A）；
2.1.3根据GB9078-1996标准，达标排放值为100mg/m3，本设计执行50mg/m3；
2.1.4除尘设备的集气率达到95%以上。
2.2设计制造依据
2.2.1《中华人民共和国环境保护法》；
2.2.2《大气污染物综合排放标准》（GB16297－1996）；
2.2.3《工业窑炉大气污染物排放标准》（GB9078-1996）；
2.2.4《工业企业设计卫生标准》（GBZ1-2010）；
2.2.5《机械设备安装工程施工及验收通用规范》（GB50231—1998）；
2.2.6《采暖通风和空气调节设计规范》（GB50019-2003）；
2.2.7《钢结构设计规范》（GB50017-2003）；
2.2.8《低压配电设计规范》（GB50054-1995）；
2.2.9《工业企业厂界环境噪声排放标准》GB12348-2008；
2.2.10《工作场所有害因素职业接触限值》（GBZ2-2002）；
2.2.11《冶金工业环境保护设计规定》（YB9066-95）；
2.2.12《工业管道工程施工及验收规范》（GB50235-97）；
2.2.13《建筑物抗震设计规范》（GB50011-2001）；
2.2.14《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）；
2.2.15招标单位提供的招标文件ZZSW10060《电弧炉除尘系统改造》；
2.2.16招标单位调整现场安装位置后，双方在现场的踏勘数据及要求。
2.3设计原则
2.3.1严格执行国家的环保法律、法规和环保标准，确保经治理后的烟尘排放浓度符合环保排放标准；
2.3.2遵循技术成熟可靠、投资省、维护管理方便、无二次污染的原则；
2.3.3不改变电弧炉的现有冶炼工艺、设备布置和运行模式，不影响冶炼工人的操作习惯和冶炼时间，保证除尘系统长期稳定、可靠运行；
2.3.4优化设计系统设备、管道和烟罩，大幅度降低除尘系统的阻力，确保风机负荷最低，运行节能；
2.3.5整个工程重新设计，按长期运行可靠、环保达标、投资节省原则设计制造；
2.3.6由PLC-3000控制清灰系统，电脑式人机界面操作，减轻工人劳动强度，其可靠性和稳定性好，减免检修量与维护量；
2.3.7风机启动为降压延时控制方式，风门加装调节阀，安装电动执行器，加装放大器和远程操作器，实现空载启动。
2.4安装位置调整后的主要差别
对比项
响应招标文件的投标方案
本工程方案
管道
DN1200，共60米
DN1500，共100米，增加40米
弯头
8个，其中6个为引风口弯头
2个4通裤衩，1个3通裤衩，2个90度急弯
电机功率
132KW
220KW，系统管道压损相对增加500Pa
主引风机
17D
18D
反吸风机
不需要
不需要
主体工程
4室17米高，有依有靠，不需要加强抗风设计
8室17米高，增加4室，加强抗风设计，增加24米钢管混凝土柱子
风机启动
132KW控制柜
220KW控制柜
线路
线径90平方，按20米设计
线径240平方，按50米设计，增加30米
是否有材料可利用
按招标要求，可利用现场拆除材料，至少烟囱与支架柱子等
无任何可利用物资，全新制造，房顶还得加装U型支承，至少6个，还需增加进口风管支承
3设计参数
3.1电弧炉烟气理化特性
电弧炉烟气的理化特性与生产原料、钢种、冶炼工艺、操作习惯和排烟方式等诸多因素有关，主要由粉尘（FeO、Fe2O3、CaO、C粉）、CO2、CO、O2、N2、HCL、少量SO2和氟化物等组成，烟气显酸性，腐蚀性较强，露点较高（超过50℃），容易在常温下吸湿和板结。
电弧炉烟尘颗粒具有无定形、易磨啄、导电、吸湿、腐蚀等特点，容易引起除尘系统的布袋板结、结露、设备与管网腐蚀、堵管、损坏脉冲阀、击穿电极和极靶等问题。
分析了解电弧炉烟气理化特点为正确选取除尘器品种提供依据，同时指导烟罩、除尘器和管网的设计等。
3.2烟尘浓度及粒径分布
根据工程经验和文献报道：
电弧炉烟尘浓度按0.1～5.5g/Nm3，或者按10～15kg粉尘/吨钢进行除尘系统设计。
表1电弧炉烟尘粒度分布统计表
颗粒直径（μm）
＜0.1
0.1～0.5
0.5～1
1～5
5～10
10～20
＞20
熔化期
＜5
10～20
10～20
30～40
＜5
＜1
＜1
吹氧期
＞5
10～20
10～20
30～40
＜5
＜1
＜1
一般情况，处理粒度越细的烟尘，需要使用的滤布质量要求越高，同时为了避免表面张力等诸多因素引起的布袋板结现象，通常要求的除尘温度也越高；
从粉尘粒度分布可知：
电弧炉烟气除尘不宜使用过厚的滤布，滤布越厚产生的阻力越大，越容易结露、板结，最终导致引风机消耗的电功增加，不节能；
3.3烟气温度、密度及露点
3.3.1烟气温度、流量与烟罩形式、数量
根据工程经验：
直接对电弧炉除尘，当空/烟比为3～5时，引风管内烟气温度可控制在100～200℃，第一次集烟允许的引风口冲击温度为600℃。
但本工程属于第二次集烟除尘，故除尘温度只能按冷态设计，最高冲击温度不超过100℃，因此，风机可选择G系列。
根据工程经验和相关计算：
电弧炉产生的原始烟量较小，整个炉子产生的烟量约2～4万m3/h（含投料、出钢），但是，当烟气达到电弧炉除尘的第一次烟罩引风口时（距离电极孔约4米），流量通常达到了8～12万m3/h（称为第一次集烟量）。
由于第一次烟罩将第一次集烟量的绝大部分被抽走，只有少量烟尘转变为无组织排放污染物，在热射流作用下，会继续上升，如果没有约束，烟尘按“分层理论”扩散，最终达到某个层面高度，不再上升，直接扩散。
假如第一次集烟量的75%被抽走，余下量约4万m3/h，温度为200℃，根据分层理论计算，未被抽走的4万m3/h烟量经过扩散，从电极孔上方4米扩散到稳定层15～18米（与季节气温有关），最终流量可达7～8万m3/h，最终温度为50～80℃。
因此，可以使用P208涤纶滤料。
本工程的二次烟罩必须安装在15米以上。
现场测量发现：
房顶整体密封烟罩从15米开始，引风口位置可定在18米标高，房顶最高24米。
经过计算：
如果其两端的档板不能象侧面的墙柱板一样，不是从12米开始包覆（最好限制到离行车的操作室顶0.3～0.5米），而是从15米以上包覆（房顶骨架的底部横筋角铁L10），在特殊天气或风力干扰下，有可能会偶尔逃逸少量烟尘。
因此，我们建议将两端的档板从距离行车的操作室顶0.3～0.5米开始包覆，实现区域完全控烟，对于保证环保效果、促进生产是有益的。
现场测量发现：
房顶侧面引风口距离最远点有4.5米，距离侧面墙柱和顶导流板有5米，与电弧炉中心正对，按层流理论，经过烟羽计算，符合本工程的L=5D和L=A的设计要求，因此，不需要在房顶整体集烟罩内设置导流板和二次烟罩，直接安装侧烟罩（喇叭口），设计安装在房顶棚的L10中间横筋位置。
经过计算：
二次集烟罩（喇叭口）设计成宽0.5米长30米的扁条，但是均分成6段，贴近房顶L10横筋骨架下安装，6个引风管距离喇叭口1米再接天方地圆，其中心线分别对应电弧炉的投料、生产、出料工位，统一为DN1200，通过第一级裤衩后变DN1500，但第二级裤衩不变径，设计风速为15～25m/s。
按照现场测量数据：
地面水平段长65米，房边高15米，喇叭口高18米，加上3裤衩、送风管和2个急弯，风管总长接近100米，须按100米计算压损。
按层流理论计算烟羽流量：
本工程每台电弧炉产生的二次扩散烟尘量约7.5～8.5万m3/h，这个流量刚好与炉子在投料、出钢包时产生的一次热烟量相当（冲到二次烟罩引风口约100℃）。
因此，二次扩散烟尘与投料、出钢包产生的一次热烟量相当，引风机和除尘系统可通用，不需要专门为投料、出钢包特殊设计，为了便于说明，将这些烟尘统称为二次烟量。
由于本工程必须使用G系列引风机，因此，相对热态工况的Y系列引风机（工况温度200℃左右），同等参数条件下，其电机功率相对较大，启动电流也相对较大，是确保风机安全启动的需要。
因此，冷态启动风机须将启动控制方式改为降压延时启动，风门安装电动执行器，实现空载启动。
根据计算结果，本工程必须按每台炉子产生二次烟量8万m3/h设计，引风机的流量必须大于16万m3/h。
这是理想状态，并没有考虑自然风速、季节等对二次烟尘的影响（此时，影响抽烟效果的是两端板，应该限制在12米高，这是由烟羽计算和现场观测结果互相讲明了的，超过此高度，在比较大的风力、行车行走风速、投料、压料、吹氧、偏心熔炼、半开盖冶金等冲击条件下，都有可能导致少量烟逃逸）。
因此，本工程正式设计时还必须增加一定的保险系数，宜按16万m3/h设计比较合理，风机的工作温度取50℃。
当然，这台引风机的流量还须加上反吸风量，本工程设计的反吸风量为1.5万m3/h，因此，G系风机的铭牌最大流量必须达16.5万m3/h以上。
根据烟羽计算和现场观测的参数可知，本工程的风机设计流量足够，但压力需要校对，即电机功率需要重新计算，从而影响风机选型。
当引风机流量确定后，在保证环保效果的前提下，应该按最节能的模式设计，尽可能降低电机功率，即：
尽可能提高喇叭口的负压，保证在1000～1500Pa，尽可能减少管网压力损失，降低引风机负荷。
经过计算，整个引风面喇叭口的扁条截面的引风速度为1.5～3m/s，如果保证负压1000～1500Pa，引风距离可达3～5米，基本覆盖整个电弧炉工段上空，环保效果将会良好。
对于流量为18万m3/h的离心式引风机，抽冷态烟尘时减少1000Pa压力就相当于减小100KW以上的电机功率，实际运行至少节能100度以上，因此，必须设法降低风机负荷，即降低压损。
既是能保证环保效果、节能运行的要求，也是避免检修，实现长期运营可靠，降低生产成本，延长布袋寿命和更换周期。
3.3.2烟气密度与风机能耗
空气是可压缩的，常规工况下，遵循气体状态方程PV=nRT。
因此，在本工程条件下，影响烟气密度的最主要因素是温度，其次是粉尘浓度。
对于本工程来说，粉尘浓度较低（可按1～5g/m3计算），因此，只需要分析温度对密度的影响。
分析温度对烟尘密度的影响是为了选择合适的电机功率，这是系统设计时必须进行的功率计算，也是进行能耗估计的基本设计要求。
工程上，烟气在标态时的密度按1.25计算，100℃烟气密度可按1.0计算，200℃烟气密度可按0.75计算。
显然，温度直接决定风机负荷，也决定风机选型。
随着烟气温度提高，风机的实际负荷会下降，用电量会减少，而且与密度成正比，与温度成反比。
对于本工程来说，温度低于100℃，因此，温度对电功的影响较小，为了进一步降低风机的实际运行能耗，需要进行节能设计，必须降低风机的负荷（负压），比如，尽量缩短管道流程，减少弯头数量，降低除尘器的压力消耗等。
4.设计及施工范围
4.1设计范围
本工程为交钥匙工程，设计范围为株洲**铁道装备有限公司电弧炉段的2台电弧炉逃逸烟尘的二次除尘，包括设计、制造、运输、现场卸货、安装、调试等任务，并协助公司进行监测验收，提供操作规程及操作培训。
4.2施工范围
工程起点为二次烟罩喇叭口、终点为除尘器顶部排放口，包括管网制作与安装、风机和启动控制，但不包括主体基础和风机基础等三通一平工程。
本方案报价中不含外部线路、房顶风罩、临时存灰库、风机房等，也不含三通一平引起的基建迁移费用，这些工程任务由公司自己完成。
5主要工艺参数
经过计算，除尘器需要按安装位置的空间设计，除尘器设计变更如下：
设备型号：
DFC-300L-6正压反吸式布袋除尘器，6个处理风室；
滤袋材料：
P208涤纶布袋，质保3年；
过滤面积：
大于3520m2。
滤袋规格：
Φ300*10200mm，共360条布袋，每室60条袋；
布袋矩阵：
采用6×10矩阵，每室间留一条300检修或观察通道，检查门安装在通道外，而且须让出通道柱的位置；
最大处理风量：
19.8万m3/h；
反吸风量：
1.5万m3/h；
引风机的最大流量：
19.8万m3/h；
引风机压力：
3200～2600Pa；
电机功率：
220KW（总管程增加到100米长，系统压损增加，必须加大电机功率，否则，长期运行不安全、也不可靠）；
风机型号：
G4-73-18D-N220-左135度；
过滤风速：
≤1.5m/min，最大许可冲击过滤风速≤2m/min；
长期运行温度：
≤120℃，冲击温度≤150℃；
入口烟尘浓度：
≤50g/Nm3；
出口排放浓度：
≤10mg/Nm3；
清灰方式：
PLC-3000控制，自动清灰，SC执行器在线柔性反吹清灰，劳动强度低，管理容易；
除尘器单室占地面积：
L×B＝3.2m×5m；
除尘器主体占地面积：
L×B＝20m×6m；
主体高度：
H=17m（5+10.3+1.7，受现场安装条件和空地限制）。
主送风管裤衩、主送风管和反吸三通阀等标高：
5～6米，向下大弧度弯头接风机出口，风机出口标高3.2米（总高4.2米），风机进口标高为1.8米，因此，需要增加2个风机进口急弯。
出灰方式：
重力阀控制自动出灰，控制斗内灰量高度始终低于0.5米，重锤的设计重量为5～10kg。
超过重量，重力作功，自动失重并打开阀门，排灰后在重锤作用下可自动复位。
重力阀下连接密封式地面灰仓。
灰仓安装有出灰密封仓门，由人工定期铲起、包装、运走，保证现场清洁，避免风起尘扬。
密封式地面灰仓6个，配6个进灰阀与落灰管，其容积为6～9m3，可存贮灰量约3～5吨，工人每20小时清理一次。
6.主要设备选型
6.1选择DFC-300L-6正压反吸式大布袋除尘器
DFC-300系列耐高温大布袋除尘器是在消化吸收欧盟的先进高温除尘技术后，结合我国工业窑炉的生产工艺和高温工况等特点，经不断完善与提高，创新研发的新型干法耐高温大布袋除尘器，已获得国家发明专利。
本工程选择DFC-300L-6正压反吸式大布袋除尘器，在布袋的内表面进行内滤，充分利用PTFE膜的自清洁性工作，并具有以下特点：
★耐高温：
保证在260℃下不烧袋，不糊袋，不撕袋，不板结，不结露；
★轻钢结构主体与外界大气相通，长期使用抗腐性好，性能稳定可靠；
★净化效果好：
排放浓度≤50mg/Nm3，回收资源再利用且无二次污染；
★能耗低：
装机容量220KW（100m管程），实际平均电耗约95～105度；
★操作简单：
用PLC-3000控制，永久可靠；
★布袋使用寿命长：
在线柔性清灰，布袋3年质保；
★运行费用低：
综合成本约5~6元/万m3烟气；
6.2管网设计
管网设计主要是保证引风机的运行节能和烟罩抽烟效果。
系统阻力低，风机负荷小，用电量越低，能保证引风机的最大设计流量（铭牌最大流量）。
否则，电机功率一定时，引风机会自动跳至高压力低流量档位，使引风机电机处于满负荷状态，无法达到铭牌最大流量，导致电机使用寿命较短，且电耗高，同时不安全。
从风机学可知，引风机的全压就是设计压力，负压为引风的工作压力。
简单地说，引风机的压力好比势能，流量好比动能。
负压大小直接决定电功消耗，做功效果如何取决于系统管网阻力。
有了压力差且足够大（必须在风机的许可设计条件下，不能用高压风机或特种风机，在大流量情况下，这类风机的能耗很高），相当于势能足够。
势能足够时，就是不开风机，烟气也会自动进入管网，就是常说的拨风力（或者说是烟囱自拨力）；有了流量且足够大，就能产生风速，就有动能，即风动。
对于除尘系统而言，流量与压力是相辅相成的，两者缺一不可：
有压力没有流量，抽烟效果不好，俗称抽不赢；有流量没有压力，对烟尘没有影响力或约束力，俗称抽不动。
根据工程经验：
管道每米按10Pa计算，总管程100米总压损可按1000Pa计算；
弯头每个最少按100Pa计算，大弧度弯头每个最多计50Pa；
脉冲式除尘器按1500～2500Pa计算；
除尘器的急变径、急弯进口和出口均按300～500Pa每个计算；
回转反吹式除尘器按1200～1800Pa计算；
脉冲式或回转反吹式的进口和出口阻力均按300～500Pa每个计算；
回转反吹式除尘器还要增加沿径向不均衡负荷产生的压差500Pa；
轻钢结构正压反吸式除尘器由风机出口全压作功，是个泄压过程，不对风机产生负荷，故阻力计算为零，但会影响风机出口流畅性，计500Pa。
因此，本工程除尘系统的压力损失（风机负荷或负压）计算如下：
二次除尘的引风口（喇叭口）保留负压1000～1500Pa；
测量计算得设计管网总长100米，按1000Pa计（含大弧度弯头压损）；
因此，本除尘系统的引风机负荷（负压）必须大于2500Pa。
根据工程经验和风机学可知：
引风机全压应该大于2600Pa。
风机压力可选范围2600～3200Pa，过低或过高都不合适。
由于是冷态工况，冷态启动功率必须加大。
参考风机手册，结合现场的风机安装位置，风机选型为G4-73-18D-N220-左135度，流量16.5～19.8万m3/h，压力2600～3200Pa，实际电耗=1.732×380×200×0.78=102度（正常工作电流为180～220A，超过240A属于不正常）。
本工程设计的管网主要有3种规格：
φ0.6m、φ0.1.2m、φ1.5m。
设计主管道风速为20m/s（15～25m/s均可），喇叭口引风负压1000～1500Pa。
按招标要求：
管径≤φ600用Q235*δ3板卷成，管径＞φ1500用Q235*δ5板卷成。
而在2者间管径用Q235*δ4板卷成。
按公司现场的要求，管网全部涂装沥青漆。
7.电气及自控系统
根据现场实际情况，直接安装全新的控制系统，无法利用招标文件中述及的任何器材，因此，需要公司重新布置外部主电缆。
为安全施工，本工程不对二次除尘系统的外部线路报价，也不含其工程任务。
PLC-3000设计负荷为6单元，安装有6单元且6个时序使用。
PLC-3000控制面板上设有手动、自动控制切换按钮.当自动失效时可人工转为手动应急方式运行，手动运行方式与自动控制共用一键，通过转向实现切换，操作简便。
PLC-3000设有人机界面，可读取、修改相关参数与指令。
为了实现可靠性运行、节能与安全运行，将风机启动柜和清灰控制柜分离，确保2个子系统独立运行，确保环保效果与可靠性、安全性。
8.主要经济技术指标
序号
项目
指标
1
主风机最大引风量
198000m3/h
2
反吸风量
15000m3/h
3
除尘器最大承受风量
198000m3/h
4
占地面积
L×B＝20m×6m
5
正常工作的烟气温度
100℃以下
6
运行时间
≥20h/d
7
过滤面积
≥3520m2
8
过滤风速
≤1.5m/min（实际仅0.8）
9
进口烟尘浓度
≤50g/Nm3
10
除尘效率
99.5%以上
11
排放浓度
≤10mg/Nm3
12
烟尘减排量
≥900吨/年
13
动力规格
220KW，380/220V±10%，50Hz
14
系统运行环境温度
-5℃～65℃
15
系统运行环境相对湿度
≤90%
16
系统装机容量
220kw
17
运行平均电耗
110度，相对同行节电50～75度。
9.主要设备及参数
（1）DFC-300L-6除尘器1座
外形尺寸：
20×6×17.0（H）m；
材料结构：
轻型钢管混凝土结构，主体工程2个月，整个系统需3个月。
（2）引风机1台
型号：
G4-73-18D-N220kw-左135度
流量：
198000m3/h（最低165000m3/h）
全压：
2600Pa（最大3200Pa）电机功率：
220KW
（3）布袋360条
型号：
Φ
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