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[摘 要]电炉烟尘是金属加热过程中挥发出来的金属烟尘，包括金属和金属的氧化物，其种类与炉料成分、氧化物料和浸油物质、熔炼速度、炉温以及吹氧强度等多种因素有关。电炉烟尘具有排放烟尘颗粒小、温度高、毒性大的特点，如果不采取有效的控制措施，将会严重污染车间和厂区环境，影响工人和周围居民的健康。由于电炉四孔排出的烟尘和屋顶大罩收集的烟尘温度相差较大，因此对电炉烟尘按照内排烟系统和外排烟系统分别处理的工艺对电炉 烟气进行除尘处理。本文同时介绍了烟气的余热回收技术，重点讨论了热管式换热器在烟气 余热回收领域的应用。
[关键词]电炉烟尘 除尘技术 余热回收 热管式换热器
中图分类号：TD353.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）20-164-01
1. 概论
电炉烟尘是金属加热过程中挥发出来的金属烟尘，包括金属和金属的氧化物，其种类与 炉料成分、氧化物料和浸油物质、熔炼速度、炉温以及吹氧强度等多种因素有关。电炉烟尘 具有排放烟尘颗粒小、温度高、毒性大的特点，如果不采取有效的控制措施，将会严重污染 车间和厂区环境，影响工人和周围居民的健康。
2. 烟气除尘的技术措施
因为电炉烟气含尘粒度较小，其直径大约为 40～300 目，这一粒度的灰尘一般只能采用 布袋除尘器收集灰尘排放才能达标。然而在电炉冶炼阶段，高温烟道内的温度高达 1200℃，即使经过常用除尘器烟道的降温，烟尘气体在进入除尘器前仍然会有 500℃至 800℃的温度，显然这一温度超出了目前布袋除尘器所许用的工作温度，因而对除尘器的要求很高，排放达 不到环保标准。而高温烟气主要是通过设置在电弧炉上的四孔排出的，屋顶大罩收集的烟尘通常温度不是很高可以直接进入布袋除尘器处理。因此，可以考虑将电炉四孔排出的高温烟尘和除尘器屋顶大罩收集的烟尘分开处理，即分为内排系统除尘加外排系统除尘。外排烟系统直接进入 布袋除尘器过滤，内排烟系统的高温烟尘则经降温后再进入除尘器过滤。在对内排烟系统的高温烟尘进行降温的过程中，为了达到节能的目的，可对内排系统的 高温烟气进行余热回收来产生蒸汽。而高温烟尘在进入换热器前必须先进行粗除尘去除大颗 粒粉尘，因此在高温烟尘内排系统中设置了沉降室。
烟尘内排系统的具体流程为：将电炉冶炼过程中产生的高温烟尘气体（约 1200℃）通过 炉盖上的第四孔进入燃烧沉降室；烟尘气体的流速在沉降室迅速降低，使可燃性的气体和部 分可燃物质充分燃烧，较大颗粒的粉尘充分沉降；高温烟气从沉降室顶部 90°弯头经过水冷
管道和部分保温烟道后，以大约在 700～800℃左右的温度进入换热器进行热交换，最后烟气 降温至 180℃左右，进入高温滤料除尘器进行过滤，并由风机抽出经烟囱排入大气。外排系统中除尘器屋顶大罩收集的烟尘经过除尘器烟道的冷却后直接进入布袋除尘器过滤排放。
3. 高温烟尘余热利用的构想和技术措施
3.1 高温烟尘余热回收的设备 利用高温烟尘的余热产生蒸汽的设备主要有管壳式余热锅炉和热管式换热器。其中比较常见的是管壳式余热锅炉。
3.1.1 管壳式余热锅炉 管壳式余热锅炉的高温烟气在受热管管内流动，水在管外的锅壳中流动。热量通过管壁传递给管外的水。大型管壳式余热锅炉有汽包、上升管、下降管，小型管壳式余热锅炉采用 锅壳上部的空间进行汽水分离。
3.1.2 热管式换热器
热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的元件，结构如图 2 所示。把单根热管集 中起来形成一束，置于冷、热源之间，热管内的工质在热流体侧吸热汽化，并在冷热流体两 侧压差作用下从热流体侧流向冷流体侧，并在冷流体侧液化释放热量，从而使热源中的热量 通过热管束源源不断地传至冷源，而无须外加动力。
3.1.3 两种换热器的优缺点比较 管壳式余热锅炉结构紧凑，体积小，重量轻，成本较低。由于结构所限，在其工作压力大于 2.5MPa 时，即不能采用管壳式结构。管壳式余热锅炉不大适用于含灰量大及黏结性大的 烟气，因为一旦烟尘黏结在管壁上，不易清除；同时管壳式余热锅炉要达到较好的传热效果，要求有较高的烟气流速，而电炉高温烟尘含灰量大、同时黏结性也大，对烟管的磨损会较严 重，影响管壳式余热锅炉的使用寿命。热管是利用工质的相变换热来传递热量，因此热管具有很大的传热能力和传热效率。同 时，热管还具有均温性能优良、结构紧凑、传热方向可逆、热流密度可变、适应环境能力较 强、冷热流体不混杂、阻力损失较小等优点。当热管元件的某一端局部损坏时，仅仅是该热 管元件失效而停止传热，并且单根热管元件损坏后更换方便，不会影响换热器整体。热管两 端可按需加装翅片，增大了换热面积，减小了两侧的对流热阻，动力消耗小，在不改变冷热 流体入口温度的条件下，增大了冷热流体换热的平均温压。但是热管也存在着酸露点的低温 腐蚀、水侧除垢、气侧清灰等实际问题。
总得来说，热管式换热器结构形式好于常规管壳式换热器。
3.2 利用热管式换热器进行余热回收的技术措施 热管式换热器回收余热可采用三种形式：热管式空气预热器、热管式省煤器和热管式余热锅炉。热管式空气预热器是常见的气一气型热管式换热器，它是利用排烟余热，预热进入 炉子的助燃空气，不仅可以节约燃料，提高燃料的利用率，还可以减轻对环境的污染。热管 式省煤器属于气一液型热管式换热器，采用热管式省煤器利用烟气的热量预热锅炉给水或是 提供生活用热水。热管式余热锅炉通常称为热管蒸汽发生器，热管式余热锅炉在热管冷侧外 表面是由进入的给水产生蒸汽，可以说是气一气型热管式换热器。
根据分析采用三级热管蒸汽发生器相结合的方式来回收烟气的高温余热效果最佳。即烟 气（大约在 750℃）首先进入高温热管蒸汽发生器，与换热管组进行热交换（高温区），温度 降到 450℃左右。高温热管蒸发器吸热产出 1.9～3MPa 的饱和蒸汽，经高压蒸汽包、分气缸 输送到蓄热器外供，可供动力供热联合使用、发电供热联合使用等用途。450℃左右烟气进入 中温翅片式蒸汽发生器，与翅片式换热管组进行热交换（中温区），温度降到 220℃左右，中 温热管蒸汽发生器也产出饱和蒸汽，经高压蒸汽包、分气缸输送到蓄热器外供，可供生产工 艺、生活使用。220℃左右烟气进入低温翘片式热管，与翅片式换热管组进行热交换，温度降 至 180℃，由余热回收系统排出。该翅片式换热管组吸热，产出低压饱和蒸汽，用于给除氧水 加热。热管式换热器在选用时应注意以下几个方面：①热管工质必须根据实际应用环境温度来 确定，现在还没有一种适合各种工作温度的工质。②应该根据使用场合和具体条件，合理选 择热管直径、热管长度、管间距、翅片的结构参数（间距、翅片长度、翅片厚度）和翅化比等。③为防止或减少积灰可采取以下措施：a.在烟气风道允许的阻力降范围内适当的提高烟气流 速，增强烟气横掠热管元件外壁时的扰动性，使气流产生自清灰作用；b.适当提高管壁温度，管壁壁温高，管外始终呈干燥状态，因此，也就不会结焦不易粘附烟灰，减少灰分凝聚；c. 将热管式换热器采取一定的倾斜度放置，减少翅片表面的积灰能力；d.选择合适的吹灰装置 定期吹灰，防止堵灰，在设备底部设置灰斗收集灰尘，灰斗定期卸灰并装车外运。近年来研 制的回转式热管换热器，改善了传热送风性能，有效解决了积灰问题。
4. 结论
将电炉烟尘处理分为外排烟系统和内排烟系统，具有投资少，施工周期短的优点。另外，使用多级热管对系统余热进行回收，实现了能源的充分利用，节约了能源。同时减少了废热、烟尘的排放，符合环保的要求。
参考文献：
[1] 姚群， 陈隆枢， 韦鸣瑞. 大型火电厂锅炉烟气袋式除尘技术与应用[J]. 安全与环境学报，2005，4：1-4
[2] 王淑勤，常连生. 中小型燃煤锅炉烟气除尘脱硫的分析[J]. 环境工程，1999，4：43-45
[3] 周乃君，易金萍. 工业炉烟气余热回收节能率的计算方法讨论[J]. 有色冶金節能，2000， 6：18-20
[关键词]电炉烟尘 除尘技术 余热回收 热管式换热器
中图分类号：TD353.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）20-164-01
1. 概论
电炉烟尘是金属加热过程中挥发出来的金属烟尘，包括金属和金属的氧化物，其种类与 炉料成分、氧化物料和浸油物质、熔炼速度、炉温以及吹氧强度等多种因素有关。电炉烟尘 具有排放烟尘颗粒小、温度高、毒性大的特点，如果不采取有效的控制措施，将会严重污染 车间和厂区环境，影响工人和周围居民的健康。
2. 烟气除尘的技术措施
因为电炉烟气含尘粒度较小，其直径大约为 40～300 目，这一粒度的灰尘一般只能采用 布袋除尘器收集灰尘排放才能达标。然而在电炉冶炼阶段，高温烟道内的温度高达 1200℃，即使经过常用除尘器烟道的降温，烟尘气体在进入除尘器前仍然会有 500℃至 800℃的温度，显然这一温度超出了目前布袋除尘器所许用的工作温度，因而对除尘器的要求很高，排放达 不到环保标准。而高温烟气主要是通过设置在电弧炉上的四孔排出的，屋顶大罩收集的烟尘通常温度不是很高可以直接进入布袋除尘器处理。因此，可以考虑将电炉四孔排出的高温烟尘和除尘器屋顶大罩收集的烟尘分开处理，即分为内排系统除尘加外排系统除尘。外排烟系统直接进入 布袋除尘器过滤，内排烟系统的高温烟尘则经降温后再进入除尘器过滤。在对内排烟系统的高温烟尘进行降温的过程中，为了达到节能的目的，可对内排系统的 高温烟气进行余热回收来产生蒸汽。而高温烟尘在进入换热器前必须先进行粗除尘去除大颗 粒粉尘，因此在高温烟尘内排系统中设置了沉降室。
烟尘内排系统的具体流程为：将电炉冶炼过程中产生的高温烟尘气体（约 1200℃）通过 炉盖上的第四孔进入燃烧沉降室；烟尘气体的流速在沉降室迅速降低，使可燃性的气体和部 分可燃物质充分燃烧，较大颗粒的粉尘充分沉降；高温烟气从沉降室顶部 90°弯头经过水冷
管道和部分保温烟道后，以大约在 700～800℃左右的温度进入换热器进行热交换，最后烟气 降温至 180℃左右，进入高温滤料除尘器进行过滤，并由风机抽出经烟囱排入大气。外排系统中除尘器屋顶大罩收集的烟尘经过除尘器烟道的冷却后直接进入布袋除尘器过滤排放。
3. 高温烟尘余热利用的构想和技术措施
3.1 高温烟尘余热回收的设备 利用高温烟尘的余热产生蒸汽的设备主要有管壳式余热锅炉和热管式换热器。其中比较常见的是管壳式余热锅炉。
3.1.1 管壳式余热锅炉 管壳式余热锅炉的高温烟气在受热管管内流动，水在管外的锅壳中流动。热量通过管壁传递给管外的水。大型管壳式余热锅炉有汽包、上升管、下降管，小型管壳式余热锅炉采用 锅壳上部的空间进行汽水分离。
3.1.2 热管式换热器
热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的元件，结构如图 2 所示。把单根热管集 中起来形成一束，置于冷、热源之间，热管内的工质在热流体侧吸热汽化，并在冷热流体两 侧压差作用下从热流体侧流向冷流体侧，并在冷流体侧液化释放热量，从而使热源中的热量 通过热管束源源不断地传至冷源，而无须外加动力。
3.1.3 两种换热器的优缺点比较 管壳式余热锅炉结构紧凑，体积小，重量轻，成本较低。由于结构所限，在其工作压力大于 2.5MPa 时，即不能采用管壳式结构。管壳式余热锅炉不大适用于含灰量大及黏结性大的 烟气，因为一旦烟尘黏结在管壁上，不易清除；同时管壳式余热锅炉要达到较好的传热效果，要求有较高的烟气流速，而电炉高温烟尘含灰量大、同时黏结性也大，对烟管的磨损会较严 重，影响管壳式余热锅炉的使用寿命。热管是利用工质的相变换热来传递热量，因此热管具有很大的传热能力和传热效率。同 时，热管还具有均温性能优良、结构紧凑、传热方向可逆、热流密度可变、适应环境能力较 强、冷热流体不混杂、阻力损失较小等优点。当热管元件的某一端局部损坏时，仅仅是该热 管元件失效而停止传热，并且单根热管元件损坏后更换方便，不会影响换热器整体。热管两 端可按需加装翅片，增大了换热面积，减小了两侧的对流热阻，动力消耗小，在不改变冷热 流体入口温度的条件下，增大了冷热流体换热的平均温压。但是热管也存在着酸露点的低温 腐蚀、水侧除垢、气侧清灰等实际问题。
总得来说，热管式换热器结构形式好于常规管壳式换热器。
3.2 利用热管式换热器进行余热回收的技术措施 热管式换热器回收余热可采用三种形式：热管式空气预热器、热管式省煤器和热管式余热锅炉。热管式空气预热器是常见的气一气型热管式换热器，它是利用排烟余热，预热进入 炉子的助燃空气，不仅可以节约燃料，提高燃料的利用率，还可以减轻对环境的污染。热管 式省煤器属于气一液型热管式换热器，采用热管式省煤器利用烟气的热量预热锅炉给水或是 提供生活用热水。热管式余热锅炉通常称为热管蒸汽发生器，热管式余热锅炉在热管冷侧外 表面是由进入的给水产生蒸汽，可以说是气一气型热管式换热器。
根据分析采用三级热管蒸汽发生器相结合的方式来回收烟气的高温余热效果最佳。即烟 气（大约在 750℃）首先进入高温热管蒸汽发生器，与换热管组进行热交换（高温区），温度 降到 450℃左右。高温热管蒸发器吸热产出 1.9～3MPa 的饱和蒸汽，经高压蒸汽包、分气缸 输送到蓄热器外供，可供动力供热联合使用、发电供热联合使用等用途。450℃左右烟气进入 中温翅片式蒸汽发生器，与翅片式换热管组进行热交换（中温区），温度降到 220℃左右，中 温热管蒸汽发生器也产出饱和蒸汽，经高压蒸汽包、分气缸输送到蓄热器外供，可供生产工 艺、生活使用。220℃左右烟气进入低温翘片式热管，与翅片式换热管组进行热交换，温度降 至 180℃，由余热回收系统排出。该翅片式换热管组吸热，产出低压饱和蒸汽，用于给除氧水 加热。热管式换热器在选用时应注意以下几个方面：①热管工质必须根据实际应用环境温度来 确定，现在还没有一种适合各种工作温度的工质。②应该根据使用场合和具体条件，合理选 择热管直径、热管长度、管间距、翅片的结构参数（间距、翅片长度、翅片厚度）和翅化比等。③为防止或减少积灰可采取以下措施：a.在烟气风道允许的阻力降范围内适当的提高烟气流 速，增强烟气横掠热管元件外壁时的扰动性，使气流产生自清灰作用；b.适当提高管壁温度，管壁壁温高，管外始终呈干燥状态，因此，也就不会结焦不易粘附烟灰，减少灰分凝聚；c. 将热管式换热器采取一定的倾斜度放置，减少翅片表面的积灰能力；d.选择合适的吹灰装置 定期吹灰，防止堵灰，在设备底部设置灰斗收集灰尘，灰斗定期卸灰并装车外运。近年来研 制的回转式热管换热器，改善了传热送风性能，有效解决了积灰问题。
4. 结论
将电炉烟尘处理分为外排烟系统和内排烟系统，具有投资少，施工周期短的优点。另外，使用多级热管对系统余热进行回收，实现了能源的充分利用，节约了能源。同时减少了废热、烟尘的排放，符合环保的要求。
参考文献：
[1] 姚群， 陈隆枢， 韦鸣瑞. 大型火电厂锅炉烟气袋式除尘技术与应用[J]. 安全与环境学报，2005，4：1-4
[2] 王淑勤，常连生. 中小型燃煤锅炉烟气除尘脱硫的分析[J]. 环境工程，1999，4：43-45
[3] 周乃君，易金萍. 工业炉烟气余热回收节能率的计算方法讨论[J]. 有色冶金節能，2000， 6：18-20