1、 武汉工商学院 毕业论文 (设计 ) 学院 ： 工学院 专业 ： 环境工程 年级 ： 10 级 题目 :武汉钢铁公司转炉烟气高温除尘工程设计 学生 ： 陈威 学号 ： 1004040112 指导教师 ：肖惠萍 职称 : 副教授 2014 年 12 月 10 日 武汉工商学院 本科毕业论文（设计）原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以 标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 年 月 日 目 录 摘 要 . 1 关键词 . 1 Abstract
2、 . 1 Key words . 1 1 绪论 . 1 1.1 工程概述 . 1 1.2 武钢转炉工艺概况 . 1 1.3 设计目的和意义 . 1 2 转炉烟气来源与分析 . 2 2.1 转炉排烟情况 . 2 2.2 设计要求 . 2 3 工艺 的选择 . 2 3.1 湿法除尘工艺简介 . 2 3.2 干法除尘工艺的优缺点 . 2 3.3 工艺的最终选定 . 2 3.4 工艺流程 . 2 4 干法除尘工艺 . 4 4.1 集气罩类型选择 . 4 4.2 换热器的介绍及选用 . 4 4.3 文氏管湿式除尘器的介绍及选用 . 8 4.4 除雾塔 . 11 4.5 袋 式除尘器的结构与工作原理 .
3、11 4.6 净化系统管路设计 . 13 4.7 风机的选择 . 15 5 设备一览 表 . 18 6 工程费用 报价表 . 18 7 结论 . 18 参考文献 . 18 致谢 . 20 1 武汉钢铁公司转炉烟气高温除尘工程设计 摘要 ： 本设计是针对武钢 50 吨转炉废气的处理。平均烟气量为 10000 m3/h。本设计对比了湿法除尘工艺与干法除尘工艺的优缺点。最终选定了使用干法除尘工艺。在干法除尘工艺的具体选择上，本文对比了电除尘器与布袋除尘器的优缺点，最终决定选用布袋除尘器。本文详细列出了风管、风机的选 择方式，并列出了抽风管道中压力降的详细计算方法。本文还列出了废气在处理前的污染指标以
4、及其在被处理后的污染指标，本设计是要使处理后的废气可以达到国家规定的排放标准。本文在后一部分列出了此工艺所选用的各设备的具体特征及制作设备的材料的选择，并给出了合理详细的报价清单。 关键词 ：转炉废气；干法除尘；湿法除尘；布袋除尘器 Process Design of Converter Flue Gas Dedusting System for Wuhan Steel Company Abstract:This design is aimed at wisco 50tons converter exhaust gas treatment.Average smoke volume is 134
5、5m3/h.This design compared the wet dust removal technology.Finally selected the use of dry dust removal process,this paper compared the advantages and disadvantages of the electrostatic and bag dust collector,finally decided to choose cloth bag dust collector.This article details the dust,fan select
6、ion,lists the convulsions pipeline pressure drop of the detailed calculation method.This paper also lists the exhaust pollution after being processed,this design is to make the processed waste gas can reach the discharge standards prescribed by the state.listed in this paper,the back part of the pro
7、cess using the specific characteristics of the equipment material selection,and gives the reasonable and detailed quotation list. Key words:Converter exhaust gas;Dry dust removal;Wet dust removal;Cloth bag dust collector 2 1 绪论 1.1工程概述 武汉钢铁公司位于武汉市青山区，是世界第四大钢铁企业。武钢使用的是目前世界上最先进的氧吹转炉工艺。以转炉工艺生产的钢材产量巨大。设
8、备都是 50t 氧吹转炉，每台设备 22min出钢 45t。由于烟尘排放量巨大且国家对环保的要求越来越严格，原有的废气除尘系统由于工艺落后且使用周期接近终结，所以不再能满足现有废气的处理要求。需要逐步的使厂区所有的转炉废气都得到最新工艺的处理后再排放。本工程属于武钢转炉废气处理的一期工程。工程量包含对一台 50t 转炉产生的废气的处理。 氧吹转炉炼钢工艺的钢生产量占武钢所 有钢材生产量的比重相当大。又因为氧吹转炉炼钢工艺产生的废气量特别多，所以对厂区乃至厂区所在的整个地区的环境破坏相当严重。一期工程属于实验性工程。内容是处理 17 号厂房氧吹转炉所产生的废气。所能取得的处理效果对后续工程有着借
9、鉴意义。 本设计将遵守国家环保部发布的最新技术规范原则。本设计将在对比两个较可行的方案后，定出一个最佳的方案。本工程将在经济、技术条件许可的前提下，使用最先进的工艺，确保处理效果达到预期要求，也确保此工艺在一定时期内不会被技术的更新换代所淘汰。 1.2 技术概述 可用于处理氧吹转炉废气的设备 有多种选择，如旋风除尘器、重力沉降室、填料洗涤塔、文丘里除尘器、电力除尘器、布袋除尘器等。有湿式除尘工艺和干式除尘工艺。由于氧吹转炉废气有高温的性质，所以在处理过程中要加入降温的环节。在湿式除尘工艺中会产生大量污水，由于一期工程无法有效的建立统一的污水处理设施，所以选用干法除尘工艺。文丘里除尘器属于自激式
10、湿式除尘器，不仅可以有效的除去一部分金属颗粒，还可以有效的降低废气的温度。废气经过文丘里除尘器的处理后就进入填料洗涤塔处理。填料洗涤塔不仅可以给废气进一步的除尘、降温，其中的除雾装置还可以使气体干燥。经过了 填料洗涤塔处理过的废气再进入布袋除尘器。布袋除尘器在这里是作为对废气中的金属粉尘进行最终精细去除的工序，预期经过这一道工序后，废气中的金属粉尘能得到接近 100%的去除。废气在通过布袋除尘器之后最后进入煤气柜。由于被除去了金属粉尘的废气中 CO 的含量非常高，所以这些剩余气体需要被导入煤气柜中，然后在出口处被燃烧掉，转化成的无害气体将于废气中原有的无害气体一道被排入大气。 1.3 经济概述
11、 本工程设计的经济原则是在保证废气的处理能达到所需效果的前提下把经济投入尽可能降低。在设备的摆放及管道的排布中，尽量减少由于排 布不合理而导致的管道、场地的浪费。在可以确保安全使用的前提下，在设备的制作中尽量避免使用超过实际所需的厚度的板材，以节省制作成本和材料成本。在设备制作完毕的安装过程中尽量使安装程序合理，是设备可以尽快投入使用。 1.4 设计的目的和意义 此设计的意义有三点：一是大力保护了厂区内外甚至厂区所在地区的环境，使工人及附近居民的健康得到了很大保护；二是利用热交换器加热废水有节能的意义；三是煤气回收再利用的环节是有降耗的意义。所以此设计有减排、节能、降耗三重意义，符合国家环保法
12、的要求，是对国家环保法的一次开拓性实践 。所以做好武钢的转炉废气处理不仅可以有效保护厂区所在地的环境，对世界的其它炼钢企业的废气处理也有很好的示范作用。 3 2 转炉烟气来源与分析 2.1 转炉排烟情况 武钢 50t 转炉的排烟量是 81.53m3/t，烟气含尘浓度是 0.169kg/m3。 50t 转炉 22min 出钢一次，出钢量为 45t。转炉所排烟气量平均为 104m3/h。 2.2 设计要求 设计排放要求，见表 2-1。 表 2-1 处理前后各污染物的含量指标 金属粉尘（ kg/m3） CO（ %） 温度（ ） 排放前 0.169 86 1600 排放后 1.510-5 2 60 3
13、 工艺的选择 3.1 湿法除尘工艺简介 湿法除尘工艺主要是把干法除尘工艺中的电除尘器或布袋除尘器等干式除尘设备换成了重力脱水器或弯头脱水器等湿式除尘设备，并在最后设文氏管来脱水。 湿法除尘工艺的优点是安全可靠，系统比较简单。但同时也存在诸多问题，主要有：需要的除尘水量很大；蒸汽和湿粉尘粘结到引风机叶片，造成转子不平衡，引起风机震动损坏，故障率高，影响系统正常稳定运行；系统易结垢，导致除尘能力下降，积尘效果和净化效果变差，炉口烟尘外溢、放散塔冒黄烟；系统阻力大，耗电高；污 泥处理工序复杂且容易造成二次污染；受文氏管效率影响，烟尘排放浓度偏高（为 100mg/Nm3）。 3.2 干法除尘工艺简介
14、干法流程的优点是不需废水处理设备和污泥脱水设备等，因此干法除尘具有水耗低、无污水处理系统、电耗低、风机运行稳定、粉尘排放浓度低（为 10mg/Nm3）等诸多优点。存在一些问题主要是：干法除尘造价高、自动控制连锁多，要求自动化程度高；采用的机械设备多，结构复杂，故障率高，维修时间长。 3.3 工艺选择 由于武钢有大量的转炉废气需要处理。如果选用湿法除尘工艺，最终用水量会很大，而且产生的废水 将难以处理。选择干法除尘工艺不仅可以避免上述问题，而且烟尘的净化效果也远好于湿法除尘工艺。所以最终选定干法除尘工艺。 3.4 工艺流程 图 3-1 武钢转炉烟气处理系统工艺流程图 4 转炉烟气经集气罩收集以后
15、经换热器降温，进文氏管 旋风脱水器 除雾器除尘降温后，再经布袋除尘器除尘，烟气达到排放标准，经引风机排放至煤气柜，工艺流程见图 3-1。 4 干法除尘工艺 4.1 集气罩类型选择 选择接受式集气罩。有些生产过程和设备本身产生或诱导的气流运动，如由于加热或惯性作用形成的污染气流。集气罩设在污染 气流前方，有害物会随气流直接进入罩内。这类集气罩统称为接受式集气罩。 集气罩设计原则 （ 1） 对散发粉尘或有害气体的工艺流程与设备应采取密闭措施，尽量采用密闭罩。确定密闭罩的吸气口味、结构和风速时，应使罩内负压均匀，防止污染物外逸，对于散发粉尘和挥发性的污染源，应避免过多负压。 （ 2） 当不能或不便采
16、用密闭罩时，可根据工艺操作要求和技术经济条件选择适宜的其他开敞式集气罩。集气罩应尽可能包围或靠近有害污染源，使污染物局限在较小空间内，并尽可能减少吸气范围，便于捕集和控制污染物。 （ 3） 吸气点的排风量应按防止粉尘或有害气体扩散到周围 环境空间的原则确定，集气罩的吸气应尽可能利用污染气流的运动作用。 （ 4） 已被污染的吸入气流不允许通过人的呼吸区，设计时要充分考虑操作人员的位置和活动范围。 （ 5） 集气罩的配置应与生产工艺协调一致，力求不影响工艺操作。在保证功能的前提下，应力求结构简单、造价低廉，便于安装和维护管理。 （ 6） 防止集气罩周围的紊流，应尽可能避免或减弱干扰气流、穿堂风和送
17、风气流等对吸气气流的影响。 目前多采用控制速度法计算外部集气罩的排风量。利用外部集气罩的几何尺寸及罩口速度分布就可以很方便的求得外部集气罩的排风量。排风量可用下式计算 ： oVAQ 0 式中： Q集气罩排风量， m3/s； Ao罩口面积， m2； Vo罩口的吸入速度， m/s。 集气罩的结构、吸入气流速度分布、罩口压力损失的变化都会影响排风量。 计算排风量的关键是确定控制点至罩口的距离 X和控制风速 Vx。控制点是指有害物发生地点。控制风速是保证污染物能被全部吸入罩内时控制点上必须具有的吸入速度。 4.2 换热 器设计 4.2.2 换热器类型 考虑到经过热交换的水还要回用，所以选择间接水冷。间
18、接水冷是高温烟气通过烟管管壁将热量传出，由水冷夹套或冷却管束中流动的水带走的一种冷却方式，常用的设备有水冷夹套和水冷冷却器。 1） 水冷夹套管 水冷夹套管是由直径不同的两管同心套在一起所组成，内管内通烟气，套管中通冷却水，通过内管壁进行换热以将烟气冷却。优点是结构简单，实用可靠，是一种常用的冷却方式。但其传热效率较低，耗水量大。烟管直径较大时，夹层中设分水板，以使水路加长，增大水速，加强传热，同时也加固了内外管的连接。夹层厚度在使 用软化水时一般为4060mm，不能太小；当使用非软化水且硬度大时，厚度要加大。供水进口在下，出水管在上，水的流向采取与烟气流向相反的逆流形式，供水进口管设在烟气出口
19、端。一般进水温度为 30 ，出水温度不宜高于 45 ，以免结垢，温差 15 。水压采用 0.30.5MPa。管内烟气流速，标准5 状态下取 1015m/s，水流速度取 0.51.0m/s。 2） 密排管式水冷管 密排管式水冷管是由很多 5089mm无缝钢管拼焊而成的圆形或矩形烟管，管与管之间净距为 13mm，管内通冷却水，通过水冷管外壁面换热以将烟气冷却。 结构较水冷套管复杂，加工难度也大，但传热面积大，传热效率较之也大，是电炉排烟中常用的方式，适于较大烟管传热进行烟气冷却。 3） 壳管式水冷却器 壳管式冷却器是在一密闭壳体内平行设置多排管束，烟气从管内通过，壳体内烟管外流过冷却水，通过冷却水
20、与烟管外壁的热交换使烟气冷却。顶部烟气进出口尽可能布置在两侧，顶部开检查门可便于维护清灰。传热面积大而烟管较长者可采用双程式，传热面积小而烟管较短者采用单程式。壳管式冷却器的优点是传热效果好，冷却面积小，钢耗少，其冷却后的热水可利用。缺点是水耗量大，对于缺水、节水地区较难应用 。 冷却水采用软化水，进口温度为 30 ，出口温度为 45 .冷却水流向与烟气流向相反，形成逆流形式，传热效果高，水的入口在烟气出口侧，水的出口在烟气入口测，水压为 0.30.5MPa。烟管管束可布置成矩形、三等边三角形、菱形等。考虑烟气通路大一些，以免积附粉尘，便于清灰，烟管管径通常用 76 140mm，管中心距取管径
21、的 1.31.5倍。烟管内标准状态下的烟气流速建议采用 1015m/s，冷却水流速取 0.51.0m/s，使其达到紊流状态，有利于传热。为增大换热量，在壳管内部可增设横隔板，变水的纵向流动为横 向流动的多次折流，以增加水的流程，加大流速，消灭死角。还可采用螺旋管、螺旋翅片、管壁凸缘等措施，增大传热面，形成旋流场。 壳管式水冷器的传热系数 K值按式（ 1）计算，其中的烟气与管内壁金属面的换热系数 i，对于水冷器是至关重要的，其数值通常在 100W/（ m2 ）以下。管外壁与冷却水的换热系数。可高达 580011600W/（ m2 ），热阻很小，可忽略不计。按前述钢管管壁厚度很小，导热系数大，热阻
22、也很小；采用软化水，水垢热阻几近于零；这两者也忽略不计。灰层热阻，对于转炉烟气也小，一般为 Rh=0.0050.01m2 /W。 由上述，水冷却器的传热系数 K值可简化为 )1(11 1 2 CmWRRK ihihi 由于 CmWCC sritcii 2，因而 K值计算式更可简化为 )4(sritci CCK 式中： K体热系数， W/（ m2 ） ； 热效系数，在有清灰措施的条件 下，对于转炉烟气 =0.900.95； ci 转炉烟气定型对流换热系数， W/（ m2 ） ，见图 4-1； Ct温度修正系数，见图 4-3； ri 转炉烟气基准辐射换热系数， W/（ m2 ） ，见图 4-2；
23、sC 转炉密封性修正系数，对于 密封性好的转炉， sC =1.09；密封性一般 sC =1.0；密封性差 sC =0.93。 影响传热的因数，主要是传热系数 K、热交换面积 F和对数平均温差。在一定条件下，提高其中任何一项的数值均可达到强化传热的目的。提高 K值，应经常注意烟管内积附粉尘的程度，应在一定时间内，对烟管进行维护清扫，以清 除灰层，提高传热效果。 在一定的钢耗量下增加传热面积，采用较小的管径，单位空间内配置的总表面积就较大，对流换热系数也可增大。但管径不能过小，以免增加气流阻力和引起烟管积灰。在一定的冷热流体进出口温度下，增大对数平均温差，如采用烟气流向与冷却流体（水或空气）流向相
24、逆布置（逆流），温差可加大。 烟气比热容。在烟气交换计算中常用到平均摩尔定压热容（容积比热容），按各组成气体百6 分比叠加的原理，烟气的平均摩尔定压热容计算如下： ni piip CC 1 （ 5） 式中： pC 烟气的平均摩尔定压热容 ， J/（ mol ） ； i 烟气中各组成气体所占体积百分数， %； piC 烟气中各组成气体的平 均摩尔定压热容， J/（ mol ） 。 几种气体的平均摩尔定压热容值列于表 4-1。 表 4-1 几种气体的平均摩尔定压热容（ kJ/（ kmol ） t( ) N2 O2 空气 H2 CO C2O H2O 电炉烟气 a=1.5 a=2 0 29.136 2
25、9.262 29.082 28.629 29.104 35.998 33.490 30.448 30.315 18 29.140 29.299 29.094 28.713 29.144 36.450 33.532 30.542 30.399 25 29.140 39.316 29.094 28.738 29.148 36.492 33.545 30.551 30.408 100 29.161 29.546 29.161 28.998 29.194 38.192 33.750 30.909 30.735 200 29.245 29.952 29.312 29.119 29.277 40.151
26、34.122 31.375 31.170 300 29.404 30.459 29.534 29.169 29.546 41.880 34.566 31.866 31.633 400 29.622 30.898 29.802 29.236 29.810 43.375 35.073 32.347 32.091 500 29.885 31.355 30.103 29.299 30.128 44.715 35.617 32.833 32.558 600 30.174 31.782 30.421 39.370 30.450 45.908 36.191 33.306 33.015 700 30.258
27、32.171 30.731 29.458 30.777 46.980 36.781 33.614 33.302 800 30.773 32.523 31.041 29.567 31.100 47.934 37.380 34.192 33.873 900 31.066 32.845 31.338 29.697 31.405 48.902 37.974 34.614 34.283 1000 31.326 33.143 31.606 29.844 31.694 49.614 38.560 34.965 34.624 1100 31.614 33.411 31.887 29.998 31.966 50
28、.325 39.138 35.331 34.982 1200 31.862 33.658 32.130 30.166 32.188 50.953 39.699 35.649 35.294 1300 32.092 33.888 32.624 30.258 32.456 51.581 40.248 35.957 35.592 1400 32.314 34.106 32.577 30.396 32.678 52.084 40.799 36.232 35.861 1500 32.527 34.298 32.783 30.547 32.887 52.586 41.282 36.498 36.121 （
29、kg/m3） 1.25 1.43 1.29 0.09 1.25 1.98 0.72 1.4 1.39 相对分子质量 28.01 32 2.0 28.01 44.01 18 说明：温度范围： 01500 ，压力： 101.325kPa。 烟气量为 gL 的烟气 由温度 gt 冷却到 mt 所放出的热量为 mmggg tCtCLQ 4.22（ 6） 式中： Q烟气放出的热量， kJ/h； L烟气量， m3/h； mgCC, 分别是烟气为 gt0 及 mt0 时的平均摩尔定压热容， kJ/(kmol )； mgtt, 冷却前后的烟气温度， 。 2121 / ttIn tttm 12 21 , ama
30、g tttttt （ 7） 式中： 1t 冷却器烟气入口处管内外流体的温差， ； 2t 冷却器烟气出口处管内外流体的温差， ； mgtt, 烟气入口、出口处的温度， ； 21,aa tt逆流时为冷却介质、出口温度、顺流状态为冷却介质、进口温度，自然空冷时，两者均为同一环境空气温 度， 。 7 冷却介质为水时，其所吸收的热量为 1 0 0 012 wwp ttGCQ （ 8） 式中： Q冷却水吸收烟气的热量， kJ/h； G冷却水量， m3/h； pC 水的比热容， CC 4530 时， CkgkJC p /18.4 ； 1000水的密度， kg/m3； 21,wwtt水的初温、终温，通常采用
31、CC 45,30 。 换 热器的选用。由于此工艺中换热器后面连着文氏管湿式除尘器，而文氏管耐温最高为400 。所以此次换热的目标为使换热器出风温度为 400 。 出于对场地占用的考虑，此次设计选用壳管式水冷却器。 烟气平均温度 9 5 02/4 0 01 5 0 0 pjt 。采用壳管式水冷却器，设其烟管直径为 1023.5mm，烟气从管内通过，烟气在管内流速设为 18m/s，则需管束的总横截面积为 27.0183 6 0 0/2 7 39 5 02 7 31 0 0 0 0 mF 需管束的钢管数为 9920 0 3 5.01 0 2.04/1.1 2 n 根 取 100根，在一方形壳体内布置
32、。则实际烟管内烟气流速为 smV /56.170 9 5.041 0 03 6 0 0/2 7 39 5 02 7 31 0 0 0 0 2 计算传热系数 K V=17.56m/s，查图（ 4-1）得 CmWci 2/8.40 ； Chpj 950 ，查图（ 4-3），得 85.0tC（查平均烟气成分曲线）；再查图（ 4-2）， CmWri 2/1 4 6.8 。按公式（ 4-3）计算 K值， 值选用 0.93，可得 CmWK 2/8.391146.885.08.4093.0 计算烟气散出热量 Q 烟气比热容按公式（ 5）计算，按烟气成分查表（ 4-1），得 1500 时 Ck m o lkJ
33、C g /85.342 9 8.340 0 5.05 2 7.320 3 5.05 8 6.521.08 8 7.3286.0 900 1000 时 Ck m o lkJC m /32.33994.32005.0196.31035.0258.491.055.3186.0 按公式（ 6），逆流式计算对数平均温差 tm，按冷却水进口温度 30 ，出口 45 ，由公式（ 7）得 CInt m 792370/1 4 5 5 30400451 5 0 0 计算换热面 积 21 5 37 9 28.39/1 0 0 04 8 3 0 mF 求所需管束的长度为 ml 8.4102.0100/153 取 5m，则实际换热面积 21605102.0100 mF
