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6300 KVA 铁矿 除尘器 设计

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西南交通大学本科毕业设计 院系 环境科学与工程学院 专 业 环 境 工 程 年级 环境2000级 姓 名 周 军 题目 超微细粉尘的处理 指导教师评 语 指导教师 (签章) 评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日毕 业 设 计 任 务 书班 级 学生姓名学 号 发题日期： 2004 年 3 月 日 完成日期：毕业当年的 6 月 日题 目 超 微 细 粉 尘 的 处 理 1、 设计原始资料 一台6300KV.A 的矿热炉，冶炼产品为硅铁，试设计一除尘器，烟气经处理后，烟气排放浓度达到国家固定的标准。 大气污染一级排放标准：100mg/m3 烟气含尘浓度 ： 1.5g/m3 2、 设计各部分内容及时间分配：（共 12 周）第一部分 资 料 收 集（ 3 周）第二部分 工艺比较确定（ 2 周）第三部分 系统设计计算（ 2 周）第四部分 制 图（ 1 周）第五部分 毕业设计撰写及修改（ 3 周）评阅及答辩（ 1 周） 3、计算说明书内容 1、除尘器的选型 2、除尘器的设计计算 3、除尘系统设计计算 4、脉冲袋式除尘器的使用与维护 4、 应交出之图纸及文件 1） 除尘系统工艺图 2） 除尘器和冷凝器花板布置图 3） 袋式除尘器和冷凝器外部结构尺寸图 4） 除尘器单室布袋布置图 5、 参考文献 1、除尘工程设计手册 张殿印 王 纯 主编 化学工业出版社出版 2003年9月第一版 2、铁合金生产实用技术手册赵乃成 张启轩 主编 冶金工业出版社 1998年4月第一版 3、工业废气净化与利用 童志权 主编 化学工业出版社 2001年5月第一版 4、大气污染控制工程蒋文举 宁平 主编 四川大学出版社 2001年10月第一版 指导教师： 年 月 日审 批 人： 年 月 日 西南交通大学本科毕业设计 第- 64 -页 目 录摘 要III第一章 绪 论11.1 铁合金的定义及用途11.1.1、铁合金的定义11.1.2、 铁合金的用途11.2 铁合金的历史、现状及发展21.2.1、铁合金工业生产的起源21.2.2、国外铁合金工业的生产现状21.2.3、我国铁合金工业的飞跃发展21.2.4、铁合金生产技术的发展趋势31.3 硅铁生产工艺技术51.3.1、硅及其化合物的物理化学性质51.3.2、硅铁的冶炼方法及基本原理71.4 铁合金还原电炉91.5 硅尘的回收与利用101.5.1、硅尘的物理化学性质101.5.2、硅尘的综合利用121.6 FeSi75烟气、煤气、烟尘的参数131.6.1、工业硅炉烟气的产生及变化规律131.6.2、烟气的性质14第二章 除尘器的设计与选型162.1 除尘器工作机理和性能162.1.1、除尘器的工作机理和分类162.2 除尘器的主要性能指标及选型要点252.2.1、除尘器的主要性能指标252.2.2、除尘器的选型要点282.3 设计方案论证312.3.1、拟治理方案论证312.3.2、国外矿热电炉烟气治理概况332.3.3、治理方案33第三章 设计及选型353.1 烟气量的计算353.2 混入空气量的计算373.3 换热器计算373.4 除尘器设计计算383.5 烟囱部分的计算403.7 风机的选型473.8 效率核算47第四章 经济技术分析及讨论484.1 经济技术分析484.2 讨论50附录52参考资料：52翻译53翻译原文60摘 要近年来，我国铁合金工业的生产和技术有了很大的发展，但我国铁合金企业的环保和综合利用是比较落后的。硅铁电炉绝大部分还是敞口炉，锰铁和铬铁电炉已封闭的尚属少数，厂区的上空还大量散发烟尘对大气环境和自然生态环境的污染十分严重。气箱脉冲袋式收尘器是美国富乐公司引进具有九十年代水平的高效率袋式除尘器。它集分室反吹和脉冲喷吹等诸类除尘器的优点，克服了分室反吹清灰强度不够，脉冲喷吹清灰和过滤同时进行的特点，因而扩大了袋收尘器的应用范围，提高了收尘效率，延长履带使用寿命。本文根据硅铁厂6300kVA电炉的基本参数、当地的实际情况及相关的排放标准来设计除尘器。通过对各类除尘器原理、运行费用、烟气及粉尘的性质等各方面综合考虑，选取FPPF96-210气箱脉冲袋式除尘器进行设计计算，确定除尘器的类型、除尘效率、布袋的参数、灰斗以及冷凝器的工艺参数等，并计算了相应的经济成本。袋式除尘器是高效除尘的一种重要手段，它广泛应用于冶金、铸造、建材、电力等行业；由于袋式除尘器具有除尘效率高、运行稳定、抗冲击负荷大、能满足严格排放的标准等一些列优点。随着袋式除尘器及其相关技术的不断改进及完善，它将为我国的铁合金企业及工农业的环境保护取得巨大的成就。 关键词：冷凝器、烟气量、袋式除尘器、清灰方式、6300kVA电炉AbstractRecent years, the production and technology of ferroalloy industry have been greatly developed in our country, while the environmental protection and comprehensive utilize of ferroalloy enterprises are relatively lagging. Most ferrosilicon electric furnaces are open stove. Ferromanganese and ferrochromium electric furnaces which are closed-end are little.Large quantities of plume and dust which are seriously polluted to the atmosphere environment and natural ecological environment are emitting into the sky over the factory areas.Air case pulse-jet style bag house filter was introduced from Fule Company of American, with high efficiency technology of 1990s. It incorporated the advantages of separately bag house reverse blow and reverse pulse-jet of air and so on, overcame the low intensity of separately bag house reverse blow, and simultaneous operating of reverse blow and filtrate at a time. So it improved the dust collection efficiency, prolonged the operational life span, extended the usage of bag house filter. This text designed the filter according to the elementary parameters of the 6300kVA electric furnace ferrosilicon factory, local conditions and related emitting standards. We took the principles of each dust collector operation fee and the character of smoke and dust into consideration, then chose FPPF96-210 air case pulse-jet bag filter to calculate. So to decide the type, collection efficiency, parameter of cloth bag dust hopper and cooler, also computed relate economical cost.Bag filter is a main way of high efficiency dust collection. And its extensively used in metallurgy, coin, building stuff, and power industries. For the bag filter has advantages of high dust collection efficiency, running steady, impulse rate resistant and can meet the strict emitting standards. As the improvement and integrity of bag filter and related technology, it will lead great achievement to the environmental protection of ferroalloy industry and agriculture.Key words: condenser, fumes, bag house filter, 6300kVA stove.第一章 绪 论1.1 铁合金的定义及用途1.1.1、铁合金的定义铁合金是一种或两种以上的金属或非金属与铁元素组成的，并作为钢铁和铸造业的脱氧剂、脱硫剂和合金添加剂等的合金。例如硅铁是硅与铁的合金；锰铁是锰与铁的合金；硅钙是硅与钙的合金。就生产方法与用途而言，铁合金还包括含铁极低的锰、铬、钒及工业硅等合金金属。1.1.2、 铁合金的用途铁合金是钢铁工业和机械铸造业必不可少的重要原料之一，其主要用途：一是作为脱氧剂，消除钢铁中过量的氧；二是作为合金元素添加剂，改善钢的质量与性能；三是用作铸造晶核孕育剂，改善铸铁和铸钢的性能；四是用作还原剂，硅铁可用作生产钼铁、钒铁等其他铁合金的还原剂。其他方面的用途。在有色冶金和化学工业中，铁合金也越来越被广泛地使用。随着我国钢铁工业持续、快速地发展，钢的品种、质量的不断扩大和提高，对铁合金产品提出了更高要求，铁合金工业日益成为钢铁工业的相关技术和配套工程。1.2 铁合金的历史、现状及发展1.2.1、铁合金工业生产的起源铁合金的工业生产始于19世纪中期。1860年左右，贝尔努利用钨酸同铸铁起反应制得钨铁。1875年，法国普尔赛尔成功地在高炉中制得了含硅1018的硅铁。随后陆续的制得了各种铁合金。1910年以后还原电炉冶炼各种铁合金获得了迅速发展。1.2.2、国外铁合金工业的生产现状目前，世界约有五十多个国家生产铁合金，重点铁合金公司和贸易点1000多处。钢铁工业发达的前苏联、美国、日本、法国等铁合金工业也很发达。具有丰富矿物资源和能源的南非、挪威、巴西等国近些年在电炉铁合金工业方面发展得十分迅速，其产品大量涌进国际市场。加拿大及一些发展中国家，如印度、墨西哥、津巴布韦、菲律宾、伊朗等也新建起了铁合金企业。生产铁合金的各国除了铁合金电炉设备技术发展较快外，在铁合金品种方面的发展和变化也较大，新产品开发和产品再加工、精加工等方面也都有了新的进展。1.2.3、我国铁合金工业的飞跃发展据记载，我国铁合金工业生产的情况为：1894年在汉阳铁厂28.4m3高炉中炼制出锰合金；20世纪30年代末至40年代末期，我国曾经进行过多种铁合金的试制和小批量生产，当时只有几座小电炉生产硅铁、锰铁，年产量仅百吨。随着世界还原电炉大型化、机械化和自动化的进展，80年代中期至90年代间，除建设或技术改造一批新的6300kVA、12500 kVA、16500 kVA半封闭及全封闭式还原电炉车间外，还建成了具有当今世界技术和装备水平的25000 kVA、30000 kVA、31500 kVA及50000 kVA的大型现代化还原电炉车间。目前我国有重点铁合金企业18家，地方中、小型骨干企业57家以及小型企业1000余家，年设备生产能力约500万t。至今，我国铁合金工业逐步形成多个品种、多种容量（规模）、多种生产方法的大、中、小型结合的行业格局。“八五”期间，我国坚持技术引进和自主开发并重，大力优化装备结构，年产铁合金突破300万t，雄踞世界首位，迈上大型铁合金电炉技术的新台阶。我国铁合金产品已经做到自给有余，“八五”期间实现年出口铁合金100万t，还相菲律宾、伊朗、巴基斯坦等国出口成套的铁合金工程和设备技术。至今，我国不仅是铁合金生产大国，同时也是产品出口大国。1.2.4、铁合金生产技术的发展趋势近20多年来，随着铁合金工业的发展和科学技术的进步，世界铁合金工业生产在品种、冶炼技术、技术装备、节能降耗、环境保护、能量回收和资源利用等技术方面都有迅速的发展和突破。略述于下。1、精料技术精料是电炉铁合金增产节电的重要环节。近10多年来，铁合金电炉生产采用精料的水平有了明显的提高，各国都在重视并相应采取了许多行之有效的措施。A、 采用优质组合碳质还原剂采用优质组合碳质还原剂，搭配气煤焦和烟煤，代替一部分冶金焦。这是国内外的一项成熟的操作技术。近年来，我国大中型硅铁电炉已普遍地使用以冶金焦为主，适量搭配气煤焦、蓝炭、半焦及烟煤等组合型碳质还原剂冶炼75硅铁，获得了优质、高产、节能的经济效果，一般每吨硅铁产品可节约7001000kWh。B、 改善入炉矿石的制备技术铁合金电炉正常操作，尤其是大、中型还原电炉，要求炉料具有合适的块度以确保良好的透气性。当前优质块状锰矿和铬矿供应日趋减少，为适应这一情况，国内外已应用了多种造块技术，以有效的利用粉矿和精矿，并获得较好的冶炼指标。例如：硅铁生产的原料制备，主要是选用优质组合碳质还原剂。同时越来越多地对硅石和含铁材料的化学与物理性能给予重视，其中优选高品位、热稳定性能及还原性能好的硅石，并应做到入炉前进行水洗筛选及预焙烧处理。对含铁料，除普遍应用碳素钢屑外，人们越来越关注铁精矿球团、铁鳞及铁鳞球团的使用。尤其是大型硅铁电炉为实现机械化原料输送和自动化加料操作必须优先选用。2、环境保护及综合利用铁合金企业的环境保护主要是对“三废”及噪声的治理，消除对环境的污染。工业发达的国家中铁合金生产对环境的污染问题已基本解决。其主要措施：（1） 半封闭式电炉的废气的利用和除尘工艺的实现，尤其是在硅铁和工业硅生产进行了消烟除尘、回收的硅粉在建材、化工等行业的应用：（2） 锰铁和铬铁电炉分别有90和60为全封闭式电炉，煤气被净化后用于化工生产和用于干燥，烧结和炼球；（3） 铬、钒的化学处理污水、废渣、烟尘的处理；（4） 废水的净化；（5） 软水闭路循环系统；（6） 工业废物（含废渣）的有效利用等。就总体而言，我国铁合金企业的环保和综合利用是比较落后的，硅铁电炉绝大部分还是敞口炉，锰铁和铬铁电炉已封闭的尚属少数，这样不仅炉气中的热量未能回收，还大量散发烟尘。就吉林、上海、湖南、遵义等几家铁合金已实施封闭的电炉而言，其煤气回收及利用、水处理也未彻底解决。原料、产品输送和加工过程中的粉尘，出铁、浇铸过程中的烟尘也未妥善的处理和加以回收利用。高炉锰铁虽已在减少荒煤气放散、煤气的洗涤净化与利用以及污水处理、炉渣利用等方面取得一些成果，但离有关要求差距甚大。其他铁合金产品，如铬、钒的化学处理污水、废渣、烟尘也未得到彻底根治。80年代以来，遵义、西北、湖南、宜昌、峨嵋铁合金厂先后引进了电炉烟气干式除尘技术、电炉煤气干式净化技术，经消化创新并结合技改工程得到广泛应用，尤其硅铁电炉烟气净化回收的硅尘在建筑行业的应用取得了突破性进展，变废为宝，有着显著的经济和社会效益，从此更加推动了硅铁电炉烟气治理。1.3 硅铁生产工艺技术1.3.1、硅及其化合物的物理化学性质1、硅的物理性质硅是非金属元素，呈灰色，有金属光泽，性硬且脆。硅的含量约占地壳质量的26。硅的主要性质如下：相对原子质量 28.08 密度（g/cm3） 2.33熔点/K 1683 沸点/K 2953电阻率/（m） 21402、硅的化学性质硅在常温下很不活波，但在高温下很容易与氧、硫、卤素及许多金属化合成相应的硅化物。硅和氧作用形成SiO2，放出大量的热：SiO2SiO2 H298-878.6kJ/mol硅与碳生成碳化硅，碳化硅是一种稳定的物质。当有铁存在时，稳定性大大下降。硅中只能溶解少量的碳，如1998K时在液态硅中只溶解0.32的碳。硅与铁可以以各种比例互相溶解，生成FeSi2、FeSi、Fe5Si3、Fe2Si，其中以FeSi最稳定。3、硅化铁硅铁是硅与铁互溶形成的固溶体，硅与铁化合物中，FeSi最稳定，其余均在固相或液相时分解。含硅4047时，熔点为16331533K；含硅7280时，熔点为15631613K。硅铁的密度取决于硅铁的含硅量，它的密度随合金含硅的增加而减小。由于硅铁内各相的密度差别很大，因而硅铁的合金容易产生偏析。另外硅铁中的铝、磷、砷等杂质可生成熔点较低的化合物，在硅铁缓慢冷却过程中，低熔点的化合物凝固较晚，而且较集中地分布在最后凝固部分及晶界上。当空气中的水份渗入铁锭内的裂缝，与这些低熔点的化合物反应，生成有毒的具有臭鸡蛋味的PH3和AsH3气体，合金晶界遭到破坏，铁锭因而粉化。4、硅铁冶炼的原料冶炼硅铁的主要原料是硅石、碳质还原剂和钢屑。硅石是由石英颗粒被粘合剂粘合而成的岩石，粘合剂成分也是SiO2。硅石中SiO2应大于97；有害杂质的含量要低；要具有良好的抗爆裂性；入炉的硅石还要求有一定的粒度。冶炼硅铁大多使用冶金焦作还原剂。在碳质还原剂化学成分中，主要应考虑固定碳、灰分、挥发分和水分。一般要求固定碳要高，冶金焦的固定碳大于84；灰分小于14，灰分中含磷量小于0.04；水分小于6。碳质还原剂的电阻率要大，气孔率要高，此外碳质还原剂要具有一定的机械强度，否则破碎损失大，产品成本增加，会影响料面透气性。钢屑是硅铁成分的调节剂。冶炼硅铁采用碳素钢屑，不准使用有色金属屑、合金钢屑和生铁屑。钢屑不应夹带外来杂质，锈蚀严重和沾有油污的钢屑不能入炉。钢屑含铁量应大于95，弯曲长度不超过100mm。除钢屑外，硅铁冶炼也可以选用碳素钢的铁鳞（轧钢铁皮）和铁精矿球团等。1.3.2、硅铁的冶炼方法及基本原理1、硅铁冶炼方法硅铁是在开口式或半封闭式（即矮烟罩）的还原炉内采用连续作业法进行冶炼的。在整个冶炼过程中，电极深而稳的插入炉料中，混匀的炉料，随料面的下沉而小批量的加入炉内。炉内料面始终保持一定高度，并呈平锥体形状，炉内铁水积存到一定程度时，打开炉眼放出铁水。2、冶炼原理二氧化硅是一种难还原的氧化物，而且其还原过程比较复杂。许多人对二氧化硅的还原机理和热力学进行过大量的研究，尽管他们提出的还原机理不完全相同，但有一点是公认的：用碳质还原剂还原二氧化硅时，有中间产物碳化硅和一氧化硅的生成与分解在二氧化硅的整个过程中起着重要作用。在较低温度下，二氧化硅与碳的作用： SiO2+3C=SiC+2CO G6703543.89TT开1523K在较高温度下，二氧化硅被碳还原成一氧化硅： SiO2+C=SiO+CO G15960077.94TT开2048K而且碳化硅在高温下因二氧化硅和一氧化硅的存在而被破坏： 2SiCSiO2=3Si+2CO G9738047.64TT开2043KSiCSiO=2Si+CO G4915024.59TT开1999K碳还原二氧化硅的总反应式为：SiO2+2C=Si+2CO G16740086.40TT开1938K在有铁存在时，还原出来的硅与铁反应，Si+Fe=FeSi G-285000.64T 碳化硅被铁破坏： FeSiCFeSiC G99009.14TT开1083K由于硅与铁生成硅化铁的反应是放热反应，因而它降低二氧化硅还原反应的理论开始反应温度。同时，铁的存在可以促进硅沉入熔池，使之离开反应区，从而改善二氧化硅的还原条件。冶炼硅铁时，二氧化硅的还原反应可以用下式表示： SiO22CnFeFenSi2CO 生成硅化铁因含量不同，反应放出的热量也不同，因而不同含硅量的硅铁，其开始还原温度也不同。熔炼的硅铁含硅量越低，二氧化硅被还原的理论开始反应温度也就越低。通过计算得出，冶炼45硅铁时，T开 为1861K；冶炼75硅铁时，T开 为1917K。1.4 铁合金还原电炉铁合金还原电炉可分为交流和直流还原电炉。交流还原电炉的分类方法很多，根据还原电炉的设备特点分类，有以下几种：（1）按电极相数可分为单相单电极电炉和三相三电极电炉；（2）按烟罩或炉盖设置形式可分为高烟罩及矮烟罩敞口式电炉、矮烟罩半封闭式电炉和全封闭式电炉；（3）按炉体可分为固定式和旋转式电炉；（4）按电极数量及布置形式可分为三相六电极圆形电炉和三相六级按“一”字形式排列的矩阵电炉。铁合金直流还原电炉是将直流电应用于铁合金电炉还原冶炼上。其主要特点是使用石墨电极或自焙电极，并且炉底接电源的一极，炉底既是导电体，又是熔炼坩埚。根据直流电炉的电极数量，它可分为单电极、双电极及三电极电炉。6300kVA硅铁交流还原电炉技术性能如下：炉型：矮烟罩半封闭式，变压器容量6300kVA，变压器一次侧电压10或35kV，变压器二次侧电压94106122V，变压器二次侧电压级数（级差）/级（V）：8(4)，电炉常用电压110、114V电炉常用电流32678A，电炉最大电流32678A，频率50Hz，相数3，接线方式D，d0（Y，d11），调压方式：无载电动，电极直径780mm，电极电流密度6.1A/cm2，电极极心圆直径1950mm，炉膛直径4500mm,炉膛深度1900mm，炉壳直径6000mm，炉壳高度3600mm，矮烟罩或炉盖净空高度1800mm电极升降工作行程1000mm，电极升降速度0.5m/min，平均日产量1414.5t，单位产品电耗：87008900kWh/t，年工作日330340d。1.5 硅尘的回收与利用1.5.1、硅尘的物理化学性质硅尘（也称硅粉）是在还原电炉内生产硅铁和工业硅时，产生的大量挥发性很强的SiO2和Si气体与空气迅速氧化并冷凝而生成的，每吨硅铁（FeSi75）壳产生硅尘200300kg。1、化学成分硅尘的SiO2很高，一般可达8598。硅尘的颜色随C、Fe2O3含量增高而色泽由白、灰白到灰、深灰变化。就质量而言，SiO2含量高，颜色淡白，白度4050。2、细度 硅尘的颗粒极其细微，从表1-1看出，粒度小于1m的占80以上。平均粒径为0.10.15m的是一种超微固体物质。硅尘与其他粉状物质相比，其比表面积可达200000280000cm2/g，比粉煤灰大50倍左右，比水泥约大50100倍。超微粒的制造和应用是80年代的高技术。目前已有Al2O3、氧化锆、磁性氧化铁等多种超微粒和碳化硅、氮化硅及其他金属和合金超微粉，可用于精密陶瓷、高性能粉末冶金、导电性材料、磁性材料、传感器等新材料。因此，硅尘具有的超微特性，在改善和提高材料的性能方面有着极为重要的作用。表1-1硅尘的粒径分布粒径/m中国A厂/%中国B厂/%美国某厂/%日本某厂/%102.34.75101.44.9356.514.324.6137.20.51.07.27.011.215.50.40.510.314.220.453.70.30.466.30.20.344.846.3615.10.10.263.590%时） 1630密度 2.13.0g/cm3堆密度 200250kg/m3pH值 6.78.0电阻率（常温下） 2.41014m（150时） 3.31012m自然倾斜角 38431.5.2、硅尘的综合利用1、用于水泥工程由于水泥生料配制；生产混合水泥；生产超密水泥；用作低水泥浇铸料。2、用于砂浆和混凝土在建筑、建材行业中是当前硅尘应用的主要途径。在砂浆和混凝土中使用硅尘时一般都与减水剂同时使用，主要起两个作用：（1）水泥水化过程产生的Ca（OH）2能与硅尘反应，产生低C/S比的CSH水化物，构成少含或不含Ca（OH）2、不易渗透的水泥结构，使砂浆和混凝土致密和均匀。（2）砂浆、混凝土中加入硅尘和减水剂，充填到水泥颗粒之间，使砂浆、混凝土显气孔率下降，气孔结构改善，进一步提高混凝土的性能。新拌硅尘混凝土的性能特点：粘性大、泌水性小。硬化后混凝土的性能特点：力学强度高、物理化学性能改善。目前硅尘混凝土已应用在下述地方：（1） 建造高层大厦。（2） 用于抗冲刷磨损、抗渗漏工程。1986年我国已将硅尘砂浆应用于葛洲坝水闸的修补和20003000m3蓄水池的防渗。（3） 用于高强度抗渗工程。我国上海用高强度预制件建造上海黄浦江越江隧道工程。（4） 用于抗硫酸盐、氯酸盐、钢筋防锈和提高耐久性工程。19761978年瑞典建造了受海浪冲击的码头工程；我国在沿海建造了水下采油平台。（5） 用于抗磨、抗冻、防腐等工程。3、 其他用途生产水玻璃；作为生产橡胶的填料；作球团粘结剂；作硅酸盐砖的原料；用于农肥和改良土壤；用于回炉；作防结块剂。总之，硅尘曾一度被认为是一种严重污染环境的烟尘，而今经各国的研究和利用已证实它是一种很有价值的商品。随着人们认识和实践的深入和发展，将会发现新的利用途径并不断提高其使用价值。1.6 FeSi75烟气、煤气、烟尘的参数1.6.1、工业硅炉烟气的产生及变化规律工业硅冶炼过程中，电炉产生的废气主要包括：电炉熔池在高温电热下，还原剂碳与氧发生反应生成CO和CO2；熔池内碱性金属炉料在高温下气化、熔融金属被氧化或直接蒸发进人废气（随后冷却变成固态粒子）；未被完全燃烧的焦碳末、矿粉等被气化和蒸发的金属或热气流带出熔地进入废气；在烟囱抽力的作用下，从烟罩敞口处进人的空气。这些物质就构成了电炉烟气，也就是我们经常见到的浓浓的白色烟雾。在一炉工业硅冶炼过程中，烟气量、烟气成份和烟气温度是不断变化的：烟气量一般是前后期较小，中间最大；烟尘浓度是前中期较高（因为前期要加料，中期要捣炉、投料），后期较低；烟气温度是随着熔池温度的升高而升高。1.6.2、烟气的性质半封闭工业硅炉烟气的主要成份是N2和CO2，另外还有少许H2O等，各组成成份的含量如表1所示。当然烟气的成份并不是一成不变的，而是与炉料和炉况的变化密切相关。6300kVA电炉烟气的产生量一般为 78000Nm3/h，烟气温度一般为150280。当料面产生刺火现象时，烟气量和温度会向上波动25左右。表1-3 FeSi75的烟气、烟尘的性质冶 炼品 种烟气理论量（Nm3/t）烟气成分（理论体积分数）/COCO2CH4H2FeSi75190091.730.64.7续表烟（煤）气成分（理论体积分数）/CO2H2ON2O2约3127578518续表烟尘成分/SiO2FeOMgOAl2O3CaOC约90约3约10.21.50.4134续表烟尘粒度/%8857由表1-3可知：电炉烟尘粒径小于lm的部分占据了很大比例，用一般的除尘技术是不能治理达标的。总之，半密闭工业硅炉烟气量大、含尘浓度高、烟尘粒径小，烟尘危害性大。正因为如此，使烟气净化比较困难、复杂。第二章 除尘器的设计与选型除尘器的设计与选型是除尘工程设计中的重要环节之一。除尘器的选型包括除尘器类型容量大小选择及针对工程具体要求的选择等。选取除尘器类型包括机械除尘器，袋式除尘器，电除尘器，湿式除尘器，空气过滤器等。2.1 除尘器工作机理和性能2.1.1、除尘器的工作机理和分类除尘器的工作原理都是以作用力为理论基础。根据力的性质不同，设计出不同的除尘器。除尘工程中常用的除尘器分为四大类，这些除尘器都是依靠各种作用力从气体中分离和过滤粉尘粒子的。2.1.1.1、机械除尘器的工作机理机械除尘器有重力沉降室，惯性除尘器和旋风除尘器三个类别。它们的主要特点是结构简单、易于制造、价格低廉、便于维护等，因而广泛的用于工业生产中。但一般来说，这类除尘器对大粒径的颗粒物具有较高的分离效率，而对于小粒径颗粒物的捕获率相对较低。因而这类除尘器常用在去除大颗粒粉尘及除尘效率要求不高的场合下使用，有时也作为多级收尘系统的前置预收尘器。重力沉降室工作利用的是重力，在重力作用下含尘气体中的粉尘在沉降室被分离出来。惯性除尘器分离粉尘利用的是惯性力。惯性力是反映物质自身运动状态的力，受到外力时物质改变运动状态。在相同的作用力下惯性小的物体比惯性大的物体容易改变运动状态，即得到的加速度比较大，这对惯性小的粉尘是有利的。旋风除尘器利用的是离心力。所谓离心力是指做圆周运动的物体对施于它的向心分离力。它是依据在旋转体的反作用力，利用离心力分离非均相系统的分离过程通称为离心分离。它是依据在旋转过程中质量大、旋转速度快的物质获得的离心力也大的原理进行工作的。下面介绍具有代表性的机械除尘器旋风除尘器的工作原理旋风除尘器的基本结构一般由进气口、筒体、锥体、排气管及集尘箱等组成。根据含尘气流人口方式的不同，又可分为切流反转式及轴流式两种。图2-1为切流反转式旋风除尘器中含尘气流的运动轨迹。流体从进气管进入旋风筒后，由直线运动变为旋转运动，并在流体压力及筒体内壁形状影响下螺旋下行，朝锥体运动。含尘气体在旋转过程中产生离心力，使重度大于气体的粉尘颗粒克服气流阻力移向边壁。颗粒一旦与器壁接触，便失去惯性力而在重力及旋转流体的带动下贴壁面向下滑落，最后从锥底排灰管排出旋风筒。旋转下降的气流到达锥体端部附近某一位置后，以同样的旋转方向在除尘器中由下折返向上，在下行气流内侧螺旋上行，最终连同一些未被分离的细小颗粒一同排出排气管。流体在旋风筒内功流线类似双 2-1 旋风除尘器的螺旋线，通常将外侧螺旋下行的气流称为外旋流， 除尘过程示意图将内侧螺旋上行的气流称为内旋流。 2.1.1.2、静电除尘器工作机理静电除尘器分离粉尘靠的是静电力即库仑力。除尘过程分为四个阶段。A 气体电离在电晕极与集尘极之间施加直流高电压（4070kV），使放电极发生电晕放电，气体电离生成大量的自由电子和正离子。B 粒子荷电一般电晕极为负极，此时，正离子被电晕极吸引失去电荷，自由电子和随即形成的负离子受电场力的驱使向集尘极移动，并充满到两极间的绝大部分空间。含尘气流通过电场空间时，自由电子、正离子与粉尘碰撞并附着其上，便实现了粒子荷电。图2-2 电除尘器的除尘过程示意图1.电晕极；2.电子；3.离子；4.尘粒；5.集尘极；6.供电装置；7.电晕区C 粒子沉降荷电粒子在电场力（库仑力）作用下，向异性电极方向移动，在电极上进行电性中和，粒子沉积在电极上。D 粒子清除集尘极表面沉积的粒子和附着在放电极上的少量粒子，隔一定时间需用机械振打等方法将其清除，使之落入下部灰斗中，完成除尘过程。电除尘器的主要优点有：除尘效率高，可达99；消耗能量小，压力损失一般为200500Pa；处理烟气量大，可处理500以下的高温高湿烟气；能连续操作，自动化程度高。自20世纪应用于工业以来，电除尘器得到了很大的发展和广泛的应用。静电除尘器的主要缺点在于设备庞大，占地面积大，一次投资高，不易实现高比电阻和低比电阻粉尘的捕集。2.1.1.3、湿式除尘器工作机理湿式除尘器是利用液体去捕集气体中的颗粒物，达到净化的目的。较其它三类除尘器（机械除尘器、静电除尘器、过滤式除尘器）而言，湿式除尘器有它独特的优点：除尘效率高，甚至对亚微米级的粉尘都有较高的去除率；除尘结构简单，占地面积小，造价低，操作维护方便；能有效处理高温、高湿、易燃、易爆的含尘气体；能同时去除废气中的气态污染物。正因为如此，湿式除尘器在工程上广泛应用。当然，采用湿式除尘器时，必须解决好以下问题：需要有水处理系统，使除尘水闭路循环使用，防止二次污染；设备要防腐；不易净化纤维性粉尘，憎水性粉尘。文丘里除尘器是一种高效湿式除尘器。它主要由渐缩管、喉管、渐扩管、脱水器四部分组成。废气进入渐缩管后，由于横截面面积不断减小，气流速度不断增大当达到喉管时，流速达到最大值，通常是渐缩管入口流速的512倍，如此高速运动的气流把从喉管附近喷射进来的水滴冲击成更小的雾滴，由于速度高，尘粒表面的气膜被冲破，尘粒被水润湿。同时，在喉管中由于动压急剧增大，静压减小，如同绝热膨胀一样，水滴迅速蒸发，因而气体中的水蒸气开始冷凝，细小的尘粒成为冷凝核。这样，烟气中的颗粒物不论粒径大小，其表面都会附着一层水膜，附着了水膜的尘粒与水滴或其它颗粒相互碰撞，成为更大的聚合体。随后它们在脱水器中被捕集下来。2.1.1.4、袋式除尘器工作机理袋式除尘器是利用多孔纤维材料制成的滤袋（简称布袋）将含尘气流中的粉尘捕集下来的一种干式高效除尘装置。由于其具有除尘效率高，尤其对微米及亚微米级粉尘颗粒具有较高的捕集效率，且不受粉尘比电阻的影响；运行稳定，对气体流量及含尘浓度适应性强；处理流量大，性能可靠等优点，因此广泛使用于工业含尘废气净化工程。但目前存在的主要问题是：普通滤料不耐高温，若采用特殊滤料，则成本过高；另外不适宜净化粘性及吸湿性强的含尘气体，否则气体温度低于露点温度时，会发生糊袋现象，使除尘器不能正常工作。袋式除尘器捕集粉尘时，主要是靠粉尘通过滤袋时产生的筛分、碰撞、粘附、扩散、静电、重力等效应来捕集的。A 筛分效应当粉尘粒径大于滤袋纤维间隙或粉尘层孔隙时，粉尘颗粒将被阻留在滤袋表面，该效应被称为筛分效应。清洁滤料的空隙一般要比粉尘颗粒大得多，只有在滤袋表面上沉积了一定厚度的粉尘层之后，筛分效应才会变得明显。B 碰撞效应当含尘气流接近滤袋纤维时，空气将绕过纤维，而较大的颗粒则由于惯性作用偏离空气运动轨迹直接与纤维相撞而被捕集。且粉尘颗粒越大、气体流速越高，其碰撞效应也越强。C 粘附效应含尘气体流经滤袋纤维时，部分靠近纤维的尘粒将会与纤维边缘相接触，并被纤维所钩挂、粘附而捕集。很明显，该效应与滤袋纤维及粉尘表面特性有关。D 扩散效应当尘粒直径小于0.2m时，由于气体分子的相互碰撞而偏离气体流线作不规则的布朗运动，碰到滤袋纤维而被捕集。这种由于布朗运动引起扩散，使粉尘微粒与滤袋纤维接触、吸附的作用，称为扩散效应。粉尘颗粒越小，不规则运动越剧烈，粉尘与滤袋纤维接触的机会也越多。E 静电效应滤料和尘粒往往会带有电荷，当滤料和尘粒所带电荷相反时，尘粒会吸附在滤袋上，提高除尘器的除尘效率。当滤料和尘粒所带电荷相同时，滤袋会排斥粉尘，使除尘效率降低。F 重力沉降进入除尘器的含尘气流中，部分粒径与密度较大的颗粒会在重力作用下自然沉降。需要说明的是，袋式除尘器在捕集分离过程中，上述分离效应一般并不同时发生作用，而是根据粉尘性质、滤袋材料、工作参数及运行阶段的不同，产生的分离效应的数量及重要性亦各不相同。以筛分效应为例，清洁滤袋经纬编织线孔隙一般为20m50m，开始工作时含尘气流中的粉尘微粒大部分都会轻易穿过，滤袋的筛分作用十分有限。此时对捕集粉尘起主要作用的是滤袋及粉尘的粘附、扩散及静电效应。随着滤袋上捕集粉尘数量的增加及孔隙的减小，开始阻止粉尘中的较大颗粒通过，筛分作用逐步增大，及至滤袋表面粉尘层形成之后，对微小颗粒也有较强的捕集能力，此时筛分效应对除尘器的分离效率起主导作用。2.1.1.5、袋式除尘器的清灰方式选择及其对滤料选择的影响 清灰方式是决定袋式除尘器性能的一个重要因素，它与除尘效率、压力损失、过滤风速以及滤袋寿命均有关系。按清灰方式，袋式除尘器可分为5大类：（1）机械振动类袋式除尘器 是利用机械装置（包括手动、电磁振动、气动）使滤料产生振动而清灰的袋式除尘器。此类除尘器的特点是施加于粉尘层的动能较少而次数较多，因此要求滤料薄而光滑，质地柔软，有利于传递振荡波，在过滤面上形成足够的振击力。宜选用由化纤锻纹或斜纹织物，厚度0.30.7mm，单位面积质量300350g/m2 ，过滤速度0.61m/min；对小型机组可以提高到1.01.5m/min 。（2）分室反吹类袋式除尘器 采用分室结构，利用阀门逐室切换，形成逆气流反吹，使滤袋缩瘪或鼓胀清灰的袋式除尘器。它有二状态和三状态之分，清灰次数35次/h，清灰动力来自于除尘器本体的自用压力，在特殊场合中才另配反吹风动力；属于低动能清灰类型，滤料应选用质地柔软、容易变形而尺寸稳定的薄型滤料。该类除尘器过滤速度与机械振动类除尘器相当。（3）振动反吹并用类袋式除尘器 指兼有振动和逆气流双重清灰作用的袋式除尘器。振动使层饼松动，逆气流使层饼脱离，两种方式相互配合，提高了清灰效率，尤其适用于细粒黏性尘。此类除尘器的滤料选用原则大体上与分室反吹类除尘器相同，以选用斜纹（或锻纹）机织布料为主。随着针刺毡水平和产品质量的提高，发展趋势是选择基布加强、尺寸稳定的薄型针刺毡。（4）喷嘴反吹类袋式除尘器 是利用风机做反吹清灰动力，在除尘器过滤状态时，通过移动喷嘴依次对滤袋喷吹，形成强烈反向气流。对滤袋清灰的袋式除尘器，属中等动能清灰类型。在袋式除尘器用喷嘴清灰的有回转反吹、往复反吹和气环滑动等几种形式。 回转反吹和往复反吹袋式除尘器采用带框架的外滤扁袋形式，结果紧凑。此类除尘器要求选用比较柔软、结构稳定。耐磨性好的滤料，优先用中等厚度针刺毡滤料，单位面积质量350500g/m2。气环滑动反吹袋式除尘器属于喷嘴反吹类袋式除尘器的一种特殊形式，采用内滤圆袋，喷嘴为环缝型，套在圆袋外面上下移动喷吹。要求选用厚实、耐磨、刚性好、不起毛的滤料，宜选用压缩毡和针刺毡，因滤袋磨损严重，该类除尘器极少选用。（5）脉冲喷吹类袋式除尘器 指以压缩空气为动力，利用脉冲喷吹机构在瞬间释放压缩气流，诱导数倍的二次空气高速射入滤袋，使其急剧膨胀。依靠冲击振动和反向气流清灰的袋式除尘器属高动能清灰类型。它通常采用带框架的外滤圆袋或扁袋。要求选用厚实、耐磨、抗张力气强的滤料。有血安选用化纤针刺毡或压缩毡滤料，单位面积质量500650g/m2。袋式除尘器的清灰方式是选择滤料品种的一个重要因素，不同的清灰方式的袋式除尘器因清灰能量，滤袋变形特性的不同，宜选用不同的结构品种滤料。 由于粉尘和滤料的性质不同，清灰的难易程度是千差万别的，不同的清灰方式效果也各不相同。一般机械清灰比逆气流清灰效果好，但滤布损坏较严重。对于粘性大、倾注密度小的粉尘，必须在清灰的时候停止风机的抽吸(停风机或关闭阀门)，否则清灰不彻底甚至无法清灰。脉冲清灰是目前主要的清灰方式，是各种清灰方式中过滤速度最高的。脉冲分室反吹清灰可以防止粉尘的二次污染，清灰效果更好。但脉冲分室反吹清灰结构复杂，制造成本高，维修费用大。风机分室反吹清灰效果没有脉冲清灰效率高，要求其过滤风速要比脉冲清灰的过滤风速小，但由于结构简单，风机使用寿命一般高于脉冲阀，对于大型除尘器(比如车间总除尘)采用风机分室反吹可以大大降低投资成本，维修费用也可降低。机械振动式和逆气流反吹风式等属间歇清灰方式，即滤袋被分成若干个过滤室，逐室切断进气并依次清灰。这种间歇清灰方式不会伴随清灰而产生粉尘外逸现象，除尘效率较高。气环反吹式与脉冲喷吹式属连续清灰方式，可不切断进气，连续不断的对滤袋进行清灰。这种清灰方式由于压力损失稳定，适于处理高浓度含尘气体。2.1.1.6 脉冲清灰袋式除尘器工作机理脉冲清灰袋式除尘器是目前国际、国内应用最广泛的一种高效清灰袋式除尘器。除尘机理如下：当含尘烟气由进风口进入灰斗后，一部分较粗的尘粒在这里由于惯性碰撞、自然沉降等原因落入灰斗，大部分尘粒随气流上升进入袋室，经滤袋过滤后，尘粒被阻留在滤袋外侧，净化的烟气由滤袋内部进入箱体，再由阀扳孔、出风口排入大气，达到除尘的目的。随着过滤过程的不断进行，滤袋外侧的积尘也逐渐增多，从而使除尘器的运行阻力也逐渐增高，当阻力增到预定值时，清灰控制器发出信号，首先控制提升阀将阀扳孔关闭，以切断过滤烟气流，停止过滤过程，然后电磁脉冲阀打开，以极短的时间(0.10.15s)向箱体内喷人压力为0.50.7MPa的压缩空气，压缩空气在箱体内迅速膨胀，涌入滤袋内部，使滤袋产生变形、振动，加上逆气流的作用，滤袋外部的粉尘便被清除下来掉人灰斗，清灰完毕后，提升阀再次打开，除尘器又进入过滤状态。上述的过程仅是一个室的情况，实际上气箱脉冲袋式除尘器是由多个室组成的，各室分别按顺序进行，这就是分室离线清灰，其优点是清灰的室和正在过滤的室互不干扰，实现了长期连续作业，提高了清灰效果。 一个室从清灰开始到结束，称为一个清灰过程，清灰过程一般310s。从一个室的清灰结束，到第二个室的清灰开始，称为清灰间隔，清灰间隔的时间长短取决于烟气参数、选型的大小等，短则几十秒，长则几分钟甚至更长时间，清灰间隔又可分为集中清灰间隔和均匀清灰间隔二种，所谓集中清灰间隔是指从第一室清灰开始到最后一个室清灰结束，全部室进入过滤状态，直至下一次清灰开始；而均匀清灰间隔则是在最后一个室清灰结束后，仍以间隔相同的时间启动第一室的清灰。因此均匀清灰间隔的清灰过程是连续不断的。从第一室的清灰过程开始到下一次的清灰过程之间的间隔时间，称为清灰周期，清灰周期的长短取决于清灰间隔时间的长短。 上述清灰动作均由清灰控制器自动控制，清灰控制器有定时式和定压式两种，定时式是根据除尘器阻力变化的情况，预置一个清灰间隔时间，除尘器按固定预置时间进行清灰，这种控制器结构简单，调试、维修方便，价格便宜，适用于工况条件比较稳定的场合，定压式是在控制器内部设置一个压力转换开关，通过设在除尘器上的测压孔测定除尘器的运行阻力，当达到清灰阻力时，压力转换开关匣送出信号，启动清灰控制器进行清灰。这种控制器能实现清灰周期与运行阻力的最佳配合，因此非常适合工况条件经常变化的场合，但仪器较复杂，价格也比较贵。2.2 除尘器的主要性能指标及选型要点2.2.1、除尘器的主要性能指标除尘器的技术性能指标主要包括除尘效率、压力损失、处理气体量与负荷适应性等几个指标，下表为各类除尘器的性能比较。1、除尘效率在除尘工程设计种一般采用全效率作为考核指标，有时也使用分级效率进行表达。（1）全效率 全效率为除尘器除下的粉尘量与进入除尘器的粉尘量之百分比，如下式所示： （21）式中 除尘器的效率，；G1进入除尘器的粉尘量，g/s； G2除尘器除下的粉尘量，g/s。表21 各类除尘器的性能比较指标类型优 点缺 点适用范围适用温度机械式除尘器结构简单，易于制造价格较低，便于维护除尘效率低，对小颗粒粉捕获效率低大粒径颗粒物高电除尘器除尘效率高，消耗能量少，处理烟气量大，自动化程度高设备庞大，占地面积大，一次投资高能用于亚微米级的粒子较高袋式除尘器运行稳定，对含尘浓度适应强，处理流量大，性能可靠滤料不耐高温，不宜净化粘性和吸湿性气体对微米和亚微米级颗粒捕集效率高较低湿式除尘器结构简单，占地面积小，操作维护方便，造价低可能二次污染，不宜净化纤维、憎水性粉尘对亚微米粉尘有较高的除尘效率高由于在现场无法直接测出进入除尘器粉尘量，应先测出除尘器进出口气流中的含尘浓度和相应的分量，再用下式计算： （22）式中 Q1除尘器入口风量，m3/s； C1除尘器入口浓度，mg/m3； Q2除尘器出口风量，m3/s； C2除尘器出口浓度，mg/m3。（2）总效率 在除尘器系统中若有除尘效率分别为1、2n的几个除尘器串联运行时，除尘系统的总效率用表示，按下式计算：1（11）(12)(1n) （23）（3）穿透率 穿透率为除尘器出口粉尘的排出量与入口处粉尘的进入量的百分比，按下式计算： （24）（4）分级效率 分级效率为除尘器对某一粒径范围内粉尘的除尘效率，如下式所示： （25）式中 在的粒径范围内，除尘器捕集的粉尘量，g/s；在的粒径范围内，进入除尘器的粉尘量，g/s。 2、压力损失 除尘器压力损失为除尘器进、出口处气流的全压绝对值之差，表示气体流经除尘器所耗的机械能，当知道该除尘器的局部阻力系数值时，可用下式计算。在现场可用压力表直接测出。 （26）式中 除尘器的压力损失，Pa；处理气体的密度，kg/m3；除尘器入口处的气流速度，m/s。 3、处理气体量 表示除尘器处理气体能力的大小，一般用体积流量（m3/h或m3/s）表示，也有质量流量（kg/h或kg/s）表示的。 4、负荷适应性 负荷适应性良好的除尘器，当处理气体量或污染物浓度在较大范围内波动时，仍能保持稳定的除尘效率，适中的压力损失和足够高的作业效率。2.2.2、除尘器的选型要点除尘器的选型要考虑多种因素和条件，下面是最重要的几项事项。1、按处理气体量选型处理气体量的多少是决定除尘器大小类型的决定因素，对大气量，一定要选能处理大气量的除尘器，如果用多个处理小气量的除尘器并联使用往往是不经济的；对较小气量要比较用哪一种类型的除尘器最经济、最容易满足尘源点的控制和粉尘排放的环保要求。由于除尘器进入实际运行后，受操作和环境条件影响有时是不易预计的，因此，在决定设备的容量时，需保证有一定的余量或预留一些可能增加设备的空间。2、按粉尘的分散度和密度选型粉尘分散度对除尘器的性能影响很大，而粉尘的分散度相同，由于操作条件不同也有差异。因此，在选择除尘器的型式时，首要的是确切掌握粉尘的分散度，如粒径多在10m以上时可选旋风除尘器，在粒径多为数微米以下，则应选电除尘器、袋式除尘器，而具体选择，可以根据分散度和其他要求，参考常用除尘器类型与性能表进行初步选择；然后再依照其他条件和除尘器的种类和性能确定。粉尘密度对除尘器性能影响也很大，这种影响表现最为明显的是重力，惯性力和离心力除尘器。所有除尘器的一个共同点是堆积密度越小，尘粒分离捕集就越困难，粉尘的二次飞扬越严重，所以在操作上与设备结构上应采取特别措施。3、按气体含尘浓度选型对重力、惯性和旋风除尘器，一般来说，进口含尘浓度越大，除尘效率越高，可是这样又会增加出口含尘浓度，所以不能仅从除尘器效率高就笼统地认为粉尘处理效果好，对文氏洗管除尘器，喷射洗涤器等湿式除尘器，以初始浓度在10g/m3以下为宜；对袋式除尘器，含尘浓度越低，除尘性能越好，在较高初始浓度时，进行连续清灰，压力损失和排放浓度也能满足环保要求。静电除尘器初始浓度在30g/m3以下，不加预除尘器也可以使用4、粉尘粘附性对选型的影响粉尘和壁面的粘附机理与粉尘的比表面积和含湿量关系很大。粉尘粒径d越小，比表面积越大含水量越多，其粘附性也越大。在旋风除尘器，粉尘因离心力粘附于壁面上，有发生堵赛的危险；而对袋式除尘器粘附的粉尘容易使过滤袋的孔道堵赛，对静电除尘器则容易使放电极和集尘极积尘。5、粉尘比电阻对选型的影响静电除尘器的粉尘比电阻应该在1041011cm范围之内。粉尘的比电阻随含尘气体的温度、湿度不同有很大的变化，对同种粉尘，在100200之间比电阻值最大；如果含尘气体加硫调质则比电阻降低。因此，在选用静电除尘器式，需事先掌握粉尘的比电阻，充分考虑含尘气体温度的选择和含尘气体性质的调整。6、含尘气体温度对选型的影响干式除尘设备原则上必须在含尘气体露点以上的温度下进行。在湿式除尘器中，由于水的蒸发和排放到大气后的冷凝等原因，应尽可能在低温下进行处理。在过滤除尘器中，直接或间接地处理含尘气体的温度应降低到滤布耐热温度以下。玻璃纤维滤布的使用温度一般在260以下，其他滤布在80200之间。在静电除尘器中，使用温度可达400。要考虑粉尘的比电阻和除尘器结构膨胀来选择处理含尘气体的温度。7、选用湿式除尘器的注意事项湿式除尘器绝大部分是用水的。若尘源设备规模较小，需要同时除去有害气体，或者需要把极其微细的碳黑、铅尘等粉尘完全捕集起来时，往往采用湿式除尘器。选用湿式除尘器应该考虑污水的处理以防止二次污染。此外，为有效地利用除尘器，应根据情况进行设计选型。例如：处理含一氧化碳的烟气时，应有防止爆炸的措施，如在发生炉出口烟道的高温部位导入空气，把一氧化碳氧化成二氧化碳。对高温烟气要利用热交换器等进行间接冷却，或水喷雾的直接冷却。用静电除尘器时在高电阻粉尘的场合，应选用脉冲电源电除尘器或者往烟气中喷入水、蒸汽、三氧化硫等调节剂，以降低粉尘的比电阻；另一方面。当电阻过低时，可喷入氨气，生成比电阻较高的硫氨，把比电阻值调节在1041011cm范围之内。2.3 设计方案论证2.3.1、拟治理方案论证类比过去别人所做的相似工程，矿热电炉排放出的烟气中烟尘粒径是非常小的，不论是资料所载还是根据我们多次实测，粒径dp1m的烟尘占据了相当大的比例，烟尘的最小粒径可达到001m。众所周知，目前用于净化颗粒污染物的技术主要有四种，分别是：机械式除尘、过滤式除尘、静电除尘、湿式除尘，它们分别或综合运用了粉尘的质量力、粘附性、荷电性、润湿性等性质及碰撞、拦截、扩散、凝聚等作用将颗粒物捕获，由于四种除尘技术采用的原理不一样，所以除尘效率也大不相同。首先谈一下机械式除尘，它是利用粉尘的质量力（重力、惯性力。离心力等）将其去除，所以它的除尘效率与粉尘质量密切相关：粒径较大的粉尘，由于其质量较大，故较容易除去；而粒径较小的粉尘，由于质量也小，故难以除去，特别对细微粉尘的去除更是无能为力。因此，净化dp1m的电炉烟尘用机械除尘技术是不能满足要求的。对于静电除尘器，是含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘板上，将尘粒从气体中分离出来。由于分离力（静电力）直接作用在粒子上，这就决定了它具有分离粒子耗能小、气流阻力小的特点，同时对亚微米级粒子也能有效地捕集。所以静电除尘器是目前净化粉尘的最优秀设备之一，但是它的致命弱点是粉尘的比电阻大小直接影响它的捕集效率，工业硅炉产生的烟尘一部分（硅尘）比电阻在1014cm数量级上，刚好处于高比电阻范围内，在静电除尘器中，这些荷负电的粒子到达集尘板后，释放电荷很慢，并残留着部分电荷，这不但会排斥随后而至的带有同性电荷的粒子，影响其沉降，而且随着极板上沉积粉尘层的不断变厚，在粉尘层和极板之间造成一个很大的电压降，以致引起粉尘层空隙中的气体被电离，发生电晕放电，这种在集尘板上产生电晕放电的现象称为反电晕，也产生成对的正离子和负离子，正离子穿过板间区域向放电板流动，其结果，使集尘场强减弱，粒子所带负电荷部分被中和，粒子电荷减少，因而削弱了粒子的沉降，捕集效率显著降低。因此，用静电除尘器来净化硅铁电炉烟尘是不适宜的，除非对烟气进行调质，同时改进电除尘器中的极配形式和电晕电板。至于过滤式除尘器，它的净化效率是相当高的，只要设计合理，其除尘效率可达到99.95，对细小粉尘也能有效去除，因此用它来净化电炉烟尘是能满足达标要求的，目前国内在矿热炉烟尘污染治理方面的基本情况也主要是采用袋式除尘。用袋式除尘器净化电炉烟尘必须注意：电炉烟气温度通常为150280，刺火时甚至可达300以上，因此在烟气进入除尘器前必须布置冷却装置才不至于烧袋。目前采用的冷却装置主要有两种形式：一是热交换器，一是混野风。设计冷却装置时必须要考虑两个情况：一是既要保证烟气温度在300以上时不烧袋，又要保证烟气温度为120时，烟气不结露。对于湿式除尘器，它的种类很多，不同的类型它的效率差别很大。对净化电炉烟尘来说，旋风水膜除尘器（不论是立式还是卧式）、冲击式除尘器（不论是冲击水浴还是自傲喷雾）、喷雾除尘器（不论是喷雾塔还是填料塔）等都不能达标，只有采用高能文丘里除尘器才能达到要求。用高能文丘里除尘器，投资最省，但运转费用很高，因为它的喉管气速高达120150m/s，阻力降高达1500020000Pa，所以为它配置的风机功率很大，电耗很高。同时湿式除尘器存在二次污染问题，因此必须要有水处理设施，同时水要循环使用。综上所述，对于铁合金厂的电炉烟尘的治理其可行技术有：袋式除尘器、高能文丘里除尘器。当用湿式除尘器时，除尘水经处理后再泵人除尘设备循环使用。2.3.2、国外矿热电炉烟气治理概况半封闭式矿热电炉的烟尘治理国外主要采用干法袋式除尘器，按是否回收能源分为热能回收型和非热能回收型两种。1、热能回收型干洁净化矿热电炉废气所含的热能相当于全部能量收入的4050，一般设置余热锅炉回收废气显热产生蒸汽，供生产或生活使用。采用热能回收型干洁净化设施必须对炉气燃烧的过剩空气量严格控制，一般要做到使半封闭罩出口的废气温度控制在700900左右，然后进人余热锅炉，余热锅炉出口废气温度小于250。净化设备采用吸入型袋式除尘器和压人型袋式除尘器均可。2、非热能回收型干法净化由于原料、还原剂、冶炼操作和生产管理等原因，限制了热能回收型净化工艺流程的推广应用。所以国内外当前处理半封闭式矿热电炉废气，绝大数是采用非热能回收型干法净化设施。该工艺对炉气燃烧所需过剩空气控制稍宽。对于变压器容量大于6000kVA的大中型电炉烟气先用U型管冷却器自然冷却后，进入袋式除尘器除尘；对于变压器容量小于6000kVA的小型电炉，采取在半封闭罩内混入野风，降低烟气温度，然后再进入袋式除尘器除尘。2.3.3、治理方案采用袋式除尘器净化半封闭低烟罩矿热电炉的工艺。电炉烟气在引风机作用下，首先经过冷却装置（采用空冷或水冷），把烟气温度恒定在一定范围内，然后再进人分离装置，最大限度的除去杂质，最后再进人袋式除尘器除尘，净气送入烟囱排空。从袋式除尘器灰斗排出的粉尘输送到特定的处理设施中以便出售而回收资金。袋式除尘器：是净化系统的核心设备。这里采用FPPF气箱脉冲袋式除尘器，它是在吸收美国福乐公司先进技术基础上，结合我国实际国情研制开发的具有当代国际先进水平的高效袋式除尘器。它集分室反吹和脉冲喷吹等诸类除尘器的优点（克服了分室反吹时动能强度不够和脉冲喷吹清灰与过滤同时进行的缺点），增强了使用适应性，提高了除尘效率，延长了滤袋使用寿命。气箱脉冲袋式除尘器在滤袋上口不设文氏管，也没有喷吹管，既降低了工作阻力，又可在系统整体运行时逐室进行监测、换袋，因此维护相当简单。气箱脉冲袋式除尘破尘器是采用分箱室清灰的，清灰时，逐箱隔离，轮流进行。各箱室的脉冲喷吹和清灰周期由清灰程序控制器技事先设定的程序自动连续进行，从而保证了压缩空气清灰的效果。整个箱体设计采用了进口和出口总管结构，灰斗可延伸到进口总管下，使进入的含尘烟气直接进入已扩大的灰斗内达到预除尘的效果，所以气箱脉冲袋式除尘器能处理高浓度含尘气体。其工作原理为：气箱脉冲袋式除尘器本体分隔成若干个箱区，每箱有96条滤袋，并在每箱侧边出口管道上有一个气缸带动的提升阀。当除尘器过滤含尘气体一定时间后，清灰控制器就发出信号；第一个箱室的脉冲阀开启，以大于0.4Mpa的压缩空气冲入净气室，清除滤袋上的粉尘。当这个动作完成后，提升阀重新打开使这个箱室重新进行过滤工作，并逐一按上述程序完成全部清灰动作。冷却器：实际上就是热交换器，高温烟气在管内流动，冷却空气（或水）在管外流动，通过热交换将烟气温度降至要求值（具体数值由后续的布袋除尘器的布袋材质确定）以保证不烧袋。第三章 设计及选型3.1 烟气量的计算以100kg硅石为基础，焦碳消耗量按100%被还原计算，假设还原硅石中其他元素及焦碳灰分所消耗的还原剂，正好与二氧化硅的不完全还原和电极相抵消，则：硅石中的二氧化硅的含量：98%焦碳中的固定碳的含量： 84%合金中的硅的含量： 75%钢屑中的铁含量： 95%合金中的铁含量： 23%硅的回收率： 92% 配料计算： = 60 122 28 干焦需要量为：钢屑需要量为：生产产品消耗的原材料为：硅石：干焦需要量为： / 12 烟气成分（理论体积分数）： CO 91.7% CO2 3% CH4 0.6% H2 4.7%产品产生的理论烟气量为：由于电炉炉膛四周的空气的侵入使得计算出的烟气的理论值对工程设计工作的具体指导意义还没多大作用，一般采用经验值，根据经验6300kVA产生的烟气的量及温度为：4400055000Nm3/t，500600。设计时选取为：44000Nm3/t，600。6300KvA矿热炉的日产量为14.5t，取14.4t，则每小时产量为：14.424=0.6t每小时产生的烟气量为：烟气的成分按：N2 78% CO2 2% H2O 2% O2 78%0600，上面各种气体的平均摩尔热容为：（1.013105Pa）单位：kJ/（kmolK）N2 30.174 CO2 45.908 H2O 36.191 O2 31.782040 空气 29.107所以烟气的平均摩尔热容为：30.17478%+45.9082%+36.1912%+31.78218=30.898 kJ/（kmolK）3.2 混入空气量的计算吸气罩上设6个工作窗，尺寸为，取吸气平均速度为1.1m/s，周围空气为40，则每小时混入空气量为（按柜式罩计算）： 混合气体中空气量比烟气量大的多，其比热容按空气计算，用试差法计算的混合气体的温度为：240左右，0240为29.534 kJ/（kmolK）。则混合气体的平均温度为：总烟气量为： 3.3 换热器计算计算时采用的烟气量为： 146000m3/h，240，设计间接自然风冷冷却器，要求出口温度为120。（1） 计算对数平均温差周围空气温度取50， 0240时空气的平均比热容为：29.534 kJ/(kmolK)0120时空气的平均比热容为：29.191 kJ/(kmolK)烟气放出的热量为：（2） 传热系数近似取值为：17.5W/(m2K) 1W=3.6kJ/h（3） 计算冷却器所需的冷却面积：管径选300mm，则总需管长为：管阵设置为，则每根管长为：冷凝器灰斗设计，共设4个灰斗：灰斗上口外形尺寸：长 3006500（61）4300mm 宽 3006500（61）4300mm灰斗下口外形尺寸：400400mm高为：(4300400)0.5tg603380mm冷却器出口时烟气的体积为： 压力损失参见后面的管道阻力计算。3.4 除尘器设计计算过滤温度为120，风量为：V除=1118531.1=123000120000m3/h （1.1为除尘系统的漏风系数）过滤风速为=1.1m/min，所需过滤面积为：滤袋规格选取为1302450mm，则总需滤袋数为：以616规格为一个室，一共设置20个室。则实际的总滤袋数量为：滤料的选择，下表为各种滤料的性能：表31 滤料性能材料工作温度()最高温度()吸湿率(%)耐酸耐碱强度棉7585958不好稍好1羊毛80901001015稍好不行0.4尼龙75859544.5稍好好2.5奥纶1251351506好不好1.6涤纶1201606.5好不好1.6玻璃纤维2500好不好1.0芳砜纶2202604.55不好好2.5聚四氟乙烯2202500很好很好2.5由上表可知选择涤纶材料较为合适。灰斗计算一共设置10个灰斗，每个灰斗的尺寸约为：上口尺寸：长 1301640（161）2680mm 宽 2130616（61）4002120mm下口尺寸：400400mm 高 （2680400）0.5tg601980mm所有工作室一起工作时的过滤风速为：过 滤风速都在1.1m/min左右，满足要求。参照处理烟气量和类型相类似的除尘器，压力损失初步定在1700Pa。3.5 烟囱部分的计算排放烟气的参数为： 空气质量标准为：0.05（30）假设现状为： （30）烟囱出口直径由下式计算: (取12)当d=1.8m时，（tsp所占的污染权重，取值为0.7，地形因子，山区取值0.5）烟囱抬升高度采用霍兰德式计算：为设计风速，取值为3Ts、Ta分别是烟气和空气的温度，K。取，则有： 3.6 阻力计算A、管道阻力段，管内烟气得参数为：V=146000m3/h，2.7010-5Pa ， 0.678kg/m3管道风速，垂直管取，水平管取、段为砖砌管。粗造度取1mm，则相对粗造度为： （1500为烟囱直径） 查表得：同理：、段为薄钢板。粗造度取0.15mm，取1200mm，则相对粗造度为： 查表得： 同理： 段为薄钢板。粗造度取0.15mm，取1700mm，为10m，为： 则相对粗造度为： 查表得： 段阻力计算。1）、=0.678 =2.70 查表的 2）、=0.898 =2.29 查表的综上所述，换热器的阻力在41.354.3之间，计算时取50Pa。段，管内烟气得参数为：，Pas，、8-9段为薄钢板。粗造度取0.15mm，取1500mm，分别为1、1、10m，则相对粗造度为： 查表得： 段为砖砌管。粗造度取1mm取1800mm，为20.5m，为13.11m/s则相对粗造度为： 查表得：B、局部阻力集气罩，视为突然收缩管。 段 （与并联，可不计算），在2处可视为突然收缩管。 、段 ，为直流三通， 34、56、78段没有局部损失。89段，两个弯头，弯头选五中二端节 ： 渐扩管： 段为袋式除尘器所在区间，袋式除尘器的阻力由三部分构成：a、备本体结构的阻力，指气体从除尘器入口，至除尘器出口产生的阻力；b、滤袋的阻力，指未滤粉尘时滤料的阻力，约50150Pa；c、滤袋表面粉尘层的阻力，粉尘层的阻力约为干净滤料阻力的510倍。如果把滤袋及其表面附着的粉尘层的阻力叫做过滤阻力，那么过滤阻力可按下式计算： （31）式中：过滤阻力，Pa； A附着粉尘的过滤系数； B滤袋阻力系数； 过滤速度，m/min；m滤料性能系数上述系数可由相关的表格查得，如除尘工程设计手册第140页得表4-44。此外，过滤阻力还可以利用计算滤尘量的办法查相关表格来求过滤阻力的近似值。如除尘工程设计手册第141页得表4-45。除尘器本体结构阻力随过滤风速的提高而增大，另外，滤袋表面粉尘层的阻力也随粉尘层的厚度变化而变化，而且各种不同大小和类别的袋式除尘器阻力均不同，因此，很难用某一表达方式进行计算。一般的过滤风速为0.53m/min时，本体阻力大约在50500Pa。本除尘器参照相类似的除尘器FPPF96-28设计，所其阻力在14701770Pa之间，计算时采用：。段 风帽选伞行风帽 总阻力： 3.7 风机的选型1、引风机风量计算 系统设计风量为Q120000m3/h，由于选择的是引风机，所以：（1） 引风机风压计算 除尘系统的总阻力为2007Pa，风机的全压负差系数取a21.15，所以风机的全压计算值为：综上所述，风机可选Y型锅炉引风机中的18D，其主要性能参数见表32：表32 Y型锅炉引风机的性能机号转 数全 压/Pa流量/(m3h-1)效率功率18D960r/min2852201912700023800083.784.0185kW 3.8 效率核算一般袋式除尘器的效率都大于99 %，而要求则为： 也满足要求。第四章 经济技术分析及讨论4.1 经济技术分析1、 工程投资 6300kVA电炉：袋式除尘器的处理风量按120000m3/h计。A、设备本体 该除尘器参照袋式除尘器FPPF96-210设计，FPPF96-210的设备重量可估计为60000kg。设备主要为钢材所制，按现在市价0.35万元/t计算，则总需：0.356021万元；加工运输费用按0.25万元/t考虑，则总需：0.256015万元，设备本体总共需要：211536万元。B、滤料 涤纶针刺粘按市价20元每平方米计，则总需：19202038400元3.9万元，滤袋加工费用按26元每条计算：则总需：19202649920元5.0万元，滤袋总共需要：3.9+5.08.9万元。C、袋笼 袋笼每根的成本约43元，则总共需要：43192082560元8.2万元 D、气动元件和脉冲阀 气动元件：市价为1000元/个，总共需要：0.1202.0万元；脉冲阀，市价为1000元/个，总共需要：0.1202.0万元。袋式除尘器本体（43t） 36.0万元滤袋（涤纶针刺粘，1536根，13002448） 8.9万元袋笼（1536根） 8.2万元脉冲阀（16个） 2.0万元气动元件（16个） 2.0万元空压机（1台，1.8m3/min，0.50.7Mpa） 0.9万元小计 58万元辅助部件冷却器（35t） 21.0万元分离装置（45t） （旋风除尘器） 32.0万元混风阀 1.5万元自控系统 3.5万元风机（Y4-73No14D225KW）及电缆 5.5万元烟管（1700mm，60m，11t） 5.5万元管道支撑件（3t） 1.5万元烟尘输送螺旋（2条，30m） 2.5万元减速电机（2.2kW，2台） 0.8万元风机房、各设备基础 5.5万元小计 79.3万元运输安装 5.0万元合计 142.3万元如果不考虑回收的硅粉的纯度，则总投资为：110.3万元2、 运行费用A、电费系统的装机容量为215kW（实耗：200kW），全年工作时安330天考虑，每度电电费安0.2元计，则全年的电费为：200243300.231.68万元。B、人工费 由于只有一台设备，且部件不是很多，所以该设备就不再专门定岗编制管理人员，纳入生产车间（电工班）管理即可。C、维修费用 由于设备、管道均为钢结构，无易损部件，所以全年的维修费仅考虑总投资的2即可，即2.2万元。 袋式除尘器的布袋要更换这是不容置疑的，涤纶针刺粘的使用寿命一般为2年，即每2年要把所有的布袋换完。那么2年换袋的费用就为9.6万元，折算到每年就是4.8万元。因此，每台设备每年的维修费为2.2+4.87万元。由此可知，系统每年的运行费用为：31.68+738.68万元。4.2 讨论1、烟气量的计算 要从理论上的烟气量推导出工程设计所需的烟气量的难度还很大，很多需要有一定的经验，在设计的时候采用了经验值。2、布袋除尘器的阻力前面的局部阻力的计算中已经介绍了除尘器的阻力由3部分构成,即：设备本体结构的阻力，滤袋的阻力，滤袋表面粉尘层的阻力。除尘器本体结构阻力随过滤风速的提高而增大，另外，滤袋表面粉尘层的阻力也随粉尘层的厚度变化而变化，而且各种不同大小和类别的袋式除尘器阻力均不同。因此，很难用某一表达方式进行计算，而且对于工程来说也没多大的意义。如果能探索出一个精确的计算方法来，对于以后的科研、工程实践都会提供极大的便利。对于这个问题，我希望在以后的学习和工作能进一步的得到解决。3、 在设计过程中没有考虑高温烟气管道膨胀补偿，在现场施工、安装时给予应该考虑，另外设备的涂装和保温设计、以及对该工程的消声和降振的考虑也不够。4、 采用正压或负压式除尘器导论，正压式除尘器，由于含尘气体先经过风机，对风机的磨损较为严重，因此不适用于高浓度、粗颗粒、硬度大、强腐蚀性的粉尘。负压式除尘器，由于含尘气体经过净化后才进入风机，所以对风机的磨损很小，因此，本设计采用负压式袋式除尘器。附录参考资料：1张殿印、王纯，除尘工程设计手册，化学工业出版社，2003.62赵乃成、张启轩，铁合金生产实用技术手册，冶金工业出版社，1998.43童志权，工业废气净化与利用，化学工业出版社，2001.54 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收集效率粒子在纤维过滤器中的沉积过程可以描述为：发生在同一过程的四个阶段。第一。当过滤器是崭新而清洁的时候，粒子可以通过任何一种空气动力捕集机制而沉积在纤维表面。第二，在有一段时间内，粒子沉积在其它粒子上或已经沉积的粒子上，形成树枝。如果沉积作用主要是靠惯性碰撞和（或）直接拦截引起的，那么树枝就只会在纤维的前表面增长；但是如果是靠布朗扩散引起的，那么树枝将长满纤维的整个表面。第三，树枝的增长将在它们互相齿合，形成一个外壳包围在每个纤维的四周之后才结束。最后，外壳在纤维之间的间距上架桥，形成一个内部的块状物。因此，整个过程是一个固有的并且短暂的过程。第四章中对阵列纤维的讨论中，在谈到单个纤维的效率时，讨论的基本上都是第一阶段的问题。这形成了设计过程的基础，它将最先被介绍。关于这个问题有大量的研究，大部分都是用模拟的方法（详细的叙述也在第五章中），这使得我们对第二阶段树枝的增长有了更好的理解。还没有一个对整个短暂过程的完整的设计方案。这个结论的适用范围将在下面做简要的介绍。1、 初始捕集 一个清洁过滤器的一般捕集效率可用式（5.88）和（5.89）来估计。 且 （5.88） （5.89）对于一个阵列的纤维： （ 8.1） 这种类型的过滤器，其典型构成为：直径为0.5um至50um的纤维，空隙率大于0.95，厚度从1mm到几cm。一些具有代表性的实际值，以及与计算相一致的因子（S）和过滤器单位横截面积上的总有效长度的计算值（）为：DumLcmS500.9953.03.80.075630.9971.519.26.38110