高炉煤气干法除尘与CO2减排分析.doc

重庆科技学院毕业设计（论文） 题 目 高炉煤气干法除尘与CO2减排分析 院 （系） 冶金与材料工程学院 专业班级 冶金工程2008-03 学生姓名 XXX 学号 2008440275 指导教师 XXX 职称 副教授 评阅教师 职称 2012年 6 月 8 日 注 意 事 项 1.设计（论文）的内容包括： 1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它学生毕业设计（论文）原创性声明 本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 毕业设计（论文）作者（签字）： 年 月 日重庆科技学院本科生毕业设计 摘要 摘 要在高炉炼铁系统中，高炉煤气是重要的二次能源产物，主要用作热风炉燃料，还可提供动力、炼焦、烧结、炼钢等部门使用。降低炼铁系统的能耗是个系统工程，而在炼铁系统中，高炉煤气除尘的能耗则占有相当大的一部分。本课题通过阅读大量相关的参考文献，采用理论与计算相结合的方法，研究高炉煤气除尘的机理并分析高炉的节能措施及可行性分析，得出了干法布袋除尘技术具有除尘效率高、无污水排放、投资省、占地少、节水、节电、可增加TRT发电量、煤气显热高等优点，干法布袋除尘技术将是未来高炉煤气除尘技术发展趋势；提出了一系列的高炉炼铁系统CO2减排措施：降低干法布袋除尘器的压力损失；提高TRT发电量；热还原气体注入高炉技术；高炉煤气除尘系统的正常运行及降低煤气含水量；高炉煤气的综合利用；高炉渣资源化利用。关键词： 高炉煤气 布袋除尘 CO2减排 可行性分析 22重庆科技学院本科生毕业设计 ABSTRACT ABSTRACTIn the blast furnace ironmaking system,Blast furnace gas is an important secondary energy products,mainly used as the fuel stove,still can provide motivation, coking, sintering and steelmaking departments.Reduce the energy consumption of the ironmaking area is a systems engineering,and in iron-smelting system,dust removal is the energy consumption of the blast furnace gas occupies a large part of it.This article through extensive reading of related references,the theory and the method of combining calculation，Study of blast furnace gas dust removal mechanism，analysis of blast furnace energy saving measures and feasibility analysis,bag dust filters advantages is the dust removal efficiency high,no sewage,investment province,occupies little space,water conservation,save electricity,can increase the capacity of the TRT and gas sensible heat high,bag dust filter technology will be the future of blast furnace gas removal technology development trend.This paper put forward a series of blast furnace ironmaking carbon dioxide emission reduction measures system:reduce the pressure loss of dry bag bust filter;improve the capacity of the TRT;the technology of hot reduction gas injection blast furnace;blast furnace gas dust removal system in normal operation and reduce the gas water content;the comprehensive utilization of blast furnace gas;high utilization of blast furnace slag. Keywords: blast furnace gas；bag dust filter；carbon dioxide emissions；feasibility analysis重庆科技学院本科生毕业设计 目录 目录摘 要IABSTRACTII1绪论11.1高炉煤气的产生11.2高炉煤气除尘技术的发展11.3高炉煤气袋式除尘技术的研究现状11.4 CO2减排技术的研究现状21.5本课题的研究内容及意义32高炉煤气干法布袋除尘与传统除尘的机理分析52.1干法除尘52.1.1电除尘器52.1.2袋式除尘器52.2机械式除尘器62.2.1重力除尘62.2.2惯性除尘62.2.3旋风除尘62.3湿式除尘63干法布袋除尘与CO2减排83.1除尘器阻力对比83.1.1干法布袋除尘阻力计算83.1.2湿式除尘阻力计算103.2除尘效率的对比113.2.1布袋除尘的除尘效率计算113.2.2湿式文氏管除尘器的除尘效率计算123.3 TRT发电量123.4计算结果及分析134 CO2减排措施及可行性154.1降低布袋除尘的压力损失154.2提高TRT发电量154.3热还原性气体注入高炉技术164.4高炉煤气除尘系统的正常运行及降低煤气含水量164.5高炉煤气的合理利用174.6其他174.6.1冶炼新技术174.6.2渣热能的利用185结论19参考文献20致谢21重庆科技学院本科生毕业设计 绪论 1 绪论1.1 高炉煤气的产生高炉煤气是高炉炼铁的副产品，主要的可燃成分是CO,另外还有少量的H2和CH4，同时还有大量的不可燃烧的N2和CO2，其热值一般为3350-3700KJ/m3，是良好的气体燃料。高炉煤气的产生可简单概述为：经热风炉预热到高温的空气（鼓风）进入到高炉后，与白热状态的焦炭相遇，鼓风中的氧气、水与焦炭发生下列化学反应：C+O2CO2 2C+O22CO C+H2OCO+H2 CO2+C2CO以上反应式中生成的气体与铁矿石中的氧化铁起还原反应。随着炼铁还原反应的进行，生成气体重的CO和H2逐渐减少，CO2和H2O逐渐增加，到达高炉顶的气体就是高炉煤气。其成分因氧化情况不通而不同。由于离开高炉炉顶的煤气，温度高且携带大量灰尘，一般称为粗煤气或荒煤气，必须经过降温、除尘后方可使用1。1.2高炉煤气除尘技术的发展高炉煤气除尘技术包括机械除尘、静电除尘、袋式除尘、湿式除尘等，他们都是以不同的作用力为理论基础的，有机械力、静电力、分子力、惯性力、摩擦力等。机械除尘的装置结构简单且无运动部件，利用的机械力比较单一，是最早的除尘技术，现在多作为多级除尘的预除尘使用如，重力除尘、旋风除尘。静电除尘在国外起步较早，最早是1907年柯特雷尔将电除尘应用于气体净化, 建立了工业化电除尘装置，我国是在上世纪80年代后引进的，起步较晚，但近年来静电除尘技术取得了快速发展如，电-袋混合除尘技术、高频高压电源技术、层流电凝聚技术、薄膜电除尘器技术等。湿式除尘是一种利用水或者其他液体与含尘气体接触，使粉尘与气体分离的技术，其出现比较早，但由于其需要大量的水，腐蚀设备等缺点，现在湿式除尘技术主要用来处理高温、高湿、有毒烟气。应用有一定的局限性。袋式除尘是一种出现较早除尘技术之一，其经过了机械振动清灰袋除尘器，特别发明了喷型(脉冲)袋式除尘器，是布袋除尘重大进步。近年来随着布袋除尘在大型高炉上的成功应用，其除尘效率高、节能环保等优点，干法布袋除尘技术将是未来高炉煤气除尘技术发展趋势2。1.3 高炉煤气袋式除尘技术的研究现状高炉煤气干法除尘技术是节能减排，降低污染的重要技术之一。袋式除尘有是干法除尘中最为重要的一种技术，它是一种较老的除尘技术，早在18世纪80年代就开始应用，当时只是使用一些挂袋,工作效率较低。1881年德国Betch工厂的机械振动清灰袋除尘器开始商业化生产。1954年HJHersey发明了逆喷型吹气环清灰技术，使得袋式除尘器实现了除尘、清灰连续操作，处理量提高数倍，滤袋压力较稳定。特别是1957年T V Reinauer发明的脉喷型(脉冲)袋式除尘器，被认为是袋式除尘技术的一次重大发现，它不但操作和清灰连续, 滤袋压力损失更趋于稳定,处理气量进一步增大，而且内部无运动部件, 滤布寿命更长且结构简单3。1969年苏联实现了高炉煤气的炉顶压透平发电，而在1972年德国丁格勒开始应用袋式除尘器净化高炉烟气，成为最早采用高炉煤气干法除尘净化的国家之一。1981年，日本在德国的帮助下将干法除尘成功运用在小仓钢铁厂1850m3高炉上。而我国采用干式袋式除尘是从20世纪50年代开始的，60年代末首先在小高炉上进行了净化高炉煤气的实验，并于1974年11月18日在河北涉县铁厂建成我国第一套高炉煤气干法袋式除尘系统。从此我国高炉煤气干法布袋除尘取得长足的发展，特别是在2003年，1000m3 高炉推广应用全干法布袋除尘技术取得成功，后来又推广到2000m3 以上的高炉，这都对大型高炉采用干法布袋除尘具有积极的推广作用。袋式除尘器的除尘机理即一般滤料的袋式除尘器过滤过程实际分成两个阶段,首先是含尘气体通过清洁滤料,此时起过滤作用的主要是纤维。当滤料上捕集的粉尘不断增加时,一部分粉尘嵌入到滤料内部,一部分附着在表面形成粉尘层,在此阶段中,含尘气体的过滤主要是依靠粉尘层进行的,此时粉尘层起着比滤料更为重要的作用,并使捕集效率显著提高。影响袋式除尘器性能的主要因素有滤袋的透气性、过滤速度、清灰性能、喷吹压力、喷吹间隔、喷吹时间以及压缩空气耗量。这对我们高炉除尘的正确设计、使用袋式除尘器提供了参考依据4。国内目前常用的高效除尘器包括袋式除尘器和电除尘器两种。袋式除尘器价格较低，但其阻力大、能耗高，电除尘在所有除尘器申能耗最低。在袋式除尘器的研制过程中，针对其存在的问题与不足，进行了大量的理论研究与实践。研究和实践证明，采用袋式除尘新技术，其除尘的阻力可控制在250Pa以内。系统总阻力约为350Pa与现有的袋式除尘技术相比，其节能率可达75，能耗可降至与电除尘器相当5。高炉煤气干法除尘器的工艺设计关键是滤袋滤料的选型、过滤负荷确定、煤气流场的分布、监测控制系统的设计、设备的选型等。干法除尘技术是将大型滤袋氮气低压反吹除尘技术成功地应用于高炉煤气系统的除尘技术，并结合高炉煤气的特点进行了改进，因此，从应用实践上来看，这是一套非常成熟的技术，如果能够结合高炉煤气的特点，进行合理的工艺参数选择，就能达到预计的设计效果。高炉煤气全干法布袋除尘技术与湿法除尘相比，干法布袋除尘具有基本不用水、不产生水污染、能耗小、运行费低的优点，属于环保节能项目，经济、社会效益显著6,7,8。1.4 CO2减排技术的研究现状 我国的钢铁工业是能源、水资源、矿石资源消耗大的资源密集型产业。其中煤炭消耗占钢铁生产过程总能耗的72.19%。有关资料显示,每生产1t钢,采用高炉工艺将排放出2.5t的CO2,电炉工艺也要排放0.5t的CO2。2004年，中国生铁产量为2.51亿t,钢产量为2.72 亿t,占世界钢铁总产量的26.31%,比产钢量居世界第二、第三、第四位国家的产量之和还要多,由此可以估算我国钢铁工业目前的CO2年排放量在5亿t以上,形势十分严峻。随着我国钢铁产量的逐年提高,碳排放总量呈逐年上升趋势,这也是我国以煤为主的能源结构所决定的9。大气中CO2 的70%来源主要是由于燃煤引起的，同时90%的SO2也是由燃煤引起的。钢铁工业排放CO2占全球CO2 排放总量的7%左右。降低大气中CO2 含量主要是从工业生产过程的节能降耗做起，然后是进行综合治理。所以说，降低CO2 排放，本质上是要进行节能。钢铁工业是能耗大户，约占国家总能耗的15%左右。因此，钢铁工业要加大节能工作力度降低CO2和SO2排放量10。以湘钢炼铁CO2减排措施为例，采用改善原燃料质量，改善煤粉燃烧条件，提高煤气利用率，加强二次能源利用和其他减排措施如：1）寻找碳的可替代物作还原剂，如天然气、氢气、废塑料等；2）炉顶煤气循环利用可有效改善高炉效率，将炉顶煤气（其中含C和H2）喷入高炉可减少CO2 排放量；3）回收高炉产生的CO2 并加以有效利用。从而达到减排效果11。日本钢铁业在减排CO2的炼铁技术开发中，近期主要以开发新型炉料为主，新型炉料包括高反应性焦炭、铁焦复合球团、预还原烧结矿等，长期主要以氢气还原铁矿石的高炉炼铁技术为主，还包括与氢还原相配套的新型焦炭技术等。介绍了高反应性焦炭、铁焦复合球团和预还原烧结矿对高炉降低还原剂比的作用及其在高炉中的用法，阐述了氢气还原铁矿石的高炉炼铁技术及与之相配套的新型焦炭技术的研究进展，指出我们应借鉴其高反应性焦炭概念、在矿焦混装时使用高反应性焦炭，以及应着手开发类似HPC的粘结剂技术。随着上述新型炉料技术的开发以及传统高炉炼铁技术进一步改进与完善，还原剂比的降低将接近理论极限，CO2的减排空间将非常有限。为进一步减少CO2排放，日本钢铁企业出台了同时兼顾环境保护和经济发展的技术开发计划，即COURSE 50。其最终目的是使CO2减排达30%，大约至2030年，使所开发的技术达到工业化推广应用水平。COURSE 50主要包括两大技术:减少CO2排放的炼铁技术和CO2捕集、分离与回收( CCS) 技术。其中减少CO2排放的炼铁技术主要指氢气还原技术，即以改质( 使焦炉煤气中氢含量增加) 后的富氢焦炉煤气还原铁矿石的高炉炼铁技术，其支持技术包括与氢还原相配套的新型焦炭技术开发12。B.Desai,R.V.Ramna and J.M.Sathaye等人关于热还原气体对高炉操作参数影响的理论研究。不同的热还原气体注入，对高炉节能和CO2减排有着不同的影响。具体有以下几种热还原气体，分离了高炉煤气中CO2和N2的气体、煤气、煤粉，这样不仅可以循环利用资源，还可以达到CO2减排13,14。1.5本课题的研究内容及意义在钢铁生产过程中，炼铁系统（包括焦化、烧结、高炉工序）能耗占吨钢综合能耗的70以上，因此，炼铁系统的节能是实现钢铁流程节能的重点之一。降低炼铁系统的能耗是个系统工程，而在炼铁系统中，高炉煤气除尘的能耗则占有相当大的一部分。本课题是通过分析比较传统除尘技术与干法布袋除尘技术的优劣，并分析高炉节能CO2减排措施及其可能性。近年来国家提出可持续发展战略，倡导低碳经济，我钢铁企业是CO2排放大户，应积极响应国家的号召。高炉煤气除尘的能耗占炼铁系统能耗很大一部分，推广节能高效的除尘技术将是未来高炉煤气除尘的发展趋势，这符合国家的可持续发展战略，其推广应用具有重要的意义。重庆科技学院本科生毕业设计 高炉煤气干法布袋除尘与传统除尘的机理分析 2高炉煤气干法布袋除尘与传统除尘的机理分析2.1干法除尘 根据在除尘过程中是否采用液体进行除尘，将除尘技术分为干法和湿法除尘技术，不采用液体除尘的即为干法除尘，它包括电除尘和袋式除尘器。 2.1.1电除尘器电除尘器是利用高电压产生的强电场使气体局部电离，利用电场力实现了粒子与气流分离的目的，1907年，乔治.科特雷尔发明了第一台电除尘器。它主要包括以下五个复杂的过程：1）产生电晕放电；2)悬浮尘粒的荷电；3）荷电尘粒在电场力作用下向电极运动；4）荷电尘粒在电场中被捕集；5）振打清灰。电除尘器本体的主要部件包括：烟箱系统、电晕极系统、收尘极系统、槽形板系统、储灰系统、壳体、管路、壳体保温和梯子平台等。电除尘的基本原理是在电晕极与收尘极间施加足够强大的直流电压，致使两电极之间产生不均匀的电压，电晕极的电场强度高，致使周围的气体电离，即电晕放电。没有发生电离而附着在气体分子上形成负离子，并在电场力作用下向收尘极运动，当含尘气体通过电场时，负离子与尘粒碰撞并附着在上面，形成了粉尘的荷电。荷电粉尘受到电场力作用，向收尘极运动并附着其上，当粉尘沉集到一定厚度后，然后采用机械振打等方法清灰。电除尘有以下特点：1）除尘效率高；2）设备阻力小，总能耗低；3）适用范围广，课捕集粒径小于0.1微米的粒子、300400的高温烟气；4）课处理大风量烟气；5）一次性的投入较大。 2.1.2袋式除尘器袋式除尘器是最早出现的除尘设备之一，1881年贝特工厂在德国取得了机械振打清灰袋式除尘器的专利2，20世纪40年代又出现了逆气反吹袋式除尘器，T.V.利奥尔1957年发明了脉冲袋式除尘器，这进一步促进了袋式除尘器的发展。袋式出粗浅中，把含尘气体通过滤布，尘粒留在滤布的含尘气体一侧，而不含尘的气体到达另一侧，然后通过机械振打或吹风方式去除滤布上的尘粒。起过滤机理有以下几种：1）截留；2）惯性沉降；3）扩散沉降；4）重力沉降；5）静电沉降。含尘气体首先通过清洁滤料，此时起作用的纤维层，随着这个过程的进行，大部分的粉尘被截留在滤料表面，成为粉尘层。当一部分的细微尘粒进入滤料内部，这时候起过滤作用的是粉尘层。纤维层过滤分为内部过滤和表面过滤，内部过滤以整个纤维层为过滤体，允许尘粒进入体内，一般不清灰，一次性使用如空气过滤器；表面过滤以纤维层迎层面为过滤面，限制尘粒进入体内，采用清灰再生，反复使用，袋式除尘器基本采用这一类型。袋式除尘器的主要特点是：1）除尘效率高；2)适应性强，可以捕集不同性质的粉尘；3）结构简单，操作方便。4）工作稳定维护简单。布袋除尘将是未来高炉煤气除尘的发展趋势。2.2机械式除尘器 机械除尘技术是指利用重力、惯性力、离心力等机械力进行的除尘技术，其包括重力除尘、惯性除尘和旋风除尘。 2.2.1重力除尘 重力除尘器是利用粉尘颗粒的重力沉降作用从而达到粉尘与气体分离的一种简易除尘技术。其主要部分是沉降室，其出处机理非常简单即是当含尘气体进入重力沉降室后，扩大了截面积使气体流速降低，含尘气体中的颗粒在重力下向灰斗中沉降。重力出处器主要特点是结构简单、维护方便、经久耐用，阻力一般为50150Pa，压力损失主要发生在出入口处。它的缺点是除尘效率低，一般只有50%-60%，适于捕集大于50微米的粉尘粒子，设备庞大，占地面积大一般重力除尘多作为多级除尘的预除尘使用。 2.2.2惯性除尘 惯性除尘器是利用气流中粉尘的惯性力大于气体的惯性力，从而达到分离的目的，也称作惰性除尘器。它的除尘机理也很简单是利用气流的急速转向，粉尘颗粒由于惯性力，它的运动轨迹便与气流轨迹不一样，从而使气体与粉尘颗粒两者分离。气流速度越高，惯性效应就越大，这类除尘器的主要优点是占地面积少，除尘效率相对重力除尘大为提高，更可以捕集到10微米的颗粒。一般的惯性除尘器阻力为6001200Pa，惯性除尘器分为碰撞式和回流式。 2.2.3旋风除尘利用离心力进行除尘的设备称为旋风除尘器，也称旋风分离器。其原理是使含尘气体沿切线方向进入装置，离心力将尘粒从气体中分离，这是因为除尘器中的气流反复旋转，气流的线速度很快，这使粒子受到的离心力大于重力。旋风除尘器的除尘机理是当含尘气体在旋转过程中产生离心力，密度大的尘粒甩向器壁，尘粒接触器壁便沿着器壁面下落，进入排灰管。旋转气体大部分沿器壁呈螺旋形向下，称此为外旋流。当气体达到锥体下端某一位置时，同样的方式由下向上做螺旋运动，即内旋流。除尘后的气体从排气管排出。旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体、排灰管与排气管组成的。其优缺点点主要有以下几点：1）结构简单、占地面积少；2）易操作，易维护；3）工作性能稳定，不受气体的温度及浓度限制；4）对处理微细粉尘的效率不高；5）单个除尘器处理的风量小，处理大风量时，得采用多个旋风子并联。2.3湿式除尘 凡是用水或者其他液体与烟气接触，借助液体网、液膜、液滴捕集，从而使得烟气净化的除尘设备统称为湿式除尘器。湿式除尘器的除尘机理有：1）惯性碰撞，气体在运动过程中遇到液滴改变气体流向，运动轨迹变化为曲线，粒径大与0.3微米和较大的惯性大，保持直线运动，而细小的尘粒随气流一起绕流，从而与水滴相撞；2）扩散等，粒径在0.3微米下的尘粒，气体分子的碰撞下，微粒像气体分子一样做布朗运动，这个过程中尘粒和液滴接触而被捕获。此时扩散成为最重要的捕集因素。3）粘附，粉尘粒径半径大于粉尘中心道液滴边缘的距离时，粉尘被液滴粘附而捕集。4）聚集，分为两种情况，一是由于水蒸气的凝结使微小尘粒聚集；二是扩散漂移的作用，尘粒向液滴聚集增大。5）难粘合区，粉尘粒径在0.010.03微米范围内，难以被水滴粘合，称为难粘合区。在湿法除尘中，水与含尘气流的接触分为三种：1）水滴，如 喷淋塔、文丘里除尘器；2）水膜，如旋风水膜除尘器、填充式洗涤器；3）气泡，湿式除尘器的主要有一下优点：1）适合处理高温、高湿、高黏性的粉尘；2）适合处理含有有毒气体的粉尘；3）除尘效率高；4）结构简单、占地面积少、一次性投入少。主要缺点：1）产生泥浆，造成二次污 染；2）产生的污水回腐蚀设备，所以的采用防腐材料；3）消耗水量大，污水处理困难15。重庆科技学院本科生毕业设计 干法布袋除尘与CO2减排 3干法布袋除尘与CO2减排以重钢1200m3高炉除尘参数为例，对比分析干法布袋除尘和湿法除尘的优劣，并计算出确定的高炉节能减排量。高炉煤气组成H2 2.1%、CO 26.5%、CO2 11%、N2 60%、O2 0.4%。重钢布袋除尘荒煤气温度200，滤料采用氟镁斯，除尘参数为滤袋条数4506，布袋尺寸1206000mm,煤气流量为184000m3/h。3.1除尘器阻力对比 3.1.1干法布袋除尘阻力计算袋式除尘器的压力损失与除尘器的结构、滤料种类、粉尘性质及粉尘特性、清灰方式、气体的温度、粘度等有关。压力损失由三部分组成，公式表示为： P = Pc + Pf + Pd （3.1）式中P除尘器的总阻力，Pa；Pc除尘器的设备阻力，Pa，200500Pa；Pf滤料阻力，Pa，50200Pa；Pd沉积粉尘层的阻力，Pa，5002000Pa。 Pf =fVF （3.2）其中，f滤料的阻力系数； 气体的黏度，Pas ； VF 过滤风速，m/s； （3.3）其中，通过滤料的煤气流量，m3/h； S滤料总面积，。过滤总面积S=滤袋条数n每条滤袋面积a 即S = 450660.12 = 6104.16 (3.4) 一般逆气流反吹清灰VF 为0.52.0 m/min ，脉冲喷吹清灰VF 为2.04.0 m/min 。 式（3.1）中 Pd = dVF （3.5）其中，d堆积粉尘阻力系数，1081011（1/m）。高炉煤气的粘度通过混合气体的黏度公式（3.6）近似计算： (3.6) 式中为混合气体中i组分的体积分数，%；Mi为混合气体中组分i的相对分子质量； 为混合气体中i组分的黏度，Pas。黏性主要是由分子的热运动产生，对于气体而言，温度升高时，分子运动剧烈，所以气体的黏度随温度的升高而增大。气体的黏度可用公式（3.7）近似计算： （3.7）式中，0 为气体在0时的黏度，Pas；T为气体的绝对温度，K；C为实验常数。常见的气体0 、C值见表（3.1）16。 表3.1常见气体的0 、M、C值 气体种类 动力黏度0 106 /Pas相对分子质量M C值空气17.0929111氧19.2032125氢8.40271一氧化碳16.8028100二氧化碳13.8044254氮16.6028104水蒸汽8.9318961即可以算出高炉荒煤气在200时的黏度。计算如下：对于f 的计算参考相同滤料氟美斯，其参数如下16：煤气流量为106000m3/h；过滤风速为0.450.79m/min；滤料为氟美斯针毡；荒煤气温度为100250；入口压力为0.120.15MPa；洁净滤料阻力Pf一般为 50200Pa；按式（3.2）计算: (50200)=f 24.3110-6 (0.450.79) 继而得出f 为2.610618.26106 本课题f 取18106 。把高炉煤气 带入（3.2）、（3.5）式中可以求得：Pf =f高炉煤气VF =18106 24.3110-6 0.5=218.79Pa 算出与理论值相差很小，分析原因可能是f 取值导致的偏差。求Pd 取d值为1010 1/m 。 查得17 Pd理论数据5002000Pa，此处计算值与之相差无几，分析其原因可能是计算中各个数值的取值偏差导致的，如取d值。除尘设备的阻力取值为300Pa。袋式除尘器的总阻力P = Pc +Pf +Pd = 300+218.79+2025.83=2544.62Pa。分析结果与陈隆枢、陶晖主编的袋式除尘技术手册上的理论数据相符。 3.1.2湿式除尘阻力计算湿式除尘器的压力损失计算我们以文丘里除尘器为例，计算文丘里除尘器的压力损失是非常复杂的，有很多的经验公式，下面采用应用比较多的计算公式18：(3.8) 式子中 P文氏管的压力损失，Pa； 喉管处的气流速度，m/s； 喉管的截面积，； 气体的密度，/m3 ； 液气比，L/m3 。一般低阻文氏管的取5060m/s，本课题选取60m/s。喉管的截面积按（3.9）式计算： （3.9）式中Q为气体流量m3/h。高炉煤气的密度为1.291.30/m3 ,此处取1.30/m3，液气比在0.31.5，此处取1.0。这样就可以求得文氏管的压力损失在张殿印著的除尘技术手册查得低阻的文氏管除尘器（喉管流速4060m/s）压力损失约为15005000Pa，此处计算的压力损失为3948.21Pa，在此范围内。分析其结果是选取喉管流速与液气比得当，所得计算结果与理论数据相符。3.2除尘效率的对比 3.2.1 布袋除尘的除尘效率计算 除尘器的除尘效率是含尘的气体通过除尘器时，被捕集的粉尘量占进入除尘器的粉尘量的百分数，即： （3.10）式中 除尘效率，%； 被捕集的粉尘量，； 进入除尘器的粉尘量，。查得重钢袋式除尘器的漏风率为0，即入口和出口的气体流量不变，则采用另一个公式17（3.11）如下： (3.11)式中 除尘效率，%； 入口管道内的粉尘流量，/h； 出口管道内的粉尘流量，/h； 、除尘器出口和入口的气体含尘浓度，g/m3； 、除尘器出口和入口的干气体流量，m3/h。当 = 时，可得 （3.12）重钢布袋除尘入口粉尘浓度不大于120mg/m3，出口粉尘浓度不大于5mg/m3。所得的结果偏低，分析其原因可能是在布袋除尘之前已经经过了重力除尘或其他的预除尘了，高炉煤气中较重和较大的粉尘颗粒的在预除尘中已经除去，进入布袋除尘器的含尘气体量减少，总气体流量不变，所以导致其除尘效率降低，但这并不影响其除尘的效果。 3.2.2湿式文氏管除尘器的除尘效率计算文氏管除尘器的除尘效率比较复杂，课按下列经验公式近似计算18： （3.13）式中 除尘效率，%； 文氏管压力损失，Pa。前面我们已经探讨了文氏管的压力损失计算得出为3948.21Pa，带入（3.13）式中，可以求得文氏管除尘效率为，这个计算结果与理论值相差不大，计算正确。3.3 TRT发电量 以重钢1200m3高炉煤气参数为例，见表3-2重钢TRT机组的运行情况： 表3.2重钢TRT机组的运行情况项目炉容（m3）出口压力P2（kPa）入口压力P1（kPa）煤气流量（m3/h）装机容量（kW）主机效率（%）发电机效率（%）透平效率（%）数值12009.8113184000450082953016查得大气压力=0.991MPa，气体常数R=28.3，煤气分子质量M=30.08，入口温度=200，即473K，煤气定压比热=31.5kJ/（molK），系数K由（3.14）表示： (3.14) （3.15) (3.16) (3.17) 电机功率 kW （3.18）即干式透平机组发电量分别为4025kW，而湿式则为3016kW。干式是湿式的1.33倍的发电量，显然干式TRT发电比湿式TRT发电量高很多，但投资较高19。3.4计算结果及分析通过对阻力损失、除尘效率、TRT发电量的计算，分析其结果可以得出布袋除尘的过程中的阻力损失为2544.62Pa、除尘效率为95.83%、TRT发电量为4025kW，而湿式文氏管除尘器的阻力损失为3948.21Pa、除尘效率为93.33%、TRT发电量为3016kW。如下表3.3，图3.1，图3.2，可以得出干法布袋除尘比湿式除尘压力损失更小，除尘效率表3.3计算结果对比除尘技术除尘效率（%）阻力损失（Pa）TRT发电量（kW）干法布袋除尘95.832544.624025湿法文氏管除尘93.333948.213016更高，TRT发电量更高。可以得出高炉煤气除尘采用干法布袋除尘更好节能环保。在高炉煤气除尘过程中采用布袋除尘可以减小压力损失，这就可以减小额外做功，使高炉工序节能；不会像湿法除尘那样产生大量的污水，而污水处理有要消耗很多的能源，这样可以降低能耗；干式透平机组可以比湿式更好的利用高炉煤气余压发电，因为不用水，可以充分利用煤气显热，不会降低煤气的温度，这样可以提高TRT发电量，这些电能可以供给给工厂的其他部门，像烧结、炼钢等工序用电。所以采用干法布袋除尘可以很好的降低高炉煤气除尘能耗，减少电力和煤炭的使用量，这样也就达到了CO2减排的目的。图3.1阻力损失、TRT发电量比较图3.2除尘效率比较重庆科技学院本科生毕业设计 CO2减排措施及可行性 4 CO2减排措施及可行性4.1降低布袋除尘的压力损失前面我们探讨了布袋除尘相对于传统湿法除尘的优点，而且随着全干法布袋除尘在大型高炉上的应用技术的推广，今后布袋除尘将是高炉煤气除尘的大趋势。干法布袋除尘是钢铁行业发展可持续发展先进技术之一，该工艺技术具有除尘效率高、无污水排放、投资省、占地少、节水、节电、可增加TRT发电量、煤气显热高等优点。按照上文计算的重钢采用干式透平机组发电与湿式透平机组相比，压力损失每降低1KPa，绝热扬程增加12.476m，发电机输出功率增加219kW，增加年发电量191.844万kWh，相当于节约23.98t标煤，按照CCO2转换，即相当于年减排CO287.93t。虽然布袋除尘相对传统湿法除尘降低了能耗，但要进一步降低袋式除尘器的能耗，主要从降低压力损失方面着手。袋式除尘的压力损失由三部分组成，用公式（3.1）表示： P = Pc + Pf + Pd 式中P除尘器的总阻力，Pa；Pc除尘器的设备阻力，Pa，200500Pa；Pf滤料阻力，Pa，50200Pa；Pd沉积粉尘层的阻力，Pa，5002000Pa。除尘器的设备阻力Pc主要是指气体通过除尘器出入口及文氏管、内部挡板等产生的阻力，袋式除尘器建成以后则其设备的阻力就不会怎么变化了。滤料阻力Pf与滤料阻力系数、高炉煤气黏度及过滤风速有关，高炉煤气黏度基本是一定的，要想降低滤料阻力以及沉积粉尘层的阻力，只有找到低阻力系数的滤料以及降低过滤风速。若风速降低，设备就相应的庞大、占地面积大、运行的费用就高，而且滤料还得根据高炉煤气的性质、粉尘的性质、除尘器的清灰方式等选取。所以要综合实际情况来选取最优的滤料，来降低袋式除尘器的阻力损失，达到节能减排的目的。4.2提高TRT发电量TRT发电即高炉煤气余压发电技术，其工作原理即是高炉煤气在高炉减压阀组前引出，进入透平机，导流器是气体进入叶栅，高炉煤气在静叶栅和动叶栅管道中不停地膨胀做功，温度和压力慢慢的降低，转化为动能推动动叶转动，从而使整个的透平转子旋转，转子带动联轴器，并带动发电机一起转动而发电。从上面的计算可以得知影响TRT发电的几个重要参数有:1）透平机入口煤气温度，温度越高则发电量越高；2）出入口煤气压力，入口煤气压力越高则发电量高，出口煤气压力越小则发电量越高；3）煤气流量，煤气流量越高则TRT发电量越高20。按照上文计算的重钢采用干式透平机组发电与湿式透平机组相比，年发电量增加883.88万kWh，相当于节约1104.9t标煤，按照CCO2转换，即相当于年减排CO24051.3t。4.3热还原性气体注入高炉技术热还原气体（HRG）是煤炭气化而成的煤气或者是去除了CO2和N2的高炉煤气，热还原性气体注入高炉技术就是基于减少喷煤这个目的。在不同的情况下注入的热还原气体，对高炉节能和CO2减排有着不同的影响。B.Desai，R.V.Ramna等人系统比较了注入HRG、煤粉的数据参数。HRG若以1000、250Nm3/thm的流速注入高炉，可以提高生产率25%，焦比下降83kg/t，而且若采用HRG和煤粉联合注入时富氧率可以达到75%，使生产率提高，但是焦炭置换率降低。由于高炉煤气是炼铁的副产品，来源广泛，只需要将HRG从炉顶引出再经过一定的设备去除其中所含的CO2和N2，在经特定的设备调温后注入高炉内，就可以代替一部分的喷煤，节约煤的用量。这种技术不仅可以使资源循环利用，而且还可以达到CO2减排的目的，具有非常广阔的前景13。4.4高炉煤气除尘系统的正常运行及降低煤气含水量高炉煤气除尘系统的正常运行与操作管理和高炉生产状况紧密结合，工艺流程如下图4.1： 图4.1 煤气除尘系统的工艺流程气力输灰操作管理方便，易损件少，维修及运行成本低，卸灰和输灰过程是全密闭，没有二次污染。而机械输灰设备数量多，输灰阻力大，维修及运行成本高，密封性能差，容易造成二次污染。还可以利用减