高炉煤气除尘脱硫脱氯净化系统设计 化学工程

1、本页为“5毕业论文摘要（1页或2页）”，点击菜单“USTB本科论文各部分”中的本部分菜单进行相应操作。本提示信息为非打印信息，可一直保留，不影响打印。(论文)摘 要高炉煤气是钢铁冶炼的副产物之一。高炉煤气中含有的CO、HCl、H2S、COS等有毒气体以及大量粉尘，对大气都造成了不可忽视的污染，所以对于高炉煤气的治理刻不容缓。但在煤气中还存在着可利用的高温高压以及可回收二次利用的有用气体，所以将其除尘脱硫脱氯过程中，对煤气进行进一步利用，将给整个工厂带来巨大的经济效益。本设计的主要内容是针对标准状况下40万m/h的高炉煤气流量，对其进行除尘脱硫脱氯的工艺设计，使其满足排放要求。目前针对高炉煤气脱

2、硫的方法有加氢转化法、氧化法、吸附法和水解法等。催化水解法是目前应用最为广泛的方法。目前，国内外关于煤气除尘工艺已经有许多种并都较为成熟。因此本设计的方案是旋风除尘器对高炉煤气进行粗除尘，再经过布袋除尘器进行进一步除尘。除尘之后，有机硫转化工艺采用高效水解转化工艺，主要是将有机硫催化水解为硫化氢，然后采用喷淋吸收的方法将硫化氢和氯化物净化去除。本设计主要针对某1500m高炉煤气进行除尘脱硫脱氯净化系统的设计，针对该设计主要是在TRT余压发电装置前设置预处理塔和催化水解塔，在TRT余压发电装置前后设置喷淋吸收塔，最终实现该高炉煤气的脱硫脱氯技术要求。本设计也将估算整个工艺流程所需要的建设成本。关

3、键词：高炉煤气，湿法脱硫，喷淋水解，旋风除尘，布袋除尘- I -本页为“6毕业论文Abstract（1页或2页）”，点击菜单“USTB本科论文各部分”中的本部分菜单进行相应操作。本提示信息为非打印信息，可一直保留，不影响打印。(论文)Design of dedusting desulfurization and dichlorination purification systemAbstractBlast furnace gas is one of the main by-products in the process of ironmaking. The CO, HCl, H2S, COS

4、and other toxic gases in blast furnace gas as well as a large amount of dust have caused non-negligible pollution to the atmosphere, so it is urgent to control the blast furnace gas. However, there are still usable high temperature and high-pressure gas in the gas as well as useful gas that can be r

5、ecycled for secondary use. Therefore, further utilization of the gas in the process of dedusting, desulfurization and dichlorination will bring huge economic benefits to the whole plant.The main content of this design is to design the process of dedusting, desulfurization and dichlorination for the

6、blast furnace gas flow of 400,000 m /h under standard conditions, so as to make it meet the discharge requirements. At present, the main methods of removing organic sulfur from blast furnace gas include hydrogenation and conversion, oxidation, adsorption and hydrolysis. Catalytic hydrolysis is one o

7、f the most important methods to remove organic sulfur. At present, there are many kinds of gas dust removal technology at home and abroad. Therefore, the scheme of this design is the cyclone dust collector to the blast furnace gas for coarse dust, and then through the bag filter for further dust. Af

8、ter dust removal, the organic sulfur conversion process adopts efficient hydrolysis conversion process, which is mainly to catalyze the hydrolysis of organic sulfur into hydrogen sulfide, and then to purify hydrogen sulfide and chloride by spray absorption.This design is mainly aimed at the design o

9、f a purification system for dedusting, desulfurization and dichlorination of a certain 1500m blast furnace gas. For this design, the pretreatment tower and catalytic hydrolysis tower are set before the TRT residual pressure power generation unit, and the spray absorption tower is set before and afte

10、r the TRT residual pressure power generation unit, so as to realize the technical requirements of desulfurization and dichlorination of the blast furnace gas. This design also estimates the construction cost required by the whole process.Key Words：blast furnace gas， Wet desulfurization， cyclone dust

11、 removal，bag dust removal， spray hydrolysis- IV -本页为“7毕业论文目录（1页或若干页）”，点击菜单“USTB本科论文各部分”中的本部分菜单进行相应操作。本提示信息为非打印信息，可一直保留，不影响打印。(论文)目 录摘 要IAbstractIII1 引 言12 研究背景22.1 课题背景22.2 研究意义22.3 高炉煤气常见除尘工艺32.3.1 重力除尘技术32.3.2 旋风除尘技术32.3.3 离心湿式除尘技术42.3.4 布袋除尘技术42.3.5 电除尘技术42.4 脱氯工艺综述52.4.1 高炉煤气中氯元素的主要来源52.4.2 高炉煤气

12、中HCl的危害52.4.3 高炉煤气中HCl脱除办法62.5 脱硫工艺综述62.5.1 加氢转化法72.5.2 氧化法72.5.3 催化水解法73 工程设计83.1 设计内容83.2 设计方法104 工艺设计及其计算124.1 旋风除尘器设计124.1.1 确定旋风除尘器处理气体量134.1.2 旋风除尘器结构尺寸计算134.1.3 除尘器压降计算154.1.4 除尘率与除尘量计算154.2 布袋除尘器设计184.2.1 确定布袋除尘器处理气体量184.2.2 除尘器尺寸结构计算184.2.3 压力损失204.2.4 除尘效率214.2.5 布袋除尘器的平面布置224.3 水解塔设计计算234

13、.3.1 物料平衡计算234.3.2 催化剂的设计244.3.3 水解塔结构设计264.4 喷淋塔设计计算274.4.1 通过喷淋塔的流量计算284.4.2 喷淋塔尺寸计算284.4.3 喷淋塔喷淋系统设计284.4.4 喷淋系统选型设计294.4.5 碱液循环池设计304.4.6 喷淋塔壁厚设计305 经济分析315.1 经济分析的目的和意义315.2 建设成本估算315.2.1 旋风除尘器设备成本315.2.2 布袋除尘器设备成本325.2.3 水解塔和喷淋塔设备成本325.2.4 其他费用336 结论34参考文献35附录A37在学取得成果39致 谢41- VI -本页为“9毕业论文注释说

14、明清单页（可选，1页或若干页）”，点击菜单“USTB本科论文各部分”中的本部分菜单进行相应操作。本提示信息为非打印信息，可一直保留，不影响打印。(论文)- VII -本页为“10毕业论文正文页（若干页）”，点击菜单“USTB本科论文各部分”中的本部分菜单进行相应操作。本提示信息为非打印信息，可一直保留，不影响打印。(论文)1 引 言近年来，随着我国工业技术的不断创新进步，构建循环经济型产业体系，加快环保产业的发展被成为国家发展的新方向。随着国人生活水平的改善，环保事业被国人日益重视，国人对环境的需求日益提高，为了改善我们生活环境，因此本作旨在提出一种对于高炉煤气的除尘脱硫脱氯工艺以改善刚体行业

15、对环境的工业污染。本作根据现有的旋风除尘技术和布袋除尘技术，在任务书的模拟场景下，对除尘工作进行工艺设计；对煤气除尘后，先后使用水解脱硫和湿法喷淋对煤气中所含的氯化物和硫化物进行脱除，从而满足排放要求，最大限度的降低高炉煤气对环境的污染以及对钢铁厂设备的腐蚀。本作一共分为四部分。第一部分，简要介绍了除尘、脱硫、脱氯的现有技术，以及这些技术的优劣；第二部分主要对该设计的研究背景和目的做了更深入的介绍；第三部分主要对该任务书所涉及到的虚拟场景下进行了设计计算，从理论上去验证本作所进行的工艺设计的合理性以及经济成本；第四部分主要致谢了对本作的撰写提供帮助的老师、同学。2 研究背景2.1 课题背景高炉

16、煤气是产生于冶炼过程的一种可燃气体，也是冶金工业中回收利用的四种煤气之一1 。高炉煤气具有大量可利用的物质，对其进行合理利用，既可以节能减排，也可以节约成本。高炉煤气的除尘净化是实现资源合理化利用的关键技术2 。在冶炼钢铁的过程中，冶炼所用到的一部分材料，比如矿石，焦炭等会将微量的氯元素带入高炉，在高炉内部，这些材料经过一系列复杂的化学反应后，大部分氯元素以HCl的形态混合进高炉煤气3 。尤其是近几年以来，在高炉炼铁的所需矿产中，由于国内矿石产能不高，钢铁冶炼行业用到的矿石中进口矿的比例逐年增加。高炉喷煤技术的进一步发展也使得煤粉带入高炉的氯元素含量提高，使得高炉煤气中HCl的含量提供，这大大

17、危害了高炉的正常工作3 。高炉在冶炼过程中，干法除尘的条件下更容易导致高炉煤气余压透平发电装置（简称TRT）)叶片和煤气管道的腐蚀，当高炉煤气被燃烧利用以后，氯元素还是以HCl的化学形态排放进大气，给大气环境造成了严重的污染4 。此外，高炉煤气含有包括硫化氢、羰基硫、二硫化碳在内的多种硫化物，这些硫化物在煤气燃烧后会转化成二氧化硫，造成空气污染。高炉煤气重复利用主要是通过火力发电，再煤气燃烧以后在进行脱硫，那么需要在每个煤气用户后都建造脱硫装置，而采用燃烧前脱硫的方法进行脱除，可以极大程度地节约装置数量，减少相关投资和设备占地面积。本研究课题主要以高炉煤气的净化处理为目的，着重对某钢铁公司炼铁

18、厂1#1500m3高炉煤气处理工艺进行除尘、脱硫、脱氯设计。通过该项研究设计可以为钢铁公司炼铁厂的高炉煤气处理寻求一种经济合理，高效稳定的新处理工艺，同时为整个废气处理工艺提供相应的技术参数。2.2 研究意义高炉煤气是高炉炼铁时产生的副产品。由于产出量大、热值高，所以可以对其加以利用。高炉煤气先除去尘粒再利用很有必要。一般用传统的湿法除尘工艺除尘，经过重力除尘器之后再通过双级文氏洗涤塔5 。干法除尘技术使用了布袋除尘系统代替文氏洗涤系统，在干法除尘不用消耗水，但该工艺整个过程煤气温度均比较高，这两种除尘工艺均有较长时间的工业应用，但受限于高炉煤气的温度控制、布袋除尘器中所使用布袋的安全及寿命、

19、煤气的相关置换操作等多项核心技术的进一步发展，干法除尘工艺的应用范围小于湿法除尘工艺。直到近十余年来，随着技术进步，干法除尘具有煤气利用发电、相对节水、节约能源和污水排放量减少等节能环保方面的优势，加之刚才提及的关键技术有了突破性的发展，所以干法除尘技术才逐渐在国内钢铁厂大规模应用并推广6 。当高炉煤气中的含尘量比较高时，会造成热风炉系统堵塞，降低炉龄，影响高炉生产。此外，高炉煤气中含有的氯化物和硫化物会造成管道的腐蚀和燃烧后烟气二氧化硫超标。所以减少煤气的含尘量和对煤气进行脱硫脱氯，充分利用高炉煤气的高温能源，减少煤气对环境的污染，对钢铁工业可持续发展，解决经济快速发展和环境保护的矛盾具有非

20、常现实而又重大的意义。我国钢铁冶炼行业目前的发展水平与西方发达国家相比还有很大的差距。利用高炉煤气除尘脱硫脱氯净化系统回收高炉煤气的同时，对高炉煤气进行脱硫脱氯。这既有利于钢铁企业节能减排，也有利于我国钢铁冶炼行业技术进步。本研究设计是在“催化水解+湿法喷淋”技术对高炉煤气脱硫脱氯以及“干法除尘”高炉煤气净化技术的研究成果基础上，结合某钢铁公司炼铁厂1#1500m3高炉煤气40万m/小时的产出规模，进行高炉煤气处理的工艺设计，并绘制布局合理的工艺流程图、平立面布置图以及主要设备图进行技术、经济对比分析，从而优选出最佳的处理工艺。2.3 高炉煤气常见除尘工艺近年来，在国内广泛应用于高炉煤气除尘的

21、技术主要有重力除尘技术、旋风除尘技术、离心湿式除尘技术、布袋除尘技术、电除尘技术等7。7 2.3.1 重力除尘技术该技术的原理是气体中固体尘粒的比重大，将固体尘粒从气体中分离。重力除尘技术具有以下优点：设备的结构比较简单、压力损失小、设备耗能低、寿命长、运行费用低，但是该技术的设备体积庞大、设备造价相对很高、除尘效率相对低等缺点。2.3.2 旋风除尘技术该技术是用尘粒的离心力分离尘粒，分为切向进气和轴向进气9 。该技术运行成本最低，一般用于含尘气体的粗除尘2 。该除尘器一般用于重力除尘器粗除尘之后，用于精除尘即分离直径和比重更小的固体颗粒。旋风除尘器的除尘效率一般能达到90左右。切向进气型旋风

22、除尘器具有以下优点：结构相对简单、通过气流的压力损失相对较小、寿命长、费用低，但设备体积大、除尘效率受煤气状态影响较大8 。轴流式旋风除尘器除尘器一般用作含尘气体的粗除尘，效率一般能达到85。这种技术设备小，简单可靠，寿命长，能耗低，除尘效率高，但是该除尘器的阻力损失比较高。旋风除尘器对颗粒的捕集原理依靠的是颗粒所受的离心力，而颗粒的离心力与在流体中的阻力很大程度上取决于粉尘粒径的大小。粒径越大，离心力相对越大，越易被捕集；而粒径越小，流体阻力增大，易逃逸。2.3.3 离心湿式除尘技术气体从切线方向进入除尘器，气体沿着筒壁旋转上升，被筒壁上的水膜吸附，水膜下流到底部，虹吸管将污水抽到除尘器外。

23、该技术的除尘效率高达90%以上，但该技术消耗水量很大，浪费水资源12 。2.3.4 布袋除尘技术布袋除尘器中的滤料通过尘粒具有的惯性碰撞效应、静电效应、筛滤效应、扩散效应、重力沉降效应等对尘粒进行捕获13 。半净煤气的运输管道、半净煤气的温度控制、反吹清灰、控制系统输灰与卸灰等部分共同构成了布袋除尘器13 。布袋除尘技术主要用于含尘气体的精除尘，该技术与湿法除尘技术相比，该技术除尘效率更高、设备运行稳定、生产运行费用相对低、运行过程更加环保等优点。若高炉应用干式布袋除尘技术，经济效益和环保效益均不可估量。但在布袋除尘系统的生产过程中，还需要重点解决除尘系统的系统运行的可靠性、控温系统、设备质量

24、等相关问题。布袋除尘优点有 易清灰、效率高、寿命长、占地小等10 。2.3.5 电除尘技术电除尘器的工作原理是含尘气流在强电场作用下，瞬间电离含尘气体，被电离的气体离子使得含尘气体中的尘粒荷电，两者发生碰撞或气体电离扩散到颗粒表面，均能让尘粒荷电。负电的颗粒在电场力的作用下被富集到集尘电极表面，从而分离气体与尘粒。该技术流程短、操作比较简单、操作环境清洁、运行安全可靠、成本低、寿命长等优点，但存在着材料稳定性、电晕稳定性、材料的热胀性等亟待优化的问题，且基建投资比较高11 。2.4 脱氯工艺综述在冶炼过程中，有含氯的原料参与其中，使高炉煤气中含有以氯化氢为主的酸性气体。而现有的除尘技术，无法解

25、决后续附属设备被HCl等酸性气体腐蚀，这已成为高炉煤气再利用中不可忽视的问题14 。尤其是近几年以来，在高炉炼铁的所需矿产中，由于高炉喷煤技术的进一步发展也使得冶炼原料带入高炉的氯元素含量增多，导致高炉煤气中HCl的含量提高，这大大危害了高炉的正常工作3 。2.4.1 高炉煤气中氯元素的主要来源高炉煤气的氯元素主要有以下几个来源：炼铁所用的矿石：近年来，由于我国铁矿资源需求量急剧增加、矿石的开采技术进一步发展，来自海岸的含铁砂矿由于价格低廉，受到国内许多钢铁企业的青睐。来自海岸的含铁砂矿由于铁矿石长期被海水浸泡，所以海岸的含铁砂矿石表面附着一定量的以NaCl为主的氯化物。烧结矿：喷洒CaCl2

26、溶液能有效降低烧结矿低粉化率，这部分溶液最终变成HCl进入高炉煤气。焦炭：由于焦炭的反应性能过高，所以一般钢铁厂在炼焦的过程中会加入焦炭钝化剂来降低焦炭的反应性能。一般用于工业的焦炭钝化剂含有一定量的无机氯化物，这部分氯化物中的氯元素绝大部分会进入焦炭中，最后随着煤气排放进大气。喷吹煤粉：喷吹煤粉含有的氯元素变成HCl，随着高炉用煤比例不断提高，喷吹煤粉已成为氯元素的最主要来源3 。2.4.2 高炉煤气中HCl的危害根据位置的不同，可分为以下三种：腐蚀高炉煤气管道、造成TRT叶片的积盐和对热风炉蓄热室的酸性侵蚀。腐蚀高炉煤气管道：高炉煤气中的以HCl为主的酸性气体会溶解于高炉煤气冷凝水而形成的

27、酸性溶液，对各种煤气设施造成化学腐蚀。就算在中性溶液中，氯离子的存在也会造成各种不锈钢材料的腐蚀。这种主要由氯离子造成的腐蚀对高炉及其后续处理设备焊接点的造成破坏性极大。引起TRT叶片积盐：氯化氨和氯化铁与煤气中微小颗粒的结晶物造成TRT叶片结垢，导致叶片受力不均，机轴加剧振动，影响设备的正常运行。对热风炉蓄热室酸性侵蚀：热风炉蓄热室需要在高温高压的条件下工作，其构筑材料的质量和寿命对热风炉的运行寿命有着重要意义。HCl气体对热风炉的酸性腐蚀主要热风炉炉内直接接触耐火材料，破坏了其原有的矿物结构3 。2.4.3 高炉煤气中HCl脱除办法脱除高炉煤气中的HCl主要有以下三类技术：湿法技术：HCl

28、易溶，可以通过喷淋水或碱液去除。该方法处理量大，设备少、占地小，但也存在这一定的问题，比如脱氯效率不高、耗水量较大浪费水资源，且因为溶解过程是吸热反应所以伴有降温过程，而且这种方法使高炉煤气中含水量饱和并会携带有一定量的液态水，会对后续工艺造成一定影响。半干法技术：将高炉煤气通过喷雾反应器，石灰浆雾滴与烟气通过中和去除HCl。这种方法优点是脱除效率高，整个主工艺过程没有废水排放，但对喷头、石灰浆雾化程度要求较高。干法技术：使用固态碱式吸附剂脱除HCl。该技术设备结构简单，工艺设备造价低，过程无多余污水产生，脱除效率高，缺点是，在相同烟气条件下，该工艺流程设备多、占地大、需要大量吸附剂，运行成本

29、高、产生废物量大14 。干法技术脱氯相对来说脱氯效果比较好，该工艺过程的节能环保效益高，能够实现能源的高效利用，节约资源、降低工艺能耗；干式脱氯工艺的装置布置在布袋后、TRT前，这种布置方法可以解决TRT和管网的腐蚀、积盐问题；而湿法技术过程产生的废水难以处理14 。由于是对旋风-布袋除尘后的高炉煤气进行脱氯，因此脱氯工艺若采用湿法技术，就没有达到节水的目的3 。除此之外，喷淋也会造成大量待处理的废水，高炉煤气蕴含的能源没有得到高效的利用14 。2.5 脱硫工艺综述高炉煤气中含有有机硫和无机硫两种，其含有的有机硫主要是COS，CS2，H2S但高炉煤气中总的含硫量并不高。挥发性有机硫的存在对环境

30、造成了严重破坏，也不利于可持续发展15 。羰基硫作为化工生产原料，广泛存在于化工产品中，即影响正常生产，也对严重污染了环境16 。所以深度去除COS对保护环境和提高工业生产质量都非常重要。COS能发生水解、分解、氧化等多种反应。基于这些性质。目前已开发出多种脱除COS的方法，包括加氢转化法、催化氧化法、催化水解法等17 。2.5.1 加氢转化法该方法是指羰基硫在H2的氛围内，在催化剂的作用下被还原，生成H2S。目前该反应工业上常用的催化剂有，传统的镍、钴、钼系复合金属催化剂、转化和吸收双功能的金属氧化物催化剂、改性活性炭基催化剂18 。该方法比较新颖，脱硫效率高，但催化剂的工作环境比较苛刻。传

31、统脱硫用到的还原法主要采用高温钻铝、铁铝或镍铝等还原串联氧化锌的方法，传统的脱硫方法虽然脱硫的效率高但工艺流程比较复杂，建设成本花费大。而加氢还原法需要大量的氢气，运行成本高。2.5.2 氧化法COS可被氧化成SO2，在工业上有部分工厂利用这一性质去除COS。COS可以在高温下被过量的SO2、溴的碱溶液氧化；在钯催化剂的作用下COS在浓硫酸中反应更加快速。2.5.3 催化水解法催化水解法是在固体催化剂的条件下，将其水解成H2S，。固体催化剂的制备需要一定量的载体来负载活性组分。水解催化剂的载体主要有金属氧化物，如TiO2、非金属氧化物，主要指活性炭。活性组分主要指碱金属、过渡金属氧化物等。现有

32、工业应用的技术存在主要问题有：有机硫的脱除效率相对较低、工艺过程存在二次污染、脱硫所使用的净化材料需要经常更换、工艺流程复杂等。3 工程设计3.1 设计内容本研究设计是结合某炼铁厂在标准状况下40万m/h高炉煤气产出规模，进行高炉煤气除尘脱硫脱氯工艺设计，并绘制布局合理的工艺流程图、平立面布置图以及主要设备图进行技术、经济对比分析，从而优选出最佳的处理工艺。本设计主要考虑旋风-布袋除尘器对煤气进行除尘，用催化水解+湿法喷淋联合处理工艺进行高炉煤气的脱硫和脱氯. 其中，高炉煤气的参数如表3-1所示：表3-1 高炉煤气基本参数项目参数煤气流量（标况）（m/h）400,000含尘量（g/m）1030

33、HCl浓度（ppm）120200H2S浓度（ppm）2030COS浓度（ppm）3060设计预期目标如表3-2所示：表3-2 设计预计参数项目参数进入TRT前含尘量（mg/m）10HCl浓度（ppm）10H2S浓度（ppm）5COS浓度(ppm)5其中，通过查阅相关文献有以下数据，高炉煤气烟尘密度为p=2035kg/m，烟气粘度为=1.75610-6kgs/m，以及高炉煤气中含有的粉尘粒径分布，如表3-3所示；高炉煤气出口温度以150即423.15k，出炉压力以1.5MPa，实际大气压101.325KPa为例进行计算。表3-3 高炉煤气粒径分布尘粒粒径dp（m）尘粒分布D1.53.53.575

34、121017152422192810365442.5本次除尘部分设计采用旋风-布袋除尘-联合处理工艺，其工艺流程如下图3-1所示：图3-1 除尘部分工艺流程高炉煤气从经旋风-布袋除尘器除尘以后，进入水解塔，将煤气中的羰基硫水解反应为硫化氢；之后煤气进入余压发电系统以充分利用能源，随后进入喷淋塔，用碱液一并吸收硫化氢和氯化氢；然后进入后续环节进行下一步处理。该工艺大致流程图如图3-2所示：图3-2 脱硫脱氯部分工艺流程本工艺步骤中的高炉煤气处理工作状况的基本参数如表3-4所示：表3-4 高炉煤气处理工作状况名称数量煤气标况流量400000m/h工况1（水解塔）150，1.485MPa工况2（喷淋

35、塔）60，0.1MPa进口有机硫浓度（COS）200mg/m3进口处氯化氢浓度（HCl）150mg/m3水解催化剂空速2000h-13.2 设计方法旋风除尘技术是利用固体尘粒的离心力除尘。该技术一般用作前置除尘，除尘效率相对不高，一般在85%左右。筒体直径与粉尘离心力成反比，直径与效率反相关，但直径过小易引起堵塞。旋风除尘器的高度也应该保证有足够长，但过长的旋风除尘器的成本很大。当锥体高度一定，锥体角度太大会降低除尘效率，所以一般取锥体的锥角为1315。为防止粉尘被二次夹带，取排灰口直径D2为（0.50.8）D=，取圆锥高度为（22.5）D0。在一定范围内，排气管直径与压力损失成正相关。由经验

36、值，一般取de为（0.30.5）D0。在一定范围内，进口气速和除尘效率呈正相关，气速过高气体易形成湍流，会造成二次夹带，一般取进口气速为1225m/s。布袋除尘器的除尘布袋用的滤料主要有机织滤料和复合针刺毡滤料；有机滤料是以传统的织布机编制而成，这种材料强度非常高高，耐磨性也很好，可以在高压环境下工作，这种材料也比较耐磨蚀，它的表面光滑对于清灰工作非常方面；而针刺毡滤料则是由针刺机将一种或多种纤维在基布纺织以后再进行进一步的处理加工，这种材料孔隙率比较高、它的过滤精度也很高、由于可以使用多种纤维制作该中滤料，所以它可整合多种滤料不同的优点，所以它被广泛应用于高炉煤气的除尘工艺。上述这两种滤料都

37、可以在表面覆盖一层覆膜，滤料在覆膜以后会变得更加耐水、耐油、耐腐蚀，并且覆膜以后滤料表面变得光滑，摩擦系数低，易于清灰。可通过喷淋水或碱液去除易溶得HCl。该方法处理量大，所需设备少、设备占地不大，但也存在这一定的问题，比如脱氯效率不高、耗水量较大浪费水资源，且因为溶解过程是吸热反应所以伴有降温过程，而且这种方法使高炉煤气中含水量饱和并会携带有一定量的液态水，会对后续工艺造成一定影响。催化水解脱硫，该法工作条件温和，效率高、成本低，被认为是最好的脱硫方法。与H2S相比，COS的理化性质稳定。COS既难解离又难液化，给脱除带来困难。大部分净化材料以铝、钛、铁、锰、镍、锌、铈等金属氧化物为基本活性

38、成分，大致可分为金属的氧化物、复合金属的氧化物和非金属比如活性炭等。催化水解吸收工艺效率高、资源消耗小等技术优势，现有工业应用的技术存在主要问题有：有机硫的脱除效率相对较低、工艺过程存在二次污染、脱硫所使用的净化材料需要经常更换、工艺流程复杂等。题17 。综上所述，本设计采用旋风-布袋法进行除尘，催化水解-湿法喷淋法进行脱硫脱氯的联合处理工艺。4 工艺设计及其计算4.1 旋风除尘器设计本设计中的旋风除尘器采用切向进气，轴向排灰，该除尘器主体部分参考了CLA旋风除尘器的结构进行设计。旋风除尘器的大致结构如图4-1所示：图4-1 旋风除尘器大致结构其主要尺寸如表4-1所示：表4-1 旋风除尘器的主

39、要尺寸项目数值项目数值筒体直径D01000mm进口面积A0.1进口管高a500mm进口管宽b200mm直筒长度L12000mm锥体长度L22000mm出口管直径de400mm出口管插入深度hc400mm出灰口直径De300mm其技术参数如表4-2所示：表4-2 旋风除尘器的工作技术参数项目数值工况流量m/h39209.406工况条件1.5Mpa，150压力损失pa2179.856除尘效率97.234%4.1.1 确定旋风除尘器处理气体量通过式4-1计算除尘器的工况处理量：Q=Qs273.15+tc101.325273.15pa（4-1）式中，Q工况含尘气体量，m/h；Qs标况含尘气体量，m/h

40、；tc除尘器内气体温度，；pa旋风除尘器器内气压，Kpa；带入相关数据有：Q=400000273.15+150101.325273.15（1500+101.325）=39209.406m3/h4.1.2 旋风除尘器结构尺寸计算. 筒体直径D0=4Q3600nvp（4-2）式中，Q工况气量，m/h；vp筒体断面上升速度，m/s，一般取值2.54.0；D0筒体直径，m；n并联的旋风筒个数；带入数据计算得：200mmD0=439209.4063600n31000mm经反复带值，验证计算得：当n取值为6时，D0=877.734mm，满足设计要求；圆整后取D0=1000mm。. 进口面积：A=Qn360

41、0vi（4-3）式中，A进口面积，；Q除尘器处理风量，m/h；vi进口气速，一般取15m/s23m/s，取22m/s。带入数据计算得A=0.0825. 进口管高与宽：旋风除尘器的进口管有矩形与圆形两种形式，矩形进口管在实际应用中更为广泛。矩形进口管高与宽之比一般为23；宽度b为（0.20.25）D0；高度a为（0.40.75）D0。这里取a/b=2.5。A=ab（4-4）带入数据计算得，a=454.18mm，b181.67mm。取圆整得到a=500mm，b=200mm；此时a/b=2.5，进口面积A0.1。此时将新的数据带入，重新计算煤气流速并检验圆整后的入口煤气流速是否合理，得：vi=392

42、09.406/636000.1=18.153m/s故入口处煤气流速仍符合设计手册要求。. 直筒长度:L1=(0.52)D0（4-5）取L1=2D0；代入计算得：L1=2000mm. 锥体长度：L2=(22.5)D0（4-6）取L2=2D0；带入数据计算得：L2=2000mm. 出口管的直径：de=（0.40.6）D0（4-7）取de=0.4D0，带入数值计算得，de=400mm。. 出口管插入深度：hc=0.4D0（4-8）带入数值计算得，hc=400mm。. 出灰口直径：（4-9）取D2=0.3D0，带入数值计算得到：D2=300mm。4.1.3 除尘器压降计算除尘器的压降按式4-10计算P

43、=vi22t（4-10）式中P压力损失，Pa；阻力系数，对X型=5.5，对Y型=5.0；vi进口气速，m/s；一般取12m/s25m/s；t，进口气体在t下的密度，kg/m。其中，有经验公式4-11来计算=Kabde2（4-11）式中，除尘器是切向进口，所以取K=16；带入数值计算得到，=10查表得，标准状况下为空气密度为1293g/m，考虑到该气体含尘密度为30g/m，所以，进口含尘气体密度为1323g/m。带入数值计算得，单筒压力损失为P=1018.153m/s221.323kg/m=2179.85pa。满足设计手册的要求。4.1.4 除尘率与除尘量计算常用leith-licht经验公式4

44、-12计算分级效率：x=1-exp-2(c)12n+2（4-12）式中，修正惯性系数，其中惯性修正系数用式4-13计算。=p-gdp2vi18D0（n+1）（4-13）p粉尘密度；g烟气密度；烟气粘度。n速度分布指数（10为标态，实验时为10）；速度分布指数用式4-14计算。（4-14）带入数据有，n=1-1-0.6881000mm0.14473.152830.3=1.88C旋风除尘器的尺寸比函数，式4-15计算。C=D02ab21-(deD0)2(hcD0-a2D0)+13(hc+l-l1D0)1+dcD0+(dcD0)2+l1D0-(deD0)2(lD0)-hcD0（4-15）该式中，l旋

45、风除尘器气流自然返回长度。用式4-16计算。l=2.3de(D02ab)13（4-16）带入数值有，l=1982.08mm；dc某点的锥体部分直径；用式4-17计算。（4-17）带入数值有，dc=866.27mm从而可以得到，尺寸比函数C=58.67;即可计算出，分级效率如表4-3所示：表4-3 分级效率计算表平均粒径dp（m）粒径分布D修正惯性系数x分级效率x*d1.53.50.00760.82412.88433.570.04130.90286.31995120.08420.998011.976510170.33680.965116.406815240.75770.979023.495522

46、191.62990.987918.769228102.64010.99179.91733654.36430.99474.9733442.56.51950.99632.4908总效率用式4-18计算：=dmindmaxxD（4-18）其中，D为烟尘粒径分布百分比。所以，该旋风除尘器总除尘效率为97.234%。可以用式4-19计算出旋风除尘器出口浓度：C出=1-*C进（4-19）带入数值计算得到，C出=1-97.234%30g/m=829.88mg/m从而可计算得到，除尘器8小时除尘量为m旋=24h400000m3/h30g/m1000g/kg97.234%=93344.38kg则旋风除尘器8小时

47、捕集的灰尘体积为：V灰=m旋p93344.38kg2035kg/m=45.87m设置灰斗以确保除尘器的排灰工作，灰斗体积大约为45.87m。将灰斗设置为上底边长为4m的正方形，下底边长为2m的正方形，高为5m的棱台状，需要人工每8小时清灰一次即可。4.2 布袋除尘器设计进入布袋除尘器的煤气温度为150，含尘浓度为829.88mg/m，工况压力为1.4869MPa。经过计算，布袋除尘器的相关参数如表4-4所示：表4-4 布袋除尘器基本参数项目数值工况流量m/h41508.9工况条件1.487MPa，150进口气体含尘量mg/m829.88滤袋数量128+64滤袋规格300mm6000mm压力损失

48、828.81pa除尘效率99.68%灰斗水平倾角57出口含尘浓度mg/m2.664.2.1 确定布袋除尘器处理气体量通过式4-20计算布袋除尘器处理的气体量Q=Qs273.15+tc101.324273.15pa(1+K)（4-20）式中，Q工况的含尘气体量，m/h；Qs标况的气体量，m/h；tc除尘器内气体温度，；pa布袋除尘器器内气压，Kpa；K器前漏风系数，按5%计算。带入相关数据有：Q=400000273.15+150101.324273.15（1486.921+101.324）1+5%=41508.9m3/h4.2.2 除尘器尺寸结构计算在实际应用中，一般取过滤风速为0.71.4m/

49、min。此外为了更方便更换布袋，需要在布袋之间留出一定空隙。往往并联多个除尘器以满足清灰和大流量需求。 .过滤面积计算：S1=Q60v（4-21）式中，S1有效过滤面积，；Q工况气量，m/h；V过滤速度，m/min，对于高炉粉尘，一般取0.71.40；带入数据计算得，S1=41508.9601=691.815 .滤袋选择：针刺毡滤料则是由针刺机将一种或多种纤维在基布纺织以后再进行进一步的处理加工，这种材料孔隙率比较高、它的过滤精度也很高、由于可以使用多种纤维制作该中滤料，所以它可整合多种滤料不同的优点，所以它被广泛应用于高炉煤气的除尘工艺。本次设计采用氟美斯复合针刺毡纤维滤袋，该种材料耐高温、

50、抗酸碱腐蚀、耐磨、良好的水解稳定性及良好的抗张强度。耐温范围满足设定场景，过滤风速也可达1.0m/min以上。可见该材料非常契合该条件下的过滤需求。滤袋规格：3006000mm则，单袋的过滤面积用式4-22计算S=*d*l（4-22）带入数据计算有：S=3.140.36=5.66 .滤袋数量计算：N0=s1s（4-23）带入数值计算得到：N0=691.8155.66=123个， .滤袋的排列组合：N=ABN0（4-24）式中，A喷吹管配装的滤袋数，条/组，这里取16；B排列后的喷吹管数量，组；用式4-25计算除尘室布置N=PN1（4-25）式中，P除尘器室数；N1单个除尘室中滤袋数；联立可得，

51、N=128，P=2，N1=64，B=8。但是为了满足滤袋故障，清灰等要求，故多增加一个除尘室，满足清灰等操作；所以一共设置192个滤袋，设置3个除尘室。以满足设计要求4.2.3 压力损失一般由布袋除尘器的压力损失由结构阻力、清洁滤料阻力和滤料上积附的粉尘层阻力三部分构成，可由式4-26计算：P=pc+pt+pd（4-26）式中，P袋式除尘器总阻力，Pa；pc结构阻力，Pa；通常，pc=200500Pa，这里取350Pa；pt清洁滤料阻力，Pa；pd粉尘层阻力，Pa。清洁滤料的压降可用式4-27表示：Pt=fv（4-27）式中，f滤料阻力系数，m-1，查表得，氟美斯复合针刺毡纤维的阻力系数为2.

52、8107m-1.气体粘度，Pas；v过滤风速，m/s。带入数值计算有：Pt=2.81071.75610-61=49.168Pa。滤料上的粉尘阻力pd是指滤料表面沉积的粉尘产生的阻力，可按式4-28计算：Pd=mvdv（4-28）式中，d堆积粉尘层的阻力系数，1/m；堆积粉尘层的比阻力，m/kg；取决于粉尘堆积负荷、粉尘粒径、粉尘空隙率及滤料特性等。一般为1091012m/kg；m粉尘堆积负荷，kg/，其中，粉尘堆积负荷可按式4-29计算 m=GaA（4-29）其中，Ga黏附的粉尘量，kg；A过滤面积，。带入数值计算有，Pd=mv109829.88-2.661000000400000（1285.

53、65）1.75610-61=802.741pa所以该设计下的压力损失为：P=350+49.168+802.741=1201.91pa.4.2.4 除尘效率有经验公式计算除尘效率：B=1-exp4-1dBb（4-30）式中，B除尘效率，%；b纤维的综合效率，取 60%；dB布袋使用纤维的直径，取 10-4m；过滤层空隙率，取0.8；过滤层空隙率，取310-3m；从而得到：B=99.68%通过旋风除尘器的气体含尘量可用式4-31计算：c3=c21-B（4-31）式中：c3气体含尘量，g/m3；B布袋除尘器效率 可计算得：c2=829.881-99.68%=2.66mg/m3该含尘量低于任务书要求的

54、含尘量大小，满足设计要求。4.2.5 布袋除尘器的平面布置除尘室的数量需要考虑多种因素后选取，若除尘室的数量较大，那么徒增了工作量，而除尘室的数量过少，那么当某个除尘室需要暂停工作时，会使其他除尘室的布袋超出许用范围，降低布袋的设计寿命。由上面计算可知，对于192条布袋，设置3个除尘室，每个喷吹管配装的滤袋数为16，每个除尘室有64条布袋。本设计的除尘器箱体为正方形，每个除尘室分为4组，每组有44个布袋。平面布置大致如图4-2所示：图4-2 布袋除尘器内单袋室中布袋排列 .除尘室长度和宽度：因该设计中使用的是直径为300mm的布袋，故相邻两个布袋圆心间距和器壁为400mm，所以单个袋室长度为：40052000mm同理每个袋室的宽度为200