包头地区原料条件下800M3 炉高炉煤气净化系统设计毕业论文

1、 本科生毕业设计说明书题 目：包头地区原料条件下 800M3 炉高炉煤气净化系统设计学生姓名: 学 号： 专 业：稀土工程班 级：稀土 07-2 班指导教师： 包头地区原料条件下包头地区原料条件下 800M3 炉高炉煤气净化系统设计炉高炉煤气净化系统设计摘要摘要高炉煤气净化系统是高炉的重要组成部分。本设计对炼铁工艺和高炉炉型进行了详细的计算，并对重力除尘器进行了设计。尤其本设计采用了先进的干法布袋除尘技术，详细阐述了布袋除尘器的分类、结构设计、清灰装置设计、温度控制装置设计、灰斗和卸灰装置的设计以及 TRT 的选择。关键词：高炉煤气；净化；干法；布袋除尘器Baotou material con

2、ditions 800M3 Blast furnace gas purification systemAbstractBlast furnace gas purification system is an important part. The design of blast furnace ironmaking process and a detailed calculation, and the gravity filter is designed. In particular, the design uses advanced technology for dry dust bag, b

3、ag filter described in detail the classification, structural design, cleaning equipment design, temperature control device design, ash bucket and discharging device design and selection of TRT.Key words: blast furnace gas; purification; dry; bag filter 摘要 .IABSTRACT.II第一章 文献综述.11.1 煤气除尘设备及原理.1粗除尘设备.

4、1半精细除尘设备.2精细除尘设备.21.2 高炉煤气净化工艺.31.3 高炉荒煤气的性质.41.4布袋式除尘器.5布袋除尘器概述.5工作原理.5干法布袋除尘系统工艺流程.6决定布袋除尘器除尘效率和寿命的主要因素.6运行维护管理.71.5 结构设计.8筒体与中间灰斗的设计.9花板.9滤袋的组成和分类.9脉冲喷吹系统.10防爆装置、氮气清堵装置.10除尘器的气流分布装置.10技术.111.6.脱水器.11第二章 炼铁工艺计算.122.1 高炉物料平衡计算.12原料成分.122.2 配料计算.14吨铁矿石用量及生铁成分计算.14石灰石用量及炉渣成分计算.15鼓风量的计算.17煤气组分及煤气量计算.1

5、7煤气中的水量计算.19考虑炉料的机械损伤，实际入炉量.20列物料平衡表，计算物料平衡误差.202.3 热平衡计算(按第一种全炉热平衡计算).21热收入.21热支出.22第三章 高炉炉型及重力除尘器设计.263.1 炉型计算.263.2.重力除尘器的设计.27由包钢粉尘的实际情况.27重力除尘器的截面积.28重力除尘器的容积.28除尘器的高度.28除尘器的宽度.28除尘器的效率.28经重力除尘器除尘后的尘量.29第四章 布袋除尘器的设计.304.1 除尘器的分类及选择设计.30按除尘器的结构形式分类.30按清灰方式分类清灰方式.314.2 袋式除尘器的选择.31滤袋及滤袋箱体设计.31过滤速度

6、.32过滤面积.34滤袋及箱体个数.34除尘器平面布置.354.3 清灰装置设计.36清灰方式的选择.36喷吹气体及参数选择喷吹气体.374.4 布袋除尘器附属装置设备.394.5 脉冲布袋式除尘器基本参数列表.39第五章 煤气温度控制装置.415.1 煤气降温装置.415.2 煤气升温装置.425.3 设置煤气旁通管道.425.4 煤气温度控制系统工作状态及转换.43第六章 箱体灰斗及卸灰装置.446.1 灰斗及卸灰装置的选用原则.446.2 箱体灰斗的设计.45除尘器出口粉尘浓度.45布袋除尘器箱体的积灰量.45灰斗的容积.456.3 卸灰系统及主要设备.46卸灰系统的工艺流程为.46主要

7、设备.466.4 总除尘效率.47第七章 余压发电.487.1 概述.487.2TRT 工艺流程.487.3TRT 主要设备及系统.487.4 高炉煤气干法净化系统有明显的优越性.507.5 国内 TRT 技术正朝着干式方向转化.50参考文献.52第一章第一章 文献综述文献综述高炉煤气是高炉炼铁时的副煤气, 因含有 CO、CH4、等可燃气体, 而被用来充当燃料, 其发热值一般为 3. 2 J/ m, 属低热值煤气，主要供热风炉、焦炉加热或与焦炉煤气混合成混合气体, 供其他用户使用。但从高炉炉顶出来的煤气中含有大量的粉尘, 一般含尘量为 1040 g/ m, 不能直接作为燃料使用, 必须净化降至

8、 10 g/ m 以下才能被用户使用, 与转炉煤气一样已成为钢铁企业重要的二次能源，如不治理与回收即污染环境、危害身心健康又浪费能源。 煤气除尘设备分为湿法和干法两种。常见的煤气除尘系统有塔文和电除尘系统、文氏管电除尘器系统、双文氏管串联清洗系统、环缝洗涤器清洗系统。1.1 煤气除尘设备及原理煤气除尘设备及原理粗除尘设备粗除尘设备重力除尘设备重力除尘设备重力除尘器是高炉煤气除尘系统中应用最广泛的一种除尘设备，其除尘原理是煤气经中心导入管后由于气流突然转向，流速突然降低，煤气中的灰尘颗粒在惯性力和重力作用下沉降到除尘器底部。欲达到除尘的目的，煤气在除尘器内的流速必须小于灰尘的沉降速度与灰尘的颗粒

9、有关。通常，重力除尘器除去粒度以大于 30m 的灰尘颗粒，除尘效率可达到 80%出口煤气含尘可降到210g/ m，阻力损失较小，一般为 50200Pa。旋风除尘器旋风除尘器旋风除尘器一般采用 10mm 左右的普通钢板焊制而成，上部为圆形，下部为圆锥形，顶部的中央为圆形出口。煤气由顶部一侧的矩形断面进气管引入。旋风除尘器可以除去大于 20m 的粉尘颗粒，压力损失较大，为 5001500Pa，因此，高压操作的高炉一般不用旋风除尘器，只是在常压高炉使用。旋风除尘器的工作原理是含尘煤气以 1020m/s 的标态流速从切线方向进入后，灰尘颗粒在离心力的作用下被抛向气壁集积，并向下运动进入积灰器。1.1.

10、2 半精细除尘设备半精细除尘设备半精细除尘设备在粗除尘设备之后，用来除去粗除尘设备不能沉降的细颗粒粉尘。主要有洗涤塔和溢流文氏管，一般可将煤气标态含尘量降至 800mg/ m以下。1.1.2.1 洗涤塔洗涤塔洗涤塔属于湿法除尘，洗涤塔的除尘效率可达 80%85%，压力损失80200Pa，影响洗涤塔除尘效率的主要因素是谁的消耗量、水的雾化程度和煤气流速。一般是耗水量越大，除尘效率越高，水的雾化程度应与煤气流速相适应，水滴过小，会影响除尘效率，甚至由于过高的煤气流速和过小的雾化水滴会使已捕集到的灰尘的水滴被吹出塔外，可以在洗涤塔上部设置挡水板，将在载尘水滴捕集下来。1.1.2.2 溢流文氏管溢流文

11、氏管溢流文氏管由煤气入口管、溢流水箱、收缩管、喉口和扩张管组成。工作时溢流水箱的水不断沿溢流口流入收缩段，保持收缩段至喉口连续地存在一层水膜，当高速煤气溜通过喉口时与水激烈冲击，使水雾化，雾化水与煤气充分接触，使粉尘颗粒湿润聚合并随水排出，并起到降低煤气温度的作用。其排水机构与洗涤塔相同。1.1.3 精细除尘设备精细除尘设备高炉煤气经粗除尘和半精细除尘之后，尚含有少量粒度更精细的粉尘，需要进一步精细除尘之后才可以使用，精细除尘的主要设备有文氏管、布袋除尘器和电除尘器等。1.1.3.1 文氏管文氏管文氏管由收缩管、喉口、扩张管三部分组成，一般在收缩前设两层喷水管，在收缩管中心设一个喷嘴。文氏管除

12、尘除尘原理与溢流文氏管相同，只是通过喉口部位的煤气流速更大，气体对水的冲击。更加激烈，水的雾化更加充分，可以使更细的粉尘颗粒得以湿润聚集与煤气分离。文氏管的除尘效率与喉口处煤气流速和耗水量有关，当耗水量一定时，喉口流速越高除尘效率越高，当喉口流速一定时，耗水量多，除尘效率也相应提高。由于文氏管压力损失较大，适用于高压高炉。1.1.3.2 静电除尘器静电除尘器静电除尘器的工作原理是当气体通过两极间的高压电场时，由于产生电晕现象二发生店里，带阴离子的气体聚集在粉尘上，在电场的作用下向阳极运动，在阳极上气体失去电荷向上运动并排出，灰尘沉积在阳极上，用振动或水冲的办法使其脱离阳极。静电除尘器电极形式有

13、平板式和管式两种，煤气分配设备是为煤气能均匀地分配到沉淀极之间而设置的。用导向叶片和配气格栅装在煤气入口处。电除尘器是一种高效率除尘设备，可将煤气含尘量降至 5mg/ m以下，除尘效果不受高炉操作条件的影响，压力损失小，但是一次投资高。1.2 高炉煤气净化工艺高炉煤气净化工艺高炉煤气净化系统主要由重力除尘装置、袋式除尘器、氮气喷吹装置、输灰装置等组成。从高炉出来的高温荒煤气进入重力除尘装置，由于气流速度降低故大粒粉尘首先被除掉，荒煤气在这里有两个作用，其一去除部分大颗粒粉尘(往往带有火星)，降低了荒煤气中粉尘浓度又保护了后部滤袋的安全、其二降低了荒煤气温度。经过初步净化的粗煤气经过袋式除尘器净

14、化后进入煤气柜，主要作为高炉热风炉燃料，剩余部分用于其它场合。当高炉荒煤气温度高于 250时，高炉炉顶放散煤气或喷水降温，以保护滤袋安全。由于国内部分铁矿石中含有金属锌伴生矿(约 30%)，而锌在高炉内蒸发变成气态锌，离开高炉冷却后又冷凝成微小颗粒，这些微小的锌颗粒遇到空气后马反应生成 Z n O 并放热燃烧。因此收集下来的粉尘在离开煤气净化系统前应与空气隔离，并用湿式排灰机将其成球后外排，以防在净化系统附近燃烧造成整个系统的安全等隐患。1.3 高炉荒煤气的性质高炉荒煤气的性质高炉荒煤气的产生是由于碳在高炉中还原铁及不完全然燃烧形成的，因此其主要可燃成分为 CO，但由于空气中 N2含量占主导地

15、位，因此高炉荒煤气中主要成分是 N2，其次是 CO。煤气成分CO CO2 H2 CH4 N2 热值 %152022261203 55 6020003100 100250（除尘器入口）煤气温度 炉顶荒煤气:正常：200300 瞬时：500煤气压力 MPa 0.020.45高炉荒煤气中产生的粉尘，主要是冶炼过程中荒煤气夹带及金属蒸发冷凝物，其主要成分是 SiO2，粉尘颗粒细小且粘，粉尘主要成分见表 1.4布袋式除尘器布袋式除尘器1.4.1 布袋除尘器概述布袋除尘器概述布袋除尘器是过滤除尘，含尘煤气流通过布袋时，灰尘被截留在纤维体上，而气体通过布袋继续运动，从而得到进化，它属于干法除尘，其优点是不用

16、洗涤，没有水的污染及污水的处理问题，投资较低，但对煤气温度及含水量有较严格的要求。布袋除尘器是治理大气污染的高效除尘设备。布袋除尘器的最大优点就是除尘效率高， 除尘效率一般99%， 粉尘排放浓度可达到 10mg/N m 以下，甚至达到 2mg/N m，运行稳定，不受风量波动影响，不受粉尘比电阻值限制。布袋除尘器主要由箱体、布袋、清灰设备及反吹设备等构成，布袋除尘器箱体由钢板焊制而成，箱体截面为圆筒形或矩形，箱体下部为锥形集灰斗，水平倾斜角应大于 60，以便于清灰时灰尘下滑排出，集灰斗下部设置螺旋清灰器，定期将集灰排出。布袋除尘器的滤袋一般采用玻璃纤维。目前对布袋除尘器来说，需要解决的问题是进一

17、步改进布袋材质，延长布袋使用寿命，准确监测布袋破损，以及控制进入布袋除尘器的煤气温度及湿度。1.4.2 工作原理工作原理高炉煤气干法布袋除尘器系统主要由框架、平台、爬体、筒体、中间灰斗、进出风管、滤袋组合及喷吹装置、卸灰装置、输灰系统、电控部分、控制仪表、阀门系统和保温系统等组成。高炉煤气经重力除尘器后从除尘器的进风管进入各分室筒体，大颗粒的粉尘被分离，直接落入灰斗，而较细粉尘均匀地进入筒体而吸附在滤袋的外表面上，净煤气透过滤袋进入上筒体，并经各阀门排入净煤气总管。随着过滤工况的进行和时间的增加，滤袋外表层的积灰层逐渐增多、增厚，当设备阻力增至 3000Pa(可调)时，通过差压变送器发出 42

18、0mA 信号至 PLC 控制柜， 由 PLC 控制柜发出清灰信号， 先关闭一单元筒体出口电动蝶阀后，脉冲清灰控制开始工作，由脉冲电磁阀依次对每列滤袋进行喷射氮气，使滤袋膨胀、振动，使粘附滤袋表面的尘层脱落，达到清灰目的，单室清灰结束后，开启电动蝶阀，该单元筒体重新进入过滤状态。清灰过程是按一定的设定程序，对逐个单元依次轮流进行，直至清灰全过程结束。当单个筒体清灰时，其余单元筒体仍进行过滤，互不干扰，实现长期连续作业。1.4.3 干法布袋除尘系统工艺流程干法布袋除尘系统工艺流程高炉煤气经重力除尘器及旋风除尘器粗除尘后，由荒煤气总管分配到每个除尘器箱体中，净化后的煤气从除尘器箱体上部出气口汇入净煤

19、气出口总管，再经减压阀组或 TRT 后，经过煤气冷却塔冷却，最后进入净煤气管网。决定布袋除尘器除尘效率和寿命的主要因素决定布袋除尘器除尘效率和寿命的主要因素决定布袋除尘器效率和寿命的主要原因有气布比、滤料的选择、烟气灰分的特性、设备加工和安装施工的质量,清灰方式和频率,运行维护的管理等等。1.把布袋除尘器平均的过滤速度表示为气比布,它是烟气量与整个有效过滤面积之比。这个参数在布袋除尘器的选择和设计中是一个非常重要的技术指标。气布比是除尘器设计时根据烟气和粉尘的特性、允许排放标准、阻力操作、清灰的方式等来选择。若气布比选得太高,虽然布袋除尘器的体积小,造价低,但运行阻力大,清灰频繁,粉尘颗粒容易

20、嵌入滤料的内部,大大地缩短布袋的寿命,甚至影响布袋除尘器正常运行;相反,气布比选得太低也不合适,因为初始投资明显增加,但带来的效益并没有相应得那么多。不同的清灰方式,因为其清灰的特点不同而必须选用不同的气布比。此外,布袋除尘器对处理的气体量和含尘浓度的允许变化范围大,而除尘效率稳定。也就是说,在实际运行中,即使烟气量和含尘浓度超过设计值,但在一定范围,除尘效率还是能维持在较高水平,只是清灰的次数须增加,烟气的压力、气流均对气布比选择影响不大。关于滤袋的寿命,根据专家的分析和使用经验,Ryton 滤料在电厂烟气条件下的使用寿命可达 30 000h ,但要烟气含氧量 10 % ,烟气温度最高不得超

21、过 190 ,当烟气温度在 170 190 时,不能超过 100 个小时,平时应作好锅炉烟气温度变化的详细记录。1.滤料的选择是很重要的,它不但影响到布袋除尘器的效率和寿命,也与造价有关。决定滤料材料的因素主要有烟气的温度、湿度、含氧量、粉尘的粘附性、粉尘的化学成分等。决定使用何种滤料的非常重要的因素之一是布袋能否在除尘介质中长期(在一定的时间范围内) 使用而不损坏(即布袋的使用寿命) 。因此,影响滤袋寿命的因素除了滤袋的结构、制作工艺、固定方式、清灰方式运行情况等外,最主要的因素就是滤料的特性和质量。滤料特性的主要指标有透气性、密度、抗折叠性、耐磨性、断裂强度和断裂伸长、耐湿性、热收缩滤、水

22、解稳定性等。滤料的特性决定于滤料的原材料(即原纤维) 成分、编制工艺、滤料的各种处理等。1.清灰的方式主要有三种:烟气反吹、机械抖动、脉冲反吹。目前,前二种方式的布袋除尘器已经很少采用,而脉冲反吹则广泛被采用。脉冲反吹布袋除尘器由滤袋组件、导流装置、脉冲喷吹系统、出灰系统、控制系统、离线保护系统、箱体等组成。含尘气体由导流管进入各单元室,在导流装置的作用下,大颗粒粉尘分离后直接落入灰斗,其余粉尘随气流均匀进入各仓室过滤区,过滤后的洁净气体透过滤袋经上箱体,提升阀、排风管排出,随着过滤工况的进行,当滤袋表面积尘达到一定厚度时,由清灰控制装置按设定程序关闭提升阀;控制当前单元离线,并打开电磁脉冲阀

23、喷吹,抖落滤袋上的粉尘,落入灰斗中的粉尘经由卸灰阀排出后,利用输灰系统送出。虽然这三种形式的布袋除尘器各有其特点,但除尘效率和使用寿命都比较理想,没有太大的区别。1.4.5运行维护管理运行维护管理1.对于备品布袋的储存,应注意两个问题,既避免潮湿,又不能受阳光直射,防止品质变化。布袋的安装。布袋的安装。 布袋开箱时注意不要划伤表面,澳洲电厂曾经出现这类问题。 安装时应严格禁止明火及焊接工作,使用工具应妥善防放置,防止掉落损伤布袋。1. 预涂灰。预涂灰。使用的布袋除尘器必须进行预涂灰,从使布袋表面建立一层滤饼,保护布袋。因此,建立合适的滤饼层对滤袋寿命、除尘效率都是极为重要的。1.目前,布袋除尘

24、器滤料一般是化纤的。化纤的氧化老化是影响滤料寿命的主要因素之一。由于化纤的氧化的速度随温度的升高显著加快,因此温度对滤料的寿命影响是很大的。所以严格控制烟气的温度,对延长布袋除尘器的寿命能起很大作用。清灰频率对布袋寿命的影响。清灰频率对布袋寿命的影响。影响布袋除尘器的寿命因素主要有运行环境、布袋的纺织方法、布料种类、清灰方式、清灰频率及布袋与袋笼的摩擦等。在工况、布料、清灰方式已经确定的情况下,清灰频率对布袋寿命的影响很重要。目前,随着科技的不断发展,清灰的控制都采用 PLC 程序控制。PLC 程序控制具有自动报警功能,出现异常情况时会随时报警,提醒运行人员注意或采取应急措施。在我国,随着对环

25、境保护越来越重视,国家已经对烟尘的排放提出了更加严格的要求,加上新型洁净煤燃烧技术循环流化床锅炉在火力发电厂中的大力推广应用,循环流化床锅炉的飞灰循环燃烧和为了炉内脱硫添加了大量石灰石,锅炉飞灰很细而且灰分比电阻增大,直接导致了电除尘器效率的下降,采用布袋除尘是理想选择。1.5 结构设计结构设计除尘器筒体是干法净化高炉煤气的主要设备，必须适应与满足高炉煤气固有的易燃、易爆、高压、高温、剧毒的特性，因此在结构设计中，应充分考虑这些特性，以达到除尘设备在生产中的工况条件下，保证其正常的运转，现对设备的主要结构设计分述如下：1.5.1 筒体与中间灰斗的设计筒体与中间灰斗的设计每个筒体由筒体、灰斗、花

26、板、检修人孔门、进、出风管接管、气体导流板、安全泄爆阀、煤气取样口和吹扫口、煤气放散阀和放散管、灰斗蒸气加热盘管等组成。除尘器筒体严格按照 GB150 的规定进行制造、试压及验收，满足 GB150-1998 标准的要求。筒体是由钢板卷制而成， 顶部采用压制封头，灰斗上部压制筒形裙边，然后与中间圆筒体采用自动埋弧焊焊接而成（见左图）确保了筒体部分的耐压强度。焊接完成后按照 GB150-1998 的规定进行无损探伤。中间灰斗的设计、制造同样和除尘器筒体一样严格按照 GB150 的规定进行制造、试压及验收，满足 GB150-1998 标准的要求，同时在灰斗锥体中下部设置蒸气加热盘管确保灰斗内不产生结

27、露现象。在喉管处设有氮气炮、氮气吹扫和压缩空气吹扫。1.5.2 花板花板花板（多孔板）是确保布袋除尘器技术性能的关键部件之一，花板是作为滤袋组件的安装支撑架，将筒体分为过滤室和净气室，并可作为滤袋组件的检修平台花板由筒体内部的钢构件支架固定，并满焊在筒体内。1.5.3 滤袋的组成和分类滤袋的组成和分类1.5.3.1 滤袋组成滤袋组成滤袋是布袋除尘器的核心部件。滤袋由滤布缝制的袋身和起辅助作用的支撑、卡箍、吊链、防瘪环等配件组成。高炉煤气由于温度较高，一般采用氟美斯滤布，其允许工作最高温度 280，瞬间温度 300。1.5.3.2 滤袋框架滤袋框架高炉煤气脉冲布袋除尘一般采用外滤式结构，因而滤袋

28、必须设有骨架，才能保证滤袋的形状。分段插接式骨架设计的关键是要保证插接部位的结构， 连接牢固，能承受一定荷载，又要保证分段骨架组装成整条骨架后，能满足骨架整体的技术尺寸、精度，因此对其的设计要求是很高的。1.5.4 脉冲喷吹系统脉冲喷吹系统脉冲喷吹系统由氮气分气包、电磁脉冲阀、球阀、喷吹管、安全阀等组成，每筒体分别配置若干只脉冲阀和球阀，包括配管及气包支架。喷吹管喷口采用奶嘴形式，并配置了诱导短管，同时在诱导短管上设计弧形诱导口，实现双诱导气流技术，从而使该高效喷吹管力度大于其它传统喷吹清灰装置，这也是保证长袋的清灰效果。反吹介质为氮气，脉冲用氮气压力为 0.30.4Mpa。脉冲阀的进气端与喷

29、吹气包连接，出气端通过阀门（常开）与喷吹管连接。在脉冲清灰时，脉冲阀膜片开启时间约为 0.1S，在这一瞬间内喷出的高压氮气，形成高速气流，从周围引入数倍于喷射气量的净煤气冲进滤袋，致使滤袋急剧膨胀，引起一次冲击振动，同时，在瞬间产生由里及外的逆向气流，由于冲击和逆向气流的作用，附着在滤袋外层的粉尘被抖落，滤袋重新投入使用。1.5.5 防爆装置、氮气清堵装置防爆装置、氮气清堵装置1.防爆装置防爆装置在干法布袋除尘装置运行过程中，有可能出现超。压状况。为保障除尘装置运行安全，在每个除尘器筒体上设有一套超压卸放装置，采用自动复位式泄爆阀。1.5.5.2 清堵装置清堵装置清堵装置每个筒体的锥体位置上设

30、置 1 个氮气。炮。氮气清堵氮气炮作用是安装在筒体灰斗下部（尤其是接近喉径处）产生尘灰结拱现象时，利用压缩氮气的瞬间压力释放，消除灰尘堵塞现象。1.5.6 除尘器的气流分布装置除尘器的气流分布装置除尘器入口导流板的设计， 对设备磨损及滤袋使用寿命至关重要，采用格栅结构既便于落灰，又能使上升气流均匀，保护滤袋。1.5.7 TRT 技术技术根据高炉操作条件及煤气清洗流程,配套采用高效膨胀透平回收煤气余压发电装置( TRT) 。系统设计按下列原则考虑:(1)工艺技术采用经过实践考验是先进、实用、有效的技术、以确保整套机组的安全、持续、高效运行;(2)设备及部件在质优价廉的前提条件下,选择和推荐制造技

31、术优良、服务质量最好的制造商,以降低工程投资和确保生产的安全稳定运行。(3)回收工艺采用全部高压煤气能量回收流程,最大限度利用高炉煤气余压发电,降低生铁成本。(4)采用国内先进的 TRT 技术,即取消 TRT 入口的调速阀,通过透平静叶来调节、稳定炉顶和透平机的压力,从而保证高炉及透平机组的安全生产。1.6.脱水器脱水器湿除尘后的煤气含有大量细颗粒水滴，而且水滴吸附有尘泥，这些水滴必须除去，否则会降低煤气的发热值，腐蚀和堵塞煤气通道，降低除尘效果。因此，在煤气除尘系统精细除尘设备之后没有脱水器，又称灰泥捕集器，使净煤气中吸附有粉尘的水滴从煤气中分离出来。高炉煤气除尘系统常用的脱水器有重力式脱水

32、器、挡板式脱水器和填料式脱水器等。第二章第二章 炼铁工艺计算炼铁工艺计算2.1 高炉物料平衡计算高炉物料平衡计算原料成分原料成分包头地区原料成分见表.(1) 高炉采用烧结矿、球团矿、生矿三种矿冶炼，其混合矿按 70：20: 10。整理计算后见表 2.4。(2) 炼钢用生铁，规定生铁成分【Si】=0.7%，【S】=0.03%。(3) 设计炼铁焦比 K=400kg/t,M=150kg/t(4) 炉渣碱度 R=Ca/SiO2=1.03。(5) 元素在生铁、炉渣与煤气中的分配率，如表 2.5 所列。 表 元素分配率表 项目 Fe Mn P S 生铁 0.097 0.5 1.0炉渣 0.003 0.5

33、0煤气 0 0 0 0.05(6) 选取铁的直接还原度 rd=0.45，氢的利用率 H=35%.(7) 空气的湿度为 8.60g/m3。(8) 鼓风湿度为 =0.01248.6=0.0107,即 =1.07%。(9) 热风温度为 1500。(10)高炉使用冷烧结矿和球团矿，炉顶温度为 200。 包头地区原料条件 TFe Mn P S FeO CaO K2O 烧结矿 56.05 0.78 0.06 0.06 7.7 10.59 0.13 球团矿 63.57 0.04 0.02 0.01 1.83 0.94 0.11生矿 65.35 0.17 0.05 0.02 1.83 0.1 0.013 硅石

34、 1.08 0 0 0 0 0.17 0石灰石 0 0 0.01 0.03 0 56 0 MgO SiO2 Al2O3 RxOy CO2 F Na2O烧结矿 2.01 5.15 0.49 0.98 0 0.27 0.22 球团矿 0.73 5.56 0.39 0.17 0 0.06 0.13 生矿 0.13 2.72 0.81 0 0 0.03 0硅石 0.08 96 2.21 0 0 0 0石灰石 0.09 0.39 0.17 0 43.28 0 0表 煤粉成分表（%）灰分（13.20%）C H O N S H2O合计SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO 77.9 2.54 4.29

35、 0.79 0.32 0.96 5.97 5.63 0.6 0.24 0.76 100表 原料成分表（%）TFe Mn P S FeO Fe2O3 CaO MgO SiO2 Al2O3 烧结矿 56.05 0.78 0.06 0.06 7.7 71.52 10.59 2.01 5.15 0.49球团矿 63.57 0.04 0.02 0.01 1.83 88.78 0.94 0.73 5.56 0.39生矿 65.35 0.17 0.05 0.02 1.86 91.29 0.1 0.13 2.72 0.81硅石 1.08 0 0 0 0 0 0.17 0.08 96 2.21石灰石 0 0 0

36、.01 0.03 0 0 56 0.09 0.39 0.17 混合矿 58.49 0.58 0.051 0.046 5.492 81.15 7.61 1.566 4.989 0.502MnO P2O5 F CO2 RxOy Na2O K2O FeS FeS2 MnO烧结矿 1 0.15 0.27 0 0.98 0.22 0.018 0.17 0 0球团矿 0.05 0.05 0.06 0 0.17 0.13 0 0.03 0 0生矿 0 0.12 0.03 0 0 0 0.023 0 0.04 0.08硅石 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0石灰石 0 0 0 43.28 0 0 0 0

37、0 0混合矿 0.71 0.127 0.204 0 0.72 0.18 0.017 0.125 0.004 0.0082.2 配料计算配料计算吨铁矿石用量及生铁成分计算吨铁矿石用量及生铁成分计算燃料带入铁量 FefFef=400（0.007956/72+0.000556/88）+1500.007656/72=3.47kg1000(95.7-(0.73Si-0.03)-99.7FefA= 0.997TFe+0.68P矿+1.030.50.597 1000(95.7-(0.730.7)-0.03)-99.73.47=0.99758.484+0.680.051+1.030.50.597=1617.0

38、0生铁成分计算：Fe=(1617.0058.48%+3.47) 0.997/10=94.62%P=(1617.000.041%+4000.1%62/42)/10=0.087%Mn=1617.000.1%0.5/10=0.081%C=100%-94.62%-0.081%-0.87%-0.7%-0.03%=4.48% 表 生铁成分表（%） Fe Si Mn P S C 94.62 0.70 0.081 0.087 0.03 4.48 100.00石灰石用量及炉渣成分计算石灰石用量及炉渣成分计算矿石、燃料带入的 Ca 量Ca=A7.61%+K0.75%+M0.6%=1617.000.0761+400

39、0.0075+1500.006=127.00(kg)矿石、燃料带入的 SiO2量（扣除还原 Si 消耗量）SiO2=A4.98%+K6.06%+1M5.97%-100.760/28 =16170.0498+4000.0606+1500.0597-100.760/28 =98.70SiO2量小于 CaO 量，所以需要配加酸性溶剂硅石RSiO2 -CaO硅石用量 =CaO硅石 -RSiO2 硅石 =24.60 kg炉量及炉渣成分计算炉料带入的各种炉渣组分的数量为CaO=A7.61%+K0.75%+M0.606%+f0.17%-0.58=125.08SiO2=(CaO)/R=121.4 kgMgO=

40、A1.566%+K0.1%+M0.24%+f0.08%=26.10（kg）Al2O3 =各种炉料用量(A1203)=1617.000502+4005.13+1505.630%+24.62.21=37.63(kg)渣中 FeO 量=10Fe72Fe/(56Fe)=109462 72 0.003/(560.997)=366(kg) 渣中 MnO 量=l0Mn7 1MN(55Mn)=100.0810.5/(550.5)=105(kg)渣中 RxOy=A0.72=1617.000.72=1164(kg)每吨生铁炉料带入的硫量S 渣=1617.000.046+4000.75+1500.32=4.41(k

41、g)进入生铁的硫量 Sg=10000.03=0.30(kg)式中Si，Mn,P相应元素的含量%（S）炉渣中硫含量 kg 铁的直接还原耗碳量 CdFe=Fer+rd12/56=946.20.4512/56=91.24kg鼓风量的计算鼓风量的计算风口前燃烧碳量Cb=CO-CdFe-Cda=402.32-91.24-3.00=308.10kg风口碳量所占比例为 Cb/Cf=308.10/455.10=67.70%鼓风含氧量O2b=0.21+0.03=24%因此每吨生铁的鼓风量 VbVb=22.4Cb/24-M(O%M+H2O%M16/18)/32/O2b =1187.50鼓风密度b=(1-w)(1-

42、)(0.2132+0.7928)+(1-w)18+wa32+(1 一 a)28224(上式中第四项数值很小，可以忽略)=1.288-0.484+(0.179a 一 0.038)w+O.484w=1.285(kgm3)每吨生铁的鼓风质量 Gb=l187.501.285=1526.00(kg)煤气组分及煤气量计算煤气组分及煤气量计算.1 CH4VCH4=KCH422.4/16+467224/12=4000.15%22.4/16 十 4.5522.4/l2=9.34.2 H2鼓风湿分分解的氢=Vb=ll87.501.5=l7.81（m3）燃料带入的氢=KH%K+MH%M22.4/2=400(0.16

43、%+0.5%)+150(2.54%+0.96%2/18) 22.4/2=73.99(m3)入炉总氢量H2=17.8+73.99=91.80(m3)生成 CH4耗氢量=CH4222.4/12=4.55222.4/12=17.00(m3)设定有 35%的氢参加还原，还原氢量为H2r=H2H2=91.800.35=32.13进入煤气的氢量VH2=H2-CH4-H2R=91.80-17.00-32.13=42.50高炉中氢的还原度ri(H2)=32.1356/222.4946.20=0.043矿石带入的 CO2=0溶剂分解的 CO2=0焦炭带入的 CO2=KCO2%K22.4/44=4000.15%2

44、2.4/44=0.31(m3)则由炉料带入的 CO2量为：0.31(m3)高级氧化铁还原生成的 CO2=A81.15%22.4/160=1617.0081.15%22.4/160=183.7(m3)矿石中 MnO2还原成 MnO 生成的 CO2=A0.079%22.4/87=1617.000.079%22.4/87=0.33(m3)由 FeO 还原成 Fe 生成的 CO2=946.21-rd-ri(H2) 22.4/56=946.21-0.45-0.0425 22.4/56=192.56(m3)(式中 ri（H2）高炉中氢的还原度)CO 还原度 ri（CO）=1-rd-ri(H2)=1-0.4

45、5-0.0425=0.51则还原生成 CO2=193.71+0.33+192.56=376.6(m3).3.煤气中的煤气中的 CO2总量总量VCO2=338.76+0.31=376.91(m3)风口钱燃烧碳生成：CO=Cb22.4/12=402.3222.4/12=751.00(m3)焦炭挥发分带入的 CO=4000.49%22.4/28=1.57(m3)上列两项 CO 量=751.00+1.57=752.57(m3)其中参加间接还原反应 CO:扣除间接还原消耗的 CO 后，进入煤气中的总量为：VCO=752.57-376.60=376.00(m3).4 鼓风带入的氮气鼓风带入的氮气N2=Vb

46、N2b=Vb0.79(1-)-(a-0.21)W=1187.500.79(1-1.5%)=924.05(m3)焦炭，煤粉带入的 N2=KN%K+N%M 22.4/28=400(0.08%+0.025%)+1500.79%22.4/28=1.28(m3)煤气中总量 VN2=924.05+1.28=925.32(m3)将上列计算结果列表，求出煤气总量及煤气成分 表 2.9 煤气组成表 项目 CO2 CO CH4 H2 N2 体积/(m3)376.00 376.91 9.24 42.50 925.32 1730.30含量/% 21.73 21.78 0.54 2.46 53.48 100.00煤气与

47、鼓风的体积比为 Vg/Vb=1730.30/1187.50煤气密度 g=（0.217344+0.217828+0.005416+0.02462+0.534828）/22.4=1.3736(kg/m3)每吨生铁的煤气质量：Gg=1730.301.3736=2376.74（kg）煤气中的水量计算煤气中的水量计算还原生成的 H2O=H2r18/22.4=32.1318/24=25.82（kg）矿石带入的结晶水=AH2O%矿=1617.000.9%=14.55（kg）焦炭带入的游离水=K/(1-H2O%k) H2O%K=400/(1-0.0259) =10.09（kg）进入煤气的总量=25.82+14

48、.55+10.09=50.46（kg）考虑炉料的机械损伤，实际入炉量考虑炉料的机械损伤，实际入炉量矿石量=A1.03=1617.001.03=1665.51（kg）焦炭量=（455.10+48.23）（1+0.02）=513.40（kg）硅石量=24.601.01=24.85 因此，机械损伤（含炉尘）量=（1665.51-1617.00）+（513.40-503.33）+（24.85-24.60）=58.83（kg）列物料平衡表，计算物料平衡误差列物料平衡表，计算物料平衡误差绝对误差=3830.25-3824.23=6.02相对误差=（6.02/3830.25）100%=0.16% 表 物料平

49、衡表项目 物料收入 物料支出 数量/kg 矿石 1617.00 生铁 1000.00焦炭 513.4 炉渣338.20煤粉 150.00 煤气2376.74硅石 24.85 煤气中水50.46鼓风 1526.00 炉尘 58.83总计 3830.25 总计 3824.232.3 热平衡计算热平衡计算(按第一种全炉热平衡计算按第一种全炉热平衡计算)热收入热收入碳素氧化热a.由还原反应生成 C02为 376.6m3，相当于氧化成 C02的碳量是： CO(CO2)=376.612/22.4=201.75 kg b.氧化成 CO 的碳量为： Co(c0)=Co-Co(CO2)=402.32-201.7

50、5=200.57 kg c.碳素氧化热为：Qs1=4.182340200.57+7980201.75=8691469.00 kj鼓风带入的热量 查表，可知 1150时干空气比焓(qb)390.4kcal/m3,水蒸气比焓（qH2O）480.6kcal/m,每吨生铁的风量为 1266.03m3，喷吹煤粉用的压缩空气数量很少约（530kg/ m3 (空气)，这里不予考虑，因而鼓风带入的物理热为Q风=Vb（1-）qb+qb =186963.92kj氧化热及 CH4生成热a氢参加还原生成的水量为H2O。r=25.8218/22.4=20.74 kgb生成 CH4的耗碳是 CCH4=5.57kgc.这两

51、部分Qs3=418（321120.74+11245.5716/12）=389310.24 kj成渣热(由硅石及生矿带入 CaO、MgO 计算)Q渣=4.1827024.60（0.08%+0.17%）+1617.000.02（0.1%+0.13%） =14227.74kj入物理热可忽略不 j以上各项热收入总计为：Qs= Qs1+ Qs3+ Q渣=8691469.00+389310.24+14227.74=109664641.8 kj热支出热支出氧化物分解耗热a.铁氧化物分解好热i.烧结矿、球团矿中以硅酸铁形态存在 FeO 量 FeO（硅）烧、球为（0.02 为2FeOSiO2 占总 FeO 的比

52、例）： FeO(硅)烧、球=Aa烧FeOa 烧+0.2+Aa烧0.2 =1617.006.082%0.2+1617.001.297%0.20.13 =17.43kgii.烧结矿、球团矿中以 Fe3O4形态存在的 FeO 量为：FeO（硅）=AFeOA-FeO硅 =1617.005.492一 17.43 =78.65 kg烧结矿、球团矿中以 Fe304形态存在的 Fe203量为：Fe2O3(磁)=FeO(硅) 160/72 =78.65160/72 =174.78 kg因此，矿石带入的 Fe304量为：Fe304=78.65+174.78=253.43 kgiii.矿石带入的 Fe203赤铁矿量

53、为：Fe203=AFe203.AFe203=1617.0081.15%-253.43=1058.77 kgiv.燃料带入的 FeO 量(均为 FeSi04)为：FeO燃=4000.79%+1600.76 =4.30 kg =4.02 kg 进入炉渣的 FeO 量=3.66 kg需分解的硅酸铁的 FeO 总量为： FeO硅酸铁）=FeO（硅）烧、团+FeO(然)-FeO（渣） =17.43+4.3-3.66 =18.07kg因此，氧化铁氧化分解耗热为： Qd1.1=4.18（973.3FeO（硅酸铁）+1146.4FeO（燃）+1230.7FeO(赤) =6735483.45 kj其它氧化物分解

54、耗热总量：Q其它=4.18（341.11617.000.028%+1758.50100.09+7366.00100.7+8540100.08） =251347.90 kjQdl=Qdl1+ Q其它= 6735483.45+251347.90=6986831.35 kj脱硫耗热 Qd2 =Q(脱硫)=4181995(S)=41819953.90 =32522.50 kj碳酸盐分解耗热 Qd3=0水分分解耗热 ， Qd4=4.18(2580Vb+3211MH2O) =4.18(25801187.500.0155+32111500.0096) =217828.0 kj 游离水蒸发耗热(10.3 为焦

55、炭带入的游离水量，本设计矿石结晶水是按全部蒸发而没有在高温区分解计算)Qd5=0喷吹煤粉耗热（按无烟煤分解耗热 250kal/kg 考虑） Qd6=4.18250M=157650 kj铁水带走热量（取铁水比焓 280kal/kg） Qd7=4.182801000=1170400.0 kj炉渣带走热量（取炉渣比焓 420kal/kg） Qd8 =4.18420338.20=593743.92kj煤气带走的热量a.当炉顶温度 200时，查表可知各气体的比焓，如图所示： 气体比焓（200）kal/m3 CO2 CO H2 CH4 N2 H2O 85.4 62.8 62.6 87.4 62.6 72.

56、8 Qd9.1=4.18(85.4376.91+62.837600+62.642.50+87.49.34+62.6924.74) =488541.23kjb.煤气中水蒸气带走的热量 Qd9.2Qd9.2=4.1872.825.82+(14.55+10.09) （72.8-36）22.4/18 c.炉尘带走的热量：Qd9.3=4.180.1720058.83 =8354.50 kj 因此，煤粉带走热量 Qd9= Qd9.1 + Qd9.2 + Qd9.3=509367.03 kj热损失 以上 9 相热支出总和为: Qd= Qd1+Qd2+Qd3+Qd4+Qd5+Qd6+Qd7+Qd8+Qd9=9

57、665499.94 kj 高炉热损失Q失=1270350 kj热损失所占比例=1270350/109664641.8=11.58%高炉有效热量利用系数 KT=100-（11.58+4.65）=83.8高炉碳素热能利用系数 KC=(8691468.98/4.18/(7980402.32)=64.76%表 热平衡表 热收入 热支出 项目 kj % 项目 kj %1.碳素氧化热 8691468.98 79.27 1.氧化物分解热热 6986831.35 63.722.鼓风物理热 186963.92 17.05 2.脱硫耗热 32522.50 0.303.氢氧化放热 389310.24 3.55 3.

58、碳酸盐分解热 0 0 4.成渣热 14227.74 0.13 4.水分解热 217828.00 1.975.炉料热 0 0 5.游离水分解热 26848.98 0.256. 6.喷吹物分解热 156750.00 1.437. 7.铁水带走热量 1170400.0 10.678. 8.炉渣带走热量 509367.03 5.459. 9.煤气带走热量 509367,03 4.6510. 10.热损失 1270350.10 11.55 总计 109664641.8 100 总计 109662641.8 100第三章第三章 高炉炉型及重力除尘器设计高炉炉型及重力除尘器设计3.1 炉型计算炉型计算(1)

59、定容积: Vu=800m3 选定 V=2.100t/(m3.d) 日产钢铁 P= Vu*V=1680 t(2)炉缸尺寸炉缸直径:d=0.32Vu0.45=0.328000.45=6.45 m 取 d=6.50 m 炉缸高度:a.渣口高度：hz=1.27bp/(Nc铁d2)=1.25 m（N 取 9；c 取 0.6；铁=7.1t/m3;b 取 1.2）取 hz=1.30 m风口高度hf=hz/k=1.300/0.53=2.45 m取 hf=2.50 mmb.风口结构尺寸风口直径 a：取 b=0.5m风口高度 h1：h1=hf+b=2.5+0.5=3.0m风口、渣口、铁口数目确定设铁口数为：设铁口

60、 1 个，渣口 1 个 c.风口数目：n=3.14d/s=14.13 (s=1.2) 取 n=14d.死铁层厚度 h0h0=0.45m 炉腰直径 D，炉腹角 ，炉腹高度 h2a.选取 D/d=1.15 D=1.166.5=7.475m取 D=7.5m b. 取 a=80则 h2=0.5（D-d）tan=2.86m取 h2=2.9 校正 tg =2h2/(D-d) 得 =8012 炉喉直径 d1、炉喉高度 h3、炉身角 、炉身高度 h4、炉腰高度 h3a选取 d1/D=0.734则 d1=0.7347.5=5.505m 取 d1=5.5m选取 =85则 h4=0.5（D-d1）tan=11.4