环境工程毕业设计（论文）-某铁合金厂电炉烟气除尘设计.pdf

设计（论文）专用纸 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 题题 目：目： 某铁合金厂电炉烟气除尘设计某铁合金厂电炉烟气除尘设计 学学 院：院： 环境科学与工程学院 专专 业：业： 环 境 工 程 年年 级：级： 2002 级 指导教指导教 师师 姓名：姓名： x x x 设设 计计 人人 姓姓 名：名： x x x 学学 号：号： 020701053 完完 成成 日日 期：期： 2006 年 6 月 15 日 2006 年年 6 月月 15 日日 设计（论文）专用纸 the design of the electric stove for dust controlling in iron metal alloy factory school:xxxxx university of science and technology class :02 environment engineering name:xxx academic advisor :xxx academic advisors technical:assisstant professor academic advisors unit:environmental science and engineering 设计（论文）专用纸 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 环境科学与工程 学院 环工 系 环境工程 专业 2002 级 学生姓名： xxx 毕业设计题目：毕业设计题目：某铁合金厂电炉烟气袋式除尘系统设计某铁合金厂电炉烟气袋式除尘系统设计 设计（论文）内容：设计（论文）内容： 1）通过查阅资料和实习，了解国内外铁合金厂电炉烟气除尘的技术进展。 2）完成某铁合金厂电炉烟气袋式除尘系统设计 设计文件： 1）翻译外文专业资料一篇。 2）设计说明书（设计方案的分析确定，袋式除尘器的选型，管网布置及计算，风机 及电机的选择设计） 3）设计图纸（包括总平面布置图，立面布置图，主体设备图等） 设计参数 1）烟气流量：30000m 3/h； 2）烟气温度：350-580 0c； 3）烟气中含尘浓度：3-5g/m 3； 4）当地大气压力：97.86kpa 5）按工业炉窑大气污染物排放标准（gb9078-1996）中三类区标准执行；即烟尘浓度 排放标准：不超过200mg/nm 3，场地布置无限制。 专题（子课题）题目：袋式除尘器滤料的选择 设计（论文）指导教师：设计（论文）指导教师： xxx 主管教学主管教学院长院长:（签字）（签字） 2006 年 4 月 设计（论文）专用纸 第 i 页 目目 次次 摘摘 要要 1 第第 1 章章 绪绪 论论 . 3 1.1 设计背景 . 3 1.2 设计目的 . 3 1.3 设计内容 . 3 1.4 研究方法 . 4 第第 2 章章 硅铁矿热炉生产原理与大气污染分析硅铁矿热炉生产原理与大气污染分析 5 2.1 铁合金的发展趋势 . 5 2.2 硅铁生产工艺技术 . 7 2.3 铁合金矿热炉 . 10 2.4 硅尘的回收与利用 . 11 2.5 硅铁矿热炉的炉气、烟气、烟尘的参数 . 14 第第 3 章章 除尘器的工作原理与性能比较分析除尘器的工作原理与性能比较分析 . 15 3.1 除尘器工作原理和性能 . 16 3.2 除尘器的主要性能比较分析 . 22 第第 4 章章 除尘设备选型及工艺设计除尘设备选型及工艺设计 . 25 4.1 设计方案论证 . 25 第第 5 章章 设计计算书设计计算书 错误！未定义书签。 5.1 冷却器的计算： . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.2 除尘器设计计算： . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.3 管道计算： . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.4 阻力计算： . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.5 局部阻力： . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.6 风机的选择： . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第第 6 章章 经济技术分析及经济技术分析及讨讨论论 . 31 设计（论文）专用纸 第 ii 页 6.1 经济技术分析 . 41 6.2 运行费用 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 6.3 讨论 . 41 6.4 结论： . 43 专题：袋式除尘器滤料的选择专题：袋式除尘器滤料的选择 . 45 设计（论文）专用纸 第 1 页 共 54 页 摘摘 要要 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。硅铁电路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。 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 放的标准等一系列优点。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。 关键词关键词：冷凝器、烟气量、袋式除尘器、清灰方式、6300kva 电炉 abstract 设计（论文）专用纸 第 2 页 共 54 页 recent year, 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. 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 well lead great achievement to the environmental protection of ferroalloy industry and agriculture. key words: condenser, fumes, baghouse filter, 6300kva stove. 设计（论文）专用纸 第 3 页 共 54 页 第第 1 章章 绪绪 论论 1.1 设计设计背景背景 1.1.1 前言 大气污染是我国环境污染的首要问题之一，有地域的广阔性，污染的普遍性和排 放物的多样性等特征。在污染控制上难度大、技术复杂、投入多、运行困难。我国的 大气环境污染， 特别是区流域性大气环境污染问题已经成为当前我国环境污染最具代 表性的问题之一。根据国家环保总局对我国大气环境污染现状统计调查表明：我国已 普遍受到不同程度的污染，总体上呈现加重的趋势，造成污染加重的主要因素是工业 废气和汽车尾气等。 我国工业废气污染主要以矿热炉烟尘污染为主， 矿热炉烟尘是一种非常典型的工 业废气，其特点是废气量大、温度高、烟尘浓度高、粒度非常小、部分有剧毒，直接 排放对环境造成的危害非常大。由于今年来一些发达国家对铁合金企业的限制，使得 我国的铁合金企业如雨后春笋般的发展壮大， 从而使得烟尘治理已成为现阶段国内大 气环境保护技术领域垦待解决的一个问题。 通过对 6300kva 硅铁矿热炉烟尘特性分析来设计一套烟气治理工艺， 使其排放 达到工业区的国家标准。 1.2 设计目的设计目的 通过对 6300kva 硅铁矿热炉烟气及烟尘特性分析， 通过对各类除尘器的工作原 理及性能比较分析，通过对各类除尘工艺的比较分析，选择适合于硅铁电炉烟尘治理 的除尘设备和工艺流程。 1.3 设计内容设计内容 a、 矿热炉烟气产生规律及特性 通过对硅铁冶炼原理及硅铁生产工艺的了解，从理论上分析矿热炉烟气的产生规 律和相对特性，并实测的烟气的温度、体积、各成分的含量等参数。 b、矿热炉烟尘的产生原因及特性 通过对硅铁冶炼原理及硅铁生产工艺的了解， 从理论上分析烟尘的产生规律和相 设计（论文）专用纸 第 4 页 共 54 页 对特性，并实测的烟尘的浓度，粒径分布，各成分的含量等参数。 c、四大除尘器的降尘原理及性能比较分析 通过对机械除尘器、静电除尘器、湿式除尘器、袋式除尘器的除尘原理及性能的 比较分析，选出适合矿热炉烟气、烟尘特性的除尘器(袋式除尘器). d、适合于矿热炉烟尘治理的除尘设备及工艺 通过对国内外矿热炉烟尘治理的除尘设备及工艺比较分析，设计出适合 6300kva 硅铁矿热炉的除尘设备及工艺 e、设计计算 根据前面的内容，对除尘系统中的除尘器结构及外形，冷却器结构及外形，管道 直径，系统阻力，动力设备进行设计计算及选型。 f、施工及工艺图绘制 1.4 研究方法研究方法 本论文采用以下四种方法相结合进行分析、研究与设计。 a、理论分析 主要用于烟气、烟尘产生规律及特性分析；除尘器的降尘原理比较分析；适合于 6300kva 硅铁矿热炉烟尘治理的除尘设备及工艺设计等。 b、现场实测 现场实测 6300kva 硅铁矿热炉烟气的温度、 体积、 各成分的含量； 烟尘的浓度、 粒径分布、各成分的含量，除尘系统及各单元的阻力损失；除尘设备的效率。 c、数学模拟 理论上计算烟气的温度、体积、各成分的含量；烟尘的浓度、粒径分布、各成分 的含量，各单元操作的阻力及系统的阻力；除尘设备的效率。 d、计算机制图 工艺流程图；袋式除尘器、冷却器的外形结构及零部件图的绘制。 设计（论文）专用纸 第 5 页 共 54 页 第第 2 章章 硅铁矿热炉生产原理与大气污染分析硅铁矿热炉生产原理与大气污染分析 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 产铝铁、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。 2.1 铁合金的铁合金的发展趋势发展趋势 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。 2.1.1 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 料的水举有了明显的提高，各国都在重视并相应采取了许多行之有效的措施。 2.1.2 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。 2.1.3 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 己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 设计（论文）专用纸 第 6 页 共 54 页 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。 2.1.4 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。其主要措染施： 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： 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； 铬、钒的化学处理污水、废渣、烟尘的处理； 废水的净化； 软水闭路循环系统； 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、遵义等几家铁合金己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。高炉锰铁虽己在减少荒煤气 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千 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。 设计（论文）专用纸 第 7 页 共 54 页 2.2 硅铁生产工艺技术硅铁生产工艺技术 2.2.1 硅及其化合物的物理化学性质 2.2.1.1 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/(s2m) 2140 2.2.1.2 硅的化学性质 硅在常温下很不活泼，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 si 仇，放出大量的热： 22 sioosi=+ mol/kj 6 . 878h298-=d 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。 2.2.1.3 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 40%47%时，熔点为 16331533k；含硅 72%80%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。 2.2.1.4 硅铁冶炼的原料 设计（论文）专用纸 第 8 页 共 54 页 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 l00mm。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。 2.2.2 硅铁的冶炼方法及原理 2.2.2.1 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。 2.2.2.2 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 的还原原理和热力学进行过大量的研究，尽管他们提出的还原原理不完全相同，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： +=+co2sicc3sio2 t89.4367035g-= q d 设计（论文）专用纸 第 9 页 共 54 页 1523kt= 开 在较高温度下，二氧化硅被碳还原成一氧化硅： +=+cosiocsio2 t94.77159600g-= q d k2048t= 开 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： +=+co2si3siosic2 2 t64.4797380g-= q d 2043kt= 开 +=+co2sisiosic 59t.2449150g-= q d 1999kt= 开 碳还原二氧化硅的总反应式为： +=+co2sic2sio2 t40.86167400g-= q d 1938kt= 开 在有铁存在时，还原出来的硅与铁反应， fesifesi=+ 64t. 028500g-= q d 碳化硅被铁破坏： cfesisicfe+=+ 14t. 99900g-= q d 设计（论文）专用纸 第 10 页 共 54 页 1083kt= 开 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： +=+co2sifenfec2sio n2 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. 2.3 铁合金矿热炉铁合金矿热炉 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， 又是熔炼塔祸。 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.la/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 l000mm，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。 设计（论文）专用纸 第 11 页 共 54 页 2.4 硅尘的回收与利用硅尘的回收与利用 2.4.1 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 200 300kg。 2.4.1.1 化学成分 硅尘的 sio2很高，一般可达 85%98%。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 40 50。 2.4.1.2 细度 硅尘的颗粒极其细微，从表 21 看出，粒度小于 lm 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。目前己有 a12o3、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 21 硅尘的粒径分布 设计（论文）专用纸 第 12 页 共 54 页 粒径/m 中国 a 厂/% 中国 b 厂/% 美国某厂/% 日本某厂/% 10 2.3 4.7 510 1.4 4.9 35 6.5 14.324.6 13 7.2 0.51.0 7.2 7.011.2 15.5 0.40.5 10.3 14.220.4 53.7 0.30.4 66.3 0.20.3 44.816.36 15.1 0.10.2 63.5 90%时) 1630 密度 2.13.0g/cm3 堆密度 200250kg/m3 ph 值 6.78.0 电阻率(常温下) 2.41014m (150时) 3.31012m 自然倾斜角 3843 电阻率决定了它不能直接用静电除尘器。 2.4.2 硅尘的用途 2.4.2.1 用于水乖工程 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。 2.4.2.2 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。目前硅尘混凝土己应用在下述地方： (1)建造高层大厦。 (2)用于抗冲刷磨损、抗渗漏工程。1986 年我国己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。 设计（论文）专用纸 第 14 页 共 54 页 (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。 2.4.2.3 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 己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。 2.5 硅铁矿热炉的炉气、烟气、烟尘的参数硅铁矿热炉的炉气、烟气、烟尘的参数 2.5.1 硅铁电炉烟气的产生及变化规律 硅铁冶炼过程中，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。 在一炉硅铁冶炼过程中，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局。 2.5.2 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 23 fesi75 的炉气、烟气、烟尘的性质 设计（论文）专用纸 第 15 页 共 54 页 冶炼品种 炉气理论量 (nm3/t) 炉气成分(理论体积分数)/% co co2 ch4 h2 fesi75 1900 91.7 3 0.6 4.7 续表 烟气成分(理论体积分数)/% co2 h2o n2 o2 约 3 12 7578 518 续表 烟尘成分/% sio2 feo mgo al2o3 cao c 约 90 约 3 约 1 0.21.5 0.41 34 续表 烟尘粒度/% 88 5 7 由表 23 可知：电炉烟尘粒径小于 1m 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。 第第 3 章章 除尘器的工作原理与性能比较分析除尘器的工作原理与性能比较分析 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 设计（论文）专用纸 第 16 页 共 54 页 器，袋式除尘器，电除尘器，湿式除尘器，空气过滤器等。 3.1 除尘器工作原理和性能除尘器工作原理和性能 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。 3.1.1 机械除尘器的工作原理 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 31 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， 设计（论文）专用纸 第 17 页 共 54 页 最终连同一些未被分离的细小颗粒一同排出排气管。 流体在旋风筒内的流线类似双螺 旋线，通常将外侧螺旋下行的气流称为外旋流，将内侧螺旋上行的气流称为内旋流。 3.1.2 静电除尘器工作原理 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 32 电除尘器的除尘过程示意图 1.电晕极；z.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： 设计（论文）专用纸 第 18 页 共 54 页 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。 3.1.3 湿式除尘器工作原理 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。 3.1.4 袋式除尘器工作原理 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； 设计（论文）专用纸 第 19 页 共 54 页 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 0.2um 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。 设计（论文）专用纸 第 20 页 共 54 页 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 20um501m，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。 3.1.4.1 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 3 类： (1)机械振动类利用手动、电动或气动的机械装置使滤袋产生振动而清灰。振动 可以是垂直、水平、扭转或组合等方式：振动频率有高、中、低之分。清灰时必须停 止过滤，有的还辅以反向气流，因而箱体多做成分室结构，顺次逐室清灰。机械振动 方式的清灰作用不强，只能允许较低的过滤风速。目前使用越来越少。 (2)气流反吹类利用与过滤气流相反的气流，使滤袋形状变化，粉尘层受挠曲力 和屈曲力的作用而脱落，是一种典型的气流反吹清灰方式。气流反吹清灰多采用分室 工作制度。也有使部分滤袋逐次清灰而不取分室结构的形式。反向气流可由除尘器前 后的压差产生，或由专设的反吹风机供给。某些反吹清灰装置设有产生脉动作用的机 构，造成反向气流的脉冲作用，以增加清灰能力。反吹气流在整个滤袋的分布较为均 匀，振动也不剧烈，对滤袋的损伤较小。其清灰能力属各种方式中最弱者。因而允许 的过滤风速较低，设备压力损失较大。 (3)脉冲喷吹类将压缩空气在短暂的时间(不超过 0.2s)内高速吹入滤袋，同时诱导 数倍于喷射气流的空气。造成袋内较高的压力峰值和较高的压力上升速度，使袋壁获 得很高得向外加速度，从而清落粉尘。喷吹时，虽然被清灰的滤袋不起作用，但因喷 吹时间短， 而且只有少部分滤袋清灰， 因此可不取分室结构。 也有采用停风喷吹方式， 设计（论文）专用纸 第 21 页 共 54 页 对滤袋逐箱进行清灰，箱体便需分隔，但通常只将净气室做成分室结构。脉冲喷吹方 式的清灰能力最强，效果最好，可允许高的过滤风速，并保持低的压力损失，近年来 发展迅速。 3.1.4.2 脉冲清灰袋式除尘器工作原理 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。 除尘原理如下： 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 设计（论文）专用纸 第 22 页 共 54 页 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