例题t氧气转炉烟气净化及回收系统设计

1、例题200t氧气转炉烟气净化及回收系统设计(1) 吹炼条件转炉公称容量为200t,2吹2,金属最大装入量为 G=233t,铁水含碳量 0 = 4%，钢水含碳量C2= 0.1%，冶炼周期为36min,吹氧时间为14min.(2) 烟气及烟尘有关参数炉气成分：CO=86% , CO 2=10% , N 2=3.5% ,0 2=0.5%烟气进口尘浓为C°=0.i09Kg/Nm 3供氧强度 B=4.07 m3/t钢min燃烧系数 a= 0.08进入净化系统地烟气温度tgj=900C(3) 供水温度一文用不经冷却循环水为 40 C，二文用循环水经冷却为30C，供水压力为Pw=0.3Mpa (送

2、至用户最高点)中国冶金行业网参数计算(1) 炉气量计算22.460, °Vo=G G -'C?1.812 t3*v 22.460= 233 104% -0.1%1.81214=130853 (Nm3/h)故 Vo= 131000 Nm3/h(2) 烟气量计算采用未燃法，燃烧系数 a= 0.08，燃烧后地干烟气量V =( 1+1.88 XaX COcVo=(1 + 1.88 (X08 86%) X1310003=147944(Nm /h)假定燃烧后烟气仍残留有氧气，则烟气成分为：CO = (1 - a) CO%V o/V= (1-0.08)86%131000/147944=70

3、.06%CO2= ( aX CO%CO2%) Vo/V=(0.08 86% + 10%) 831000/147944=14.95%N2= (1.88CO%Xa+ N2%) Vo/V =(1.88 0X8 86% + 3.5%) 631000/147944=14.55%O2= 0.5%V o/V= 0.5% 131000/147944=0.44%(3) 烟气浓度修正根据回收中期，烟气量为炉气量地147944/131000 = 1.1293倍，故进口烟尘浓度应作修正即：3CD=0.109/1.1293=0.0965(Kg/Nm)(4) 回收煤气量地计算每吨钢产生地炉气量等于31000 X(4% 0

4、.1%) >22.4 丰2 X1 - (0.86+0.1 )= 75.8 ( Nm )按烟气生成倍率为 1.1293倍,则每吨钢产生地煤气量等于1.1293 >75.8 = 85.6Nm3,考虑到前后期不回收煤气，定回收率为70%，即每吨钢可以回收地煤气量为0.70 >5.6 = 59.92 ( Nm3).(5) 烟气地物理数据地计算1)密度P 0 先求烟气公升分子量 MM = CO%> M co+CO 2%o> M co2 + N 2%> M N2 +。2%> M O2=0.7006 28+0.1495 44+0.1455 対+0.0044 32=1

5、9.6168+6.578+4.074+0.1408=30.5504P 0= M/22.4=30.5504/22.4=1.364 (kg/Nm 3)2) 定压比热C p气温为900 C时，C p 1 = CO% C p CO +CO2%>C p CO2 + N2%oXC p N2 +。2%> C pO2=0.7006 0.335+ 0.1495 0.521 + 0.1455 0.331 + 0.0044 0.350=0.2347+0.0778+0.0482+0.0015=0.3622 4.186=1.516 (KJ/Nm 3 C )气温小于100C时：C p2 = 0.7006 &g

6、t;0.311 + 0.1495 >0.410+ 0.1455 >0.310+ 0.0044 >0.315=0.3257 4.186=1.363(KJ/Nm 3 C )流程简介采用全湿法未燃法净化回收系统，在抽风机上装备液力偶合器，以降低非吹炼期地电耗并使抽风机在低转速下得以进行冲水.调速比为2900/750= 3.87流程如下：氧气转炉T活动烟罩T固定烟罩T汽化冷却烟道 T连接管T溢流定径文氏管 T重力挡板脱水器T矩形滑板调径文氏管 T180度弯头脱水器T复挡脱水器 T流量孔板T风机前切断阀 T抽风机（配备液力偶合器）T三通切换阀T水封逆止阀 T煤气主管道T煤气储气柜&qu

7、ot;放散烟囱T点火器按照流程顺序，对一文，重力脱水器，二文，弯头脱水器，复挡脱水器，五个设备地设计计算分列于 后，并作贮气柜和抽风机地选择主要设备地设计和选择（1）溢流定径文氏管（一文）一文主要设计参数定为：喉口气速Vt= 65m/s,水气比LT=0.55L/m3（按进口气温900C时地烟气量） 收缩角 ai=24。，扩散角a=7°，喉口长度Lt=Dt，溢流水量qT=5000kg/喉口延米长h，排水温度twp=排气 温度 tgp 5 C .273 +9003进口气温下烟气量 V=147944 = 635671 m3/h273供水量 W1=0.55 63567仁349619 kg/t

8、，一文用水不经冷却进水水温tw1=40C，取一文前管道阻力损失为196Pa，文出口负压 P=- 2940Pa1）热平衡计算进口一文地总热量为：Qg j + Qw -j=V oCp tg i + W1 CstwT=147944 6.516 600+ 349619 6.186 406=260.39 60 （ KJ/h）A. 试用出口温度tg-p= 70 C作热平衡计算：tgp= 70C时，水汽分压 PH=31.12KPa,twp=70-5=65 C ,含湿量限度d=【2。6Ph=0.80431.12 /6oP总-Ph=0.373(kg/Nm )，蒸发水量We=Vod1=147944 6.373=5

9、5183.112(kg/h)排水量W2 = W1-We=349619-55183.112=294435.888(kg/h)水汽热焓 lw=(0.46tgp+595) 4186=(0.46 70 + 595) X4.186=2625.46 (KJ/kg )则出一文总热量为：Qgp+ Qgp +Qw p=V 0(Cp2tg p+ dI w)+W 2Cstwp=147944 71.363 70+0.373 2625.46) + 294435.888 7186 65=239.109 106 ( KJ/h)，即小于进口热量.B. 试用75 C为排气温度，作计算：twp= 75 - 5 = 70C,Ph=

10、38.5 ( KPa)38.53、d=0.804 7=0.518 (kg/Nm 3)101.2 -2.94 -38.5We=147944 70.518=76634.992 ( kg/h)W2=349619-76634.992=272984.008 ( kg/h)Iw=(0.46 75+ 595) 4.186=2635.087 (KJ/kg )出一文地总热量为：Qgp+ Qgp +Qw p=147944 X( 1.363 75+ 0.518 2635.087) + 272984.008 4.186 70=297.053 XI06 ( KJ/h) 根据以上两次计算，用插入法求如p,x 7075-7

11、0260.39 -239.109297.053 - 239.109求得：tg -p=71.8 ( C )，取 72C .相应 Ph = 33.9 ( KPa).33.9门/3、d1=0.804 70.423(kg/Nm )101.2 -2.94 -33.9Iw=(0.46 72+595) 4.186=2629.31 (KJ/kg )We=147944 >0.423=62580.312(kg/h)W2=349619-62580.312=287038.688( kg/h)287( t/h)twp= 72 5= 67 C出一文地饱和烟气量 V为:V = Vo(1 +0.804(273 t(27

12、310333)(10333 -=147944X (1+ 0.423 )0.804273 7227310333)(10333-2940)=293858.3 (m3/h)饱和烟气重度 p g = (p 0+d1)/(V/V 0)=(1.364+0.423)/(293858.3/147944)=0.89973(kg/m )2) 结构尺寸A. 收缩管入口管径一文入口前负压为 0.196Kpa入口处工况烟气量 V工=v ( 273 tgj )(10333)27310333 -AP14794427390010333=x()(360027310333 -1963=176.918(m /s)入口气速取25m/

13、s,则入口直径D1=4 176.918V z 25=3.002 mB. 喉口直径Dt及喉口长度Lt一文出 口负压 P=- 2.94KPa在喉口地气量取饱和至 72 C时地气量即V1 c =293858.3/3600=81.63(m 3/s)设 ur=65(m/s);喉口直径Dt=4 81.63 n x 65=1.265m ,取 Dt =1.300m喉口实际气速81.63Vt =-61.50(m/s)1.3004喉口长度 Lt=1.300 mC. 收缩段长度L1：取收缩角 a=24Di - dt(3000 -1300). 3.999mL1= 2tan(r/2)2tan(24 /2)D.扩散管出口

14、管径：出口气速取20m/s:D2 =4V工4 81.63=2280 (mm)二 v2； : 20取外径为 0 2320X 10m,即内径为 2300mm.E.扩散管长度12：取扩散角 a=7 °12=D2 _ Dt2ta n ： 2 / 22tan(7 /2)= 8.175m3) 喷水装置A. 溢流水量qT=5000Kg/喉口延米长时，总溢流水量为 5000XnX 1 .S0E0420 (kg/h),取21t/h.B 喷嘴喷水量为 349619-21000 = 339619kg/h = 339.619t/h，水压 Pw = 0.3MPa，选用碗型喷嘴，喷口口径 26mm,流量系数 b

15、=16.5，外径DB=48mm,每个喷水量 Qw为：Qw=b . Pw =16.5 - 3 = 28.6(t/h)共用喷嘴数为 339.619/28.6 = 11.8 (个)取12个.一文结构见下图：溢流定径文氏管1 溢流水箱,2-手孔，3喷嘴,4喉口4) 阻力计算按 b=8.175m, DT=1.300m,求出 L2= TDt = 8.175/1.300 = 6.288,连同 a= 7°在图 5-17中找出 Z= 0.0863= Dt/D2=1.300/2.300=0.565则干阻力系数 Z (14 )8陀)40.086 二 0.15370.03 (10.565 )78si n()

16、2溢流阻力系数k =100 ；9 1.86 10*(qT -600)= 100 0.15372.9 1.86 10*( 21000 -600)=1.2827 x 1.300已知L = 0.55L/m3, v = 61.50m/s,自图中找出湿阻系数和=0.661,文氏管阻力卩=(k= (1.2827 0.661 0.55)61500.89972 9.81= 2.93KPa5）除尘效率和尘浓计算一文地除尘效率为 95%，出一文烟气地游离尘浓为G=C0(1 - ) =96.5(195%)= 4.825g/Nnf)出一文地水中尘浓V C095%147944 96.5 95%Cw=047.25(g/k

17、g)w -V d1349619 -147944 0.423(2) 重力挡板脱水器1) 结构尺寸A. 取入口气速为一文扩散管出口气速为20m/sB. 筒体内气速取5m/s,筒体直径D为.I 4V工!恥 293858.3卄D =J=4.559m, 取 4.6m53600兀v¥ 3600x5C. 出口管径取2320 >10mm,其气速等于入口气速D. 为降低除尘设备地高度，将一文扩散管直接插入重力脱水器内部2）脱水效率与尘浓A.筒体上升气速为293858.3ji3600 44.6 - 2.322= 6.59 (m/s)B. 被沉降地最小水滴直径do：0.3 0.8996 6.592*

18、9(几-、)9.81 (1000-0.8997)= 1.196 1Om = 1196m在文氏管喉口雾化地水滴直径为96m,出喉管后将逐步凝聚增粒，因缺乏实测数据，不能与上式地d0作比较.现按一般实测数据地脱水情况，取脱水效率为85% .C. 按脱水效率为85%，计算重力脱水器后尘浓:水中尘浓为 Cw =24 二 1479449込4-.825 = 47.25(g/kg)w _we349619-62580.312进入烟气中地污水量（重力脱水器出口）为跟=287038.688(1-85%) =43055.8(kg/h)烟气中地尘浓Cf为3= 18.576 (g/Nm )Cf =4.825 颗55.8

19、 忆25147944Cf即为进入二文地烟气中包括污水地尘浓一文与重力脱水器地总除尘效率为:=96500 一18576 =80.75% 965003）阻力计算取2.85,则阻力畝85 201997 “.也如2g2 9.81（3）矩形滑板调径文氏管（二文）二文主要设计参数定为:喉口气速：最小截面处取 U = 100m/s,水气比L = 1.0L/m3 （出口饱和状态），收缩角 a=30°扩散角10°烟气在二文内降温7C ,即tg.p= 72-7 = 65C,排水温度tw.p= 65-3 = 62C , 循环水经过冷却，设喷水量为 Wi, tw.j = 30C .先将二文阻力调至

20、 9.81KPa,二文后负压Pb等于一文、重力脱水器和二文阻力之和，一文前负压为 0.196KPa,即 PH = - (0.196+2.84+0.512+9.81 )= -13.358 KPa.1) 热平衡计算进二文地总热量为：Qw j' Qg j Qg j' Qw j. -V0 (CP1.tg L d1I1 ) WlCstgj WC stw j=147944X (1.363 >72+0.423 X2629.31) +W1“.186 30+43055.8 4.186 72=179061672.5+ W1 >4.186 30+ 12976673.67tgp=65 C

21、,对应水汽分压 Ph= 24.98KPa、24 983含湿量限度d2=0.804 >：=0319 kg/Nm101.2水汽热焓|2 =(10.46 65 5 9 5 4.1 8& 26 1.5 KJ/kgCP2 = CP1 = 1.363kg / Nm3 C排水量W2 =W V(a -d2) =W 147944 (0.423-0.319)=W 15386.176KJ /h出二文热量：Qgp Qg p Qwp 二V(Cp2tgp dzJ) Wwp=147944 X( 1.363 65+0.319 2615.8) + (W1+15386.176) >>4.186 62=1

22、36557519.6+W1 >4.186 62+3993206.03由热平衡式Qgj-Qgj-Qwj-Qw Qgp-Qgp Qwp 即:179061672.5 + W1 >4.186 30+ 12976673.67 = 136557519.6+W 1 >>4.186 62+3993206.03求得供水量 W1 = 384373.7kg/h = 384.373t/h出二文饱和烟气量V = 147944 X( 1+0.319/0.804) (273+65) /273) X (10333/ (10333-1363.9)3=294749.2309 m /h水气比 L = 384

23、373.7/294749.2309 = 1.30L/m 32) 结构尺寸A.空喉口直径Dt4V4 294749.2309.二 3600 100=1.021m,取 $ 103mm采用无喉颈，空喉口截面积为2A=V/ VT =294749.2309/(3600 10X)=0.819mB.收缩管管径取 2320 x mm, a = 30°收缩段长度L1=D2300 - 1030 = 2370mm2tani：対 /22tan(30 /2)C.扩散管：取v= 11m/s,扩散管管径D2 =4V4 294749-230 3.078m二 3600 11取 3120 x 10mm扩散管长度D2-Dt

24、 =3120"030 "830mmL2= 2tan ： 2/22tan(10 /2)3) 阻力选用10000Pa,二文系调径，故阻力值可以随意在一定范围内调节，设计中在回收期阻力为放散期为16000Pa.4) 除尘效率及尘浓二文除尘效率取 99% ,二文出口地游离尘浓 C2为：C2= C1 ( 1n) = 4.825 (1- 99%)= 0.04825 (g/Nm3)出二文地污水量W5为：W5 = W3 + W4 + V(d 1 d?)=43055.8+384373.7+147944(X.423 0.319)=442815.676 ( kg/h)水中尘浓Cw为：VCo &a

25、mp;1 一口 尘 1)口 尘 2 *(1-口 尘 1 )口 尘1 Cw =14794426.5汉附-95%)汉 99% + (1 -85%)汉 95%】=442815.676=6.19g / kg5) 喷嘴选用采用碗型喷嘴，其个数，水压，水量等参数均与一文相同(4) 180°弯头脱水器1) 外形尺寸进口气速取11m/s,叶片间距采用200mm,进口面积为F 进=294749.2309/ (11 >3600)= 7.443(m2),出口气速取8m/s，出口面积为2F 出=294749.2309/ (3600 >)= 10.234 (m )2) 阻力损失AP= 0.4KPa

26、3) 脱水效率与尘浓脱水效率取95%，二文排水量为 W5=442815.676 (kg/h),则带出弯头脱水器地水量为:W6 = W5 (1 - n水 2)= 442815.676 (1 - 0.95)= 22140.8 ( kg/h)烟气中地尘浓为:Cf= 0.04825 +22140.8 6.19 二 0.9746(g/Nm3)147944(5) 复挡脱水器1)结构尺寸A.进口管直径Dj:进口气速取25m/s,进口面积为294749.2309=30275 m23600 254Aj4 3.275=2.042mB. 筒体及各层挡板直径取芯管外径为 Dl=2000伽=2.0m筒体内径为 Dc=2

27、Dj+ D|=2 X2.042 + 2.0=6.084m,定 Dc=6100 伽筒体外径为6200伽，即6.2m,使用厚度为 8= 50伽地钢板.C. 筒体及各层挡板高度取h°=200mm, hb=ho/2=100mm,气流回转角0= 15。，气流回转系数 f=0.78则 筒体高度为 = nDctg + Dj + ho=nX 6.1 X tg15.042 + 0.2=7.377m各层挡板高 比=f nD + Dj + hb=0.78 XnX 5.9 X+g1042+ 0.2=6.116mH2=5.971m , H3=5.827m , H4=5.683m , H5=5.538m , H

28、6=5.394m , H7=5.249mH8=5.105m , H9=4.960m , Hio=4.816m , Hii=4.671m , Hi2=4.527m , Hi3=4.382mHi4=4.238m , H i5=4.094m , H i6=3.949m , H i7=3.805m , H i8=3.660m ,芯管高HL=5.97imD. 排气管内径De取出口气速为i5m/s,则排气管面积294749.2309Ae=5.4583m3600DE=4Ae=4545 83 =2.636mV ji Y jtE. 排污水口内径 De=Dc/8=6.i/8=0.7625mF. 上下锥体角度定为

29、a= 45 °,= 60 °2）阻力计算阻力系数C=弩Vj31.41125=0.91复挡地阻力为 P=CV2：? = 0.91 右 °.84482 2=240.24 Pa进入复挡地烟气密度 p1.364 0.319294749.2309/147944=0.8448 kg /m33）脱水效率一般为99.5%出复挡地污水量为W7=W6 (1 n水3)= 24334.3 (1 99.5%)= 121.67 kg/h烟尘最终尘浓Cf=Co(1 n尘i)(1 n尘2) + ( 1 n水2)(1 n水3) (1 n尘i) n尘2+( 1 n水i)n 尘 i=96.5 (1 95%) (1 99%) + ( 1 95%) (1 99.5%) (1 95%) 99% +( 1 85%) 95%33=0.052882 g/Nm =52.882 mg/Nm此处地烟气尘浓即为系统地最终排放烟气尘浓，小于100 mg/Nm 3地排放标准.(6) 贮气柜选择1)参数选定t2= 36mi n,10 min,不转炉每炉最大产钢量为最大铁水量地94 %，即G=233< 0.94 = 219.02t，冶炼周期每吨钢回收煤气量为 60Nm3，同时吹炼座数=2,选定每炉实际回收煤气时间 ti 平衡系