年产500万吨合格铸坯全连铸转炉炼钢工程除尘系统设计-()

年产500万吨合格铸坯全连铸转炉炼钢工程除尘系统设计摘要随着钢铁工业的快速发展，炼钢过程中产生的大量烟气排放到大气中，严重污染了环境，因此，对烟气的净化、除尘及回收利用是十分必要的。本设计采用转炉炼钢干法静电除尘(即LT法)系统进行除尘。设计的系统由活动烟罩、固定烟罩、汽化冷却烟道、喷淋塔、静电除尘器、轴流式风机、煤气切换站及煤气贮气柜等组成。关键词转炉炼钢；干法静电除尘；设计；静电除尘器AbstractTheenvironmentwasheavilycontaminatedbytheexhaustedgasmadeintheprocessofsteel-makinggivingofftotheairwiththerapiddevelopmentofsteelindustry.Consequently，itishighlynecessarytodepurate，dedustandrecyclethefluegas.Theprojectusingdryelectrostaticmethod(i.e.LTmethod)forgasdedustelimination;thedesignedsystemisconsistedofmovablefumecover，immovablefumecover，boilingcoolingflue，spraytower，electrostaticprecipitator，axialfan，gastransitionstop，gas-holderandsoon.Keywordsconvertersteel-making;LTmethod;design;electrostaticprecipitato前言我国现有600多座转炉，年产钢超过5.6亿吨，绝大多数转炉采用湿法除尘，这是钢铁工业节能减排的薄弱环节。本设计就是基于解决上述问题，结合国内外最先进的转炉炼钢除尘技术，设计出一套转炉炼钢除尘系统。该系统为阻止煤气外漏，密封处采用水封技术，除尘效率高达99.8%；粉尘浓度可降至10mg/m3以下；系统具有阻力小，电耗量低；煤气发热值高；回收煤粉可直接利用，节约能源；不存在二次污染和水处理，节约用水；灵活性好，操作简单，易于管理和维护；且运行费用低，经济、社会效益高等特点，其先进性和可行性得到进一步证实。1文献综述1.1综述我国现有600多座转炉，年产钢超过5.6亿吨，绝大多数转炉采用湿法除尘，这是钢铁工业节能减排的薄弱环节，研究转炉除尘的现有技术，弄清楚存在的问题并确定正确的发展方向是有重要意义的，也是本设计能满足现代化炼钢要求的基础[1]。1.2国内外转炉除尘技术概况把粉尘从烟气中分离出来的设备叫除尘器或除尘设备。除尘器的性能用可处理的气体量、气体通过除尘器时的阻力损失和除尘效率来表达。习惯上将除尘器分为四类：(1)机械式除尘器：包括重力沉降室，惯性除尘器和旋风除尘器。这类除尘器的特点是结构简单，造价低，维护方便，但除尘效率不高，往往用作除尘系统中的前级预除尘。(2)过滤式除尘器：包括袋式除尘器和颗粒除尘器等，其特点是以过滤机理作为除尘的主要机理，根据选用的滤料和设计参数不同，袋式除尘器的效率可达很高(99.9%以上)。(3)湿式除尘器：这类除尘器的特点主要是用水作为除尘的介质，一般来说，湿式除尘器的除尘效率高，当采用文氏管除尘器时对微细粉尘的去除效率仍可达95%以上，但所消耗的能量较高，湿式除尘器的主要缺点是会产生污水，需要进行处理，以消除二次污染。(4)电除尘器：以电力为除尘机理。分为干式电除尘器(干法清灰)和湿式电除尘器(湿法清灰)。这类除尘器的特点是除尘效率高(特别是湿式电除尘器)，消耗动力少，主要缺点是钢材消耗多，投资高[3]。实际中的除尘器往往综合几种除尘机理的共同作用，例如卧式旋风除尘器中有离心力作用，同时还兼有冲击和洗涤作用，特别是近年来为了提高除尘器的效率，研制了多种多机理的除尘器，因此以上的分类是有条件的，是指其中起主导作用的除尘机理。随着氧气转炉炼钢生产的发展及炼钢工艺的日趋完善，目前，氧气转炉炼钢烟气的净化回收方法主要有两种：一种是煤气湿法(OG法)净化回收系统；一种是煤气干法(LT法)净化回收系统。OG法系统主要由烟气冷却系统、烟气净化系统及附属设备组成。烟气冷却系统包括活动烟罩、固定烟罩和汽化冷却烟道。活动烟罩和固定烟罩采用密封热水循环系统冷却，汽化冷却烟道采用强制汽化冷却，并对冷却高温烟气所产生的蒸汽回收利用。上世纪60年代末开发了转炉煤气干法(LT法)净化回收技术。干式静电除尘法(LT法)的基本原理是:当转炉吹氧冶炼时，氧气和碳之间反应产生高浓度CO转炉煤气，采用干式除尘工艺可以回收能量减少废气排放，充分利用高热值的转炉煤气，并可以省去转炉污水处理系统。其主要工艺：烟气经炉口活动烟罩进入冷却烟道，再进入蒸发冷却器（洗涤塔），然后进入静电除尘器，烟气轴向进入其中，并通过气流分布板均匀分布在横截面上，烟气得到净化。静电除尘器有四个电场，采用专门的变电系统供电，在电除尘器下部的集灰，用扇形刮灰器刮到位于其下部的链式输送机中，送入中间料仓，然后通过气力输送系统再将干灰送到压块系统的集尘料仓中。切换站由联锁控制，当符合煤气回收条件时(煤气中的CO含量合格)，回收侧的钟型阀自动开启，高温净煤气进入煤气冷却器喷淋降温到73℃LT法和OG法的共同点：汽化冷却烟罩排出的温度为800～1000℃以下的烟气热量都没有回收，都需要消耗大量的水，其中LT法约为1.4t水/t钢、OG法约为5t水/t钢，对此种现状需要进一步研究采用更先进的高温除尘技术进行转炉烟气除尘处理。LT法与OG法相比的主要优点:①LT系统净化后的烟气含尘量平均在10mg/m3，煤气可直接供用户使用；OG法净化后煤气含尘量在100mg/m3，供用户使用前需再用电除尘器净化。而且LT法由于净化后气体含尘量低，因而风机使用寿命长，维护工作量小。②LT系统阻力约为7500pa，湿式系统阻力约为20000pa，因此LT系统耗电量较湿式系统节省。③LT系统耗水量约为湿式系统的1/5左右，整个系统没有污水。④LT系统由于控制程度高，煤气回收时切换速度快，其煤气回收量高。⑤设备较简单，无需废水处理设施和污水脱水设备等，投资省，占地面积小。综上所述，在设备方面、技术、投资以及经济效益方面，LT法均比OG法有很大的优越性，因此本设计的除尘系统设计采用LT法[3]。2工艺计算2.1产品方案及金属平衡一．本设计冶炼的钢种、代表钢号见表2.1所示。表2.1浇铸钢种及代表钢号序号钢种代表钢号1234普通碳素钢低合金钢优质碳素钢深冲钢Q195、Q215、Q235Q295、Q345、Q390、20MnSi20、45、40MnSPCE、SPCC二．产品方案本设计产品方案见表2.2及表2.3所示。表2.2产品方案钢种连铸坯产量(万t/a)生产比例%精炼方式普碳钢20040LF低合金钢30060LF+VD总计500100表2.3铸坯规格及产量分配序号铸坯断面/mm*mm定尺长度/mm年产量/万t比例/%150*(900～1600)600024045270*(900～1600)600010025390*(900～1600)600016030总计500100金属平衡年产合格坏500万t所需铁水为519.25万吨，假定废钢比10%，铁水预处理比100%。金属平衡图表如见图2.1（单位：万t/a）。图2.1原坯505.05（97.8%）原坯505.05（97.8%）中间包钢水516.41（99%）（99%）预处理铁水519.25（100%）废钢53.65(9.45%)入转炉水514.06(99%)铁水失5.19(1%)转炉钢水527.97(93%)吹损39.74(7%)精炼水521.63(98.8%)精练失6.34(1.2%)注余钢水1.57（0.3%）事故及回炉钢水3.65(0.7%)氧化铁皮1.55（0.3%）切头切尾4.65（0.9%）中间包损失5.16（1%）合格坯500.0(99%)废品损失3.03（0.6%）清理损失2.02（0.4%）2.2转炉容量及座数的确定由计算可得，本设计选取公称容量均为250t的两座转炉，其生产能力能够满足年产500万吨合格铸坯的设计要求，所以车间内布置2个顶底复吹转炉，转炉的公称容量均为250t。2.3除尘系统工艺布置、主要流程及工艺技术特点干法静电除尘流程如图2.2。1-转炉；2-裙罩；3-冷却烟道；4-蒸发冷却器；5-冷却水；6-静电除尘器；7-热压块；8-风机；9-切换站；10-放散烟囱；11-气体饱和器；12-循环水系统；13-煤气柜；14-煤气加压站；15-煤气混合站；16-用户图2.2干法静电除尘流程图LT干法静电除尘流程如下：约1400℃的转炉烟气在ID风机的抽引作用下，经过烟气冷却系统(活动烟罩、热回收装置及汽化冷却烟道)；温度降至900℃左右进入蒸发冷却器内，对烟气进行降温、调制、粗除尘，烟气温度降到200℃左右，同时约有40%的粉尘在蒸发冷却器的作用下被捕获，形成的粗颗粒通过链式输送机、双板阀进入粗灰仓由汽车外运，经过静电除尘器精除尘后的合格烟气经过煤气冷却器降温到70LT法除尘系统有如下特点：①LT系统净化后的烟气含尘量平均在10mg/m3，煤气可直接供用户使用；OG法净化后煤气含尘量在100mg/m3，供用户使用前需再用电除尘器净化。②LT系统阻力约为7500pa，湿式系统阻力约为20000pa，因此LT系统耗电量较湿式系统节省。③LT系统耗水量约为湿式系统的1/5左右，整个系统没有污水。④LT系统由于控制程度高，煤气回收时切换速度快，其煤气回收量高。⑤设备较简单，无需废水处理设施和污水脱水设备等，投资省，占地面积小。2.4烟气量的计算每吨钢产生的炉气量等于：SKIPIF1<0m3。按烟气生成倍率为1.1618，则每吨钢产生的煤气量等于：1.1618×75=87.135m3，考虑到前后期不回收煤气，定回收率为70%，即每吨钢可以回收的煤气量为：0.7×87.135=60.9945m3。3冷却烟道及喷淋塔的设计3.1烟罩的设计根据设计要求及设计公式计算可得：活动烟罩固定段拐点高度SKIPIF1<0和水平倾角SKIPIF1<0。从防止烟罩结渣考虑，通常取SKIPIF1<0=3～5m，取SKIPIF1<0=4m，SKIPIF1<0=60°(SKIPIF1<0：烟道垂直段拐点高度)。烟罩固定段内径SKIPIF1<0为3.25m。熔池直径为5.93m，炉口直径2.55m，烟罩固定段下沿到炉口之间的距离为1.28m。烟罩活动段罩裙下沿直径SKIPIF1<0为6.63m。烟罩固定段与活动段之间的间隙SKIPIF1<0取15mm。冷却水消耗量1261.60m3/h。3.2烟气冷却设备汽化冷却烟道的作用在于引导烟气进入除尘器，并冷却烟气，进行余热回收。进入烟道的烟气温度很高，为了保护设备和提高净化效率，烟道必须冷却。汽化冷却烟道是由无缝钢管排列围成的桶状烟道，一般采用密排管式，其加工简单，只需在桶状的密排管外边加上几道钢箍，再在箍与排管接触处点焊而成，密排管即使烧坏，更换也方便。根据设计要求的转炉生产能力及烟气排放量，经过计算，设计采用的汽化冷却烟道的直径为3.86m，长度为36.3m。3.3喷淋塔的设计喷喷淋塔主要用于烟气冷却，同时也起一定的净化作用，可以对烟气进行初除尘。其主要参数如下淋塔用SKIPIF1<08mm碗型喷嘴，其流量系数为1.38。分两层布置，上层均布18个，中层均布18个。经过计算，可得喷淋塔的技术性能如表3.1所示：表3.1喷淋空心汽化冷却塔的技术性能参数名称单位数值处理烟气量m3/h137701塔体直径mm5870塔体高度mm19630烟气入口直径mm3230烟气入口温度℃900烟气入口含尘浓度g/m398.98烟气出口直径mm3020烟气出口温度℃200烟气在塔内流速m/s4喷水方式～顺、逆结流塔内液汽比g/m30.504喷水量t/h69.4塔出口工况烟气量m3/h388216塔出口含尘浓度g/m359.4上锥顶高度mm1320下锥底高度mm24704电除尘器的设计4.1电除尘器的选取本设计选用干法静电除尘器。静电除尘的原理是利用放电作用，使烟气中气体分子电离，由此导致尘粒带电，随即被静电吸引沉积于集尘电极上。当通入30～60KV左右的高压直流电后，电晕电极(阴极)与积尘电极(阳极)之间产生不均匀的电场，在阳极周围的某一空间内，电场强大到足以使烟气中的气体分子电离，电子和负离子向阳极运动时使尘粒带电，并一起移向阳极，于是尘粒便沉积在阳极上[9]。4.2除尘器主要参数选取卧式电除尘器，选取双室、四电场的结构形式，C型断面的长方形极板，阳极采用侧面单边底部振打，阴极采用侧面单边中部振打。进气烟箱采用下进气方式，并设置导流板和两层气流均布板；出气烟箱采用水平出气，并设置槽型板。灰斗采用四棱台形。型号为XWD60×4电除尘器，有效断面积为110m2，处理风量为388216m3/h，电场风速1.0～1.3m/s，除尘效率SKIPIF1<099.6%，容许漏风率SKIPIF1<05%，本体压力损失SKIPIF1<0300pa，气体允许最高温度300℃。4.3电除尘器的技术参数电除尘器的技术参数如表4.1所示：表4.1电除尘器的技术参数主要参数名称单位数值断面积m2110生产能力m3/h388216电场风速m/s1.03电场长度mm16000沉积极板总面积m27939阳极型式C型-阴极型式双侧芒刺型-烟气通过电场时间s15.5气体允许最高温度℃300设计效率%99.6内壁宽度mm15200垂直柱间距mm8200水平柱间距mm5600进气箱长度mm3000出气箱长度mm2500除尘器总长度mm27900除尘器总宽度mm20000除尘器总高度mm150505风机、烟囱及其它设备的设计5.1风机的设计本设计选用ID轴流式风机，铭牌规格为：ID-2500型煤气抽风机，转速2950转/分，介质重度0.95kg/m3，升压H=3400毫米水柱，使用温度不超过100℃，气量为370433m5.2切换阀的设计本设计所采用的切换阀为SKIPIF1<0的煤气电动三通阀，其主要的工作参数有公称压力：SKIPIF1<0毫米水柱；工作介质：含CO为60%左右的转炉煤气；烟气温度：﹤100℃。5.3放散烟囱的设计根据设计经验，未燃法回收期的烟气采取直接放空时，这时烟囱高度可采用比建筑物最高点高出5米，所以烟囱高度应取65米。由于烟气温度随着烟囱高度的增加而降低，烟气量也相应减少，因此在烟囱各个截面处的烟气量是不同的，由上式计算出的各个截面积也不相同，而是形成下粗上细的形状。5.4洗涤塔的选择与设计洗涤塔是在电除尘器之后，对烟气进行进一步除尘以及降温的设备。本设计采用快速空心洗涤塔，根据设计要求，计算可得洗涤塔的直径为4.63m，有效传热高度为8.14m。当水压为3kg/cm2，用SKIPIF1<0mm碗型喷嘴，其流量系数为13.7，为759.36t/h。此喷嘴分两层布置，上层均布16个，下层均布16个。5.5煤气柜的选择与设计在转炉煤气回收过程中，煤气柜是主要的设备之一，它可以起到三个作用储存、稳压、混合。经过计算，设计决定选用60000m35.6粉尘的回收利用在喷淋塔和静电除尘器的下部，有密封的灰斗和卸灰阀，卸灰口采用氮气吹扫，卸出的粉尘经链式输送机输入储灰仓。粗灰与细灰分别送入压块间的储料罐内存放，储料罐的下部装有卸灰阀，粉尘通过链式输送机、垂直的斗式提升机加入回转窑加热。粉尘在回转窑内滚动、混合、加热的过程中，粒度不断地增大，当到达回转窑出口时温度达到600℃5.7冷却水的利用系统中的冷却水可以循环利用，有专用的净化回收和冷却装置，具有节约用水量，防止二次污染等优点。6环境保护及安全生产6.1环境保护钢铁工业是中国国民经济的基础产业，对国民经济的发展有着举足轻重的作用，同时，钢铁工业也是中国的重要污染源。半个世纪以来钢铁企业的生产、技术和环境问题对策经历了以下发展进程：(1)公害治理—污染排放物的末端治理或稀释排放；(2)节能减排—降低能耗及减少排放物等源头治理；(3)清洁生产、绿色制造—通过完善制造流程、改善产内物质、能源的利用效率、产品绿色化等一系列措施，变为更积极的源头治理。(4)循环经济—结构社会制造链与工业生态链相结合的策略。6.2安全卫生转炉煤气中含有大量一氧化碳和少量氢气，在净化过程中还混入了一定量的水蒸气，它们的混合物和空气或氧气(如从氧枪中露出的纯氧)混合后，在特定条件下会产生爆炸，造成设备损坏，甚至人身事故，因此防爆措施是转炉烟气净化回收系统安全生产的一个十分重要的问题。7投资及技术经济分析7.1除尘系统总费用除尘系统的总费用包括初投资和整个使用年限内的运行维修费这两个部分。7.2除尘系统初投资初投资包括整个系统的通风除尘设备、排风罩(或吸尘罩)、风管、支架的各种材料和工人工资以及运杂费、设备基础费和各种附加费用等。综合考虑得初投资为1625万。7.3除尘系统运行维修费除尘系统的运行维修费主要指系统在运行和检修所需的动力消耗