《特钢厂电除尘器设计（论文）》8800字

特钢厂电除尘器的设计目录TOC\o"1-3"\h\u25253第一章绪论 第一章绪论被称为工业的粮食的钢铁，是全世界使用率最高的金属类材料。其强度高，由于资源丰富，价格低廉，机械性能好等特点，所以被大规模生产使用。它适用于社会各个领域中，地位很高的战略产品。所有工业化的国家，其工业进程都是从大面积炼铁制钢开启的。钢铁是一切工业产品的工业基础，如果没有钢铁，也就没有房屋，没有交通工具。几十年来，我国钢铁业在无数工作者的摸索中高速发展，取得了节能降耗上的进步，一些技术性指标已经达到世界的先进水平。但是，在制铁炼钢的过程中，产生了大量的含尘气体，成分复杂，威胁着环境质量和身体健康。所以，在国际竞争日益激烈的状态下，我国必须坚持“节能减排”的基本国策，优化生产结构及生产方式，进一步减少含尘气体排出量，提高作业效率，向可持续发展的制铁量钢业发展。1.1炼钢烟尘的主要来源炼钢车间的环境粉尘主要集中在烧结车间，包括破碎、筛分和烧结过程中产生的粉尘，高炉炼铁过程中产生的烟尘，转炉炼钢和粗精轧过程中产生的粉尘。主要粉尘类型为萤石混合粉尘，成品主要类型为萤石和矽尘。炼铁炼钢过程中的主要控制点是烧结矿和球团矿给料器的粉尘排放。2017-2019年，炼钢车间后平台粉尘浓度达到最高水平，成为粉尘排放的重点控制点。轧钢车间的粉尘排放控制在专业人员的暴露限度内，主要针对粗轧机和中轧机的粉尘问题进行重点控制。钢铁企业产出的粉尘类型概括来讲有三种:一是高炉瓦斯泥及瓦斯灰、二是转炉炉尘，还有电炉炉尘。其中，从炼铁高炉煤气中带出来的高炉瓦斯泥及瓦斯灰采用干法除尘便可得到瓦斯灰，可以采用湿法除尘，处理过后可以得到瓦斯泥。1.2烧结车间烟气的特点与其他炼钢车间相比，烧结烟气具有一些特点:（1）成分繁复:烧结烟气中存在氟化氢、一氧化碳、二恶英、氯化氢等有毒物质。此外，一些重金属也是常见的成分。（2）金属含量丰富：在生产工程中，铁是整个工程中的重点元素，所以烟气中有较高的含铁量。对于铁的回收，也具有很大的经济效益。另外，在制造过程中，一些镀锌材料脱落，使烟气中含有新元素。由于现行国家标准(GB4223-2004)在市场上对废钢材料没有明确的单独分类，在各个行业中，镀锌材料的用量也有很大的不同，所以很难标准化，于是，各工艺产生的含锌烟气相差很大。（3）烟气温度变化大：经过烧结工艺排放的烟气温度一般在120℃-180℃之间。在低温烧结工艺下，可有效控制，最低温度可控制在80℃。（4）SO2和NOX的浓度范围大：烧结烟气的SO2浓度含量一般在300~800mg/Nm3，但是严重时可高达2000mg/Nm3。NOX的浓度变化范围一般在150~300mg/Nm3.在炼钢车间中，烟尘产生的部位其特点可以大致分为两种：一个是持续的，大流量，有大量的严重污染烟尘。另一种是间断性，小流量，低浓度污染烟尘。大流量烟尘产生的地点，多是高架皮带料线、复吹转炉、纯镁脱硫站等，在作业过程中多为散装料，极易形成烟尘，造成扬灰危害。这些地方产生的烟气占所有工艺产生的烟气的95%以上，是我们应该关注和重点整治的污染源。就目前而言，并不具备特别完善的除尘条件和除尘设备，因此，在这些场合的处理措施，是以职工自身保护为主，预防粉尘危害。第二章设计任务及参数2.1设计任务本次毕业设计题目时某特钢厂除尘器的设计，主要任务是将特钢厂生产过程中产生的烟气经过除尘系统之后在进行脱硫脱硝之后由烟筒排放入大气，使其最大程度降低其对环境的危害。2.2设计背景该有框架电除尘器为某特钢集团有限公司烧结工程项目机头烟气而设计，该电除尘器进口烟气负压为17000pa，最大负压可为22000pa。2.3技术指标序号项目单位参数1烟气流速（最大烟气量）M³/h18000002烟气温度℃110-2003入口浓度g/Nm³6第三章脱硫塔设计计算使用湿式石灰石——石膏法烟气脱硫，整个流程包括烟气吸收、产物处理（脱硫副产物处理，脱硫废水处理）。石灰石——石膏湿法脱硫技术的相关化学反应方程式如下： SO2+ HSO3- HSO4- CO32- CaCO3+2H+3.1湿式石灰石——石膏法烟气脱硫装置石灰石消耗量的计算由cS依据最新烟气SO2排放标准，脱硫塔的脱硫效率是： η脱硫=c式中：η脱硫cS钙硫比取1.05，计算脱硫所需要的石灰石消耗质量：mCaCO式中：mCaCcSQ标况MSMCaCRat——钙硫比，取1.05。通常的，在脱硫工艺中使用的石灰石含有高于90%的CaCO3含量。在本次计算中，按照90%计算，则所需石灰石质量： m石灰石=m式中：m石灰石——脱硫塔所需石灰石质量，kg/h假设石灰石的采购工作为一周以此，则每周所需： m周石灰石式中：m周石灰石——脱硫塔每周所需石灰石质量，kg；3.2脱硫塔进气口设计计算在相关资料中指出，进入脱硫塔的烟气管道中流速小于15m/s，所以在本次设计中，选取流速15m/s。使用正方形进气口，截面积A A1=Q式中：AQv所以，在脱硫塔入口处烟气口边长取5.7m3.3脱硫塔主体尺寸设计计算3.3.1喷淋塔直径计算因为在进入喷淋塔时，烟气的温度在很高的状态，根据以往的经验，水分蒸发与气相混合，会增加体积流量，按照含水率增加7%计算： V2=7%×Q式中：V2——增加的烟气体积流量，m3/sQ标况在装置脱硫过程中，要有空气的介入，保证氧化反应，将吸收产物CaSO3氧化为CaSO4•2H2O。在这个过程中，使用氧化风机鼓入空气，空气中氧气参与氧化反应，氮气不参与，所以气体增量是： VO V3=79%式中：VOcSQ标况MSV3——由N2引起的气体增量，m3/s脱硫塔内气体体积流量为： V气=Q式中：V气Q标况V2——水分蒸发所增烟气体积流量，V3——N2引起气体增量选择圆形柱喷淋塔，所计算直径是： D塔=2×V式中：D塔V气u——烟气塔中流速，在2.5m/s-5m/s间，取5m/s。求得的塔直径取整数，即D塔=12m3.3.2喷淋塔高度计算（1）喷淋塔吸收段的高度计算：该段由三部分组成，烟气进出口的高度，取值5.7m；烟气进口顶部与喷淋段底部间距，依据实践经验取值2.5m；喷淋层的高度。三者之和，即为喷淋塔总高度。喷淋层的设计计算：该设计选择喷淋塔层数为3，层间距2米，求得喷淋层高度： h=3−1×2=4m（5-16）式中：h——喷淋层高度，m。所以，吸收段总高度为： H1=5.7+2.5+4=12.2m（5-17）式中：H1h——喷淋层高度，m。（2）喷淋塔浆液池的高度计算：根据喷淋塔浆液池体积的确定，来反向计算喷淋塔浆液池高度。首先确定喷淋塔浆液池体积，脱硫塔液气比取值范围为8-25L/m3，这次项目设计中取10L/m3。所以，喷淋塔浆液池体积为： V浆液式中：V浆液V气t留由于该段各部分直径相同，所以浆池高度： H2=4×式中：V浆液D塔H2浆池高度取整为14m。（3）喷淋塔除雾段的高度计算除雾器总体高度选为2m：喷淋管顶端至除雾器底端的距离，取1.5m，除雾器顶端至烟气出口下端距离，取1m。由此可得喷淋塔除雾段高度为： H3=2.0+1.5+1=4.5m（5-20）式中：H3烟气进口底部与浆液面的距离H4，按照经验，取1000mm-1600mm，取1500mm，即1.5m。喷淋塔的总高度为： H=H1+式中：H——喷淋塔的总高度，m；H1H2H3H4H5综上，喷淋塔高度最终取为32.4m。3.4喷淋塔相关设备计算3.4.1循环浆液泵计算每层喷淋层中都要设备一台浆液循环泵，每台含有7500m3/h循环浆液，其密度为1.25×10PPP三个循环泵功率为23kw，28kw，32kw。3.4.2石膏浆液排出泵计算准备两台石膏浆液排出泵，一台作为备用机器。将吸收和氧化产物CaSO4•2H2O排出，则单位时间内排出的CaSO4•2H2O质量为：Q排出CaSO4▪2H2O=M式中：Q排出MCaSO4▪2H2O——摩尔质量-MScSQ标况η脱硫由脱硫塔排出浓度30%的石灰浆，计算可得排出质量12577.5kg/h，密度1.25×103kg/m3，所以，单位小时内排出浆液体积10m3。第四章脱硝设备设计计算本次设计的脱硝工艺选用SCR工艺，布置方式选择高温高尘布置，SCR反应器位于省煤器和空气预热器之间。液氨从液氨罐车进入储罐中，然后在汽化器的作用下由液态氨转变为气态氨。由于气态氨易爆炸，因此气态氨在经过缓冲槽后被稳定和蓄压后，先被稀释风机送入的空气稀释至体积分数低于5%，随后进入氨/烟气混合器，使气态氨与烟气充分混合。混合气自上而垂直经过SCR反应器，在280~400℃以及催化剂存在的条件下，氨气选择性催化烟气中的氮氧化物，使其转变为无害的氮气和水蒸气。反应方程式如下：4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O（6-1）4NH3+2NO2+O2=3N2+6H2O（6-2）4.1SCR反应器设计计算一般来讲每台机组需要配备2台SCR反应器。根据《火电厂烟气脱硝技术—选择性催化氧化法》中的工程实例可知，烟气量为930000m3/h的300MW机组只设置一台SCR反应器。因此本次设计中取2台SCR反应器，烟气流量为1800000m3/h。将除尘器入口NOx浓度换算为标况下的浓度：cNO式中：cNOcNOTTP标—标况下的压力，kPa；P工—工况下的压力，kPa。反应器的脱硝效率为：η脱硝式中：ηcc理论氨逃逸率为：ϕ氨式中：ϕcηSCR反应器需要去除的氮氧化物的量工况为742mg/m3，因此氨气的消耗量为624kg/h。（1）催化剂横截面积SCR工艺中常用的催化剂有蜂窝式和平板式两种。蜂窝式催化剂具有表面积大、活性高、体积小等优点，因此本次设计中选用美国康宁公司的蜂窝式催化剂，比表面积为502m2/m3，孔径为7.1mm，单元体截面尺寸为150mm×150mm，模块截面尺寸为1910mm×950mm，高1m，每层催化剂共28个模块。根据《火电厂烟气脱硝技术—选择性催化还原法》，流经蜂窝式催化剂表面的速度范围在3-5m/s，本次设计中取5m/s。由此可以求得催化剂的横截面积为：Acat式中：AQ—烟气流量，v（2）SCR反应器横截面积SCR反应器的横截面积一般大于催化剂的横截面积，取系数为15%。则SCR反应器的横截面积为：ASCR式中：AA本次设计中取SCR反应器的长为7.5m，则反应器的宽为：BSCR式中：BAL反应器的宽度取整为16m。催化剂体积催化剂的体积需要由NOx的浓度、氨逃逸率、烟气流量等因素共同决定。利用以下经验公式可以计算求得催化剂的体积为：Vcat式中：VcatQ——烟气流量m3/hη脱硝cNHK催Fa——催化剂的比表面积，取502m2/m3。（4）催化剂层数ncat式中：nVℎ催—典型催化剂的额定高度，取1m；A由此估算得到催化剂层数为2层。本次设计中为防止安装和运行时催化剂出现问题，因此设置1层备用层。催化剂总层数取3层。（5）SCR反应器高度支撑、安装催化剂所需要的高度依经验取1.5m。整流层安装高度及安装所需要的高度依经验取2m。因此SCR反应器的总高度为：HSCR式中：H4.2塔体设计计算（1）保温层塔体表面的保温层厚度为100mm，材料密度取300kg/m3。塔体选用不锈钢材料，[σ]t=68MPa。（2）塔体的高度取反应器下的底座高度为4m。则塔体的高度为：H塔式中：HHH塔体的长度L塔式中：LLL塔体的宽度：B塔式中：BHB塔体的壁厚在塔体外设置3个加固圈，则段间距为：H1H2H3H4式中：H1H2H3H4每层壁厚依经验取4m，再加上钢板负偏差及腐蚀裕量，最终总厚度取10mm。第五章电除尘器的选型计算5.1电除尘器的选型5.1.1型号的确定我们在本次设计中选用双区电除尘器，它的特点是颗粒物的荷电与捕集分别在两个区域内完成。使用卧式除尘器，烟气水平进入除尘器后，首先进入到第一个区域——荷电区，在这里进行粒子的荷电工作。随后，附着电荷的粒子进入第二个区域——捕集区，荷电粒子在这里被截留。在完成这两项任务后，净化气体沿水平方向从除尘器排出，进入管道。捕集区的收尘极板有三类：管式、棒式和板式。在该次设计中，我选择板式收尘极。5.1.2除尘器台数的确定针对本次设计的烟气特点，即烧结机烟气，烟气量为1800000m3/h，选择一台除尘器。5.1.3选型计算①有效驱进速度we：依据《三废处理工程技术手册-废气卷》给出的建议，针对烧结烟气，我在本次设计中选用的有效驱动速度是0.06m/s。②电场风速v：依据钢铁行业的可行性技术指南，常用的电除尘器断面风速为0.8~1.0m/s，在本次设计中，我初选1.0m/s。③电除尘器截面积FcF式中：FcQ——气体的体积流量，m3/h；vs——电场风速，m/s。④除尘效率η：η=式中：η——除尘效率；c1⑤收尘极板面积A：A1式中：Al——理论收尘极板面积，m2。A=A式中：A——设计中实际收尘极板面积，m2。圆整取46360m2。⑥比集尘面积f：f=A式中：f——比集尘面积s/m。⑦电场数n：依据《三废工程处理技术手册-废气卷》，当电除尘器效率符合下列等式时：−ln电场的数量选为3个。但是，由于本次设计中烟气量很大，为了提高设计成品的工作效率，本次设计中，采用4个电场数量。理论上讲，单电场的长度越大，比集尘面积越大，对应的电除尘效率越高。但在无数次工程试验的探索中，有人发现，当单电场长度达到4m时，效果稳定较好。因此，为了保证较高的经济效益和除尘率，单电场的长度选择为4m。⑧电场高度h：利用下列区间函数关系，计算电场高度：当Fc≤80当Fc>80所以，ℎ=F式中：h——电场的高度，m。圆整取16m。⑨同极距2S：根据相关资料，同极距的常用选段在250-300mm之间。但是随着实验次数的增多，各国科技人员发现，极间距变大时，所分配到的电压也会有所增大，多占有一小部分电压，使除尘效率小幅度提高。在本次设计中，我采用450mm同极距。⑩通道数Z：Z=F式中：Z——电除尘器的通道数；b——收尘极板之间距离，b=2s−k'，m；k’——除尘器的阻流宽度，取45mm。通道数Z=78。⑪电场断面面积F：F=Zℎ2s−式中：F——电场的实际断面面积，m2。对应的，计算出电场实际风速v：v=Q⑫电场的有效长度l：l=A式中：l——电场的有效长度，m。根据实际电场的有效长度，选择C480型阳极板，该型号阳极板长480mm。由此可以计算，单个电场在长度方向上：n式中：n1——阳极板数，块。本设计中取10块。因此实际的有效长度为：l=480×10=4800mm(7−15)5.2电除尘器总体尺寸的确定5.2.1宽度的尺寸计算①电场内壁宽：B=2sZ+4Δ+e＇=0.45×78+4×0.1+0.4=35.9m=35900mm(7−16)式中：B——除尘器内部壁宽∆——最外部阳极板中心至内部壁距离e——中部柱宽②电场有效宽度B式中：B柱间距LkLk式中：Lk——除尘器横向上柱间距，m；δ1——除尘器壳体钢板厚度，取5mm；e——柱宽，取400mm。5.2.2高度的尺寸计算①除尘器顶梁地面与灰斗上端距离：H1式中：H1——除尘器顶梁底面至灰斗上端距离，mm；h——电场的高度，mm；h1——顶梁底面至阳极板上端距离，取300mm；h2——阳极板下端至撞击杆中心距离，取50mm；h3——撞击杆中心到灰斗上端距离，取200mm。②灰斗上端到支柱底面距离：H5.2.3长度的尺寸计算在长度尺寸上，电除尘器各结构如下计算：除尘器壳体内壁间距离LH：LH=2lel+2nle2+(n-1)c+nl=2×400+2×4×450+3×400+4×4800=24800mm(7−20)式中：LH——电除尘器壳体内壁的长度，mm；le1——取400mm；le2——取450mm；c——柱的宽度，取400mm；在设计除尘器之时，阳极板需要在顶梁下部装载，相邻柱子设为等距，则柱间距Ld为：LdLd——柱间距，mm。始末柱体与壳体内壁距离：X=l式中：X——始末柱体与壳体内部距离，mm。第六章管道的设计计算6.1管径d的计算根据烟气流量，计算烟道管径：d=18.8Q式中：d——管道内径，mm；v——管道内烟气流速，20m/s。根据标准管径，选取管径5700mm。烟气实际流速v：d=4Q推导：v=4Q6.2管道压力损失6.2.1摩擦压力损失∆PL∆PL=l×λRm=λ式中：Rm——单位长度管道的摩擦损失，Pa/ml——直管道长度，取90mλ——摩擦压损系数v——管道中烟气速度，取20m/sρ——管道内气体密度，kg/m3Rs——管道水力半径，m。即:Rz充满气体的直径为d的圆管的水力半径:R代入上式：Rm=λd过渡区摩擦压力系数的计算，采用Krybrook公式:1λ式中：K——管道内壁粗糙度，m，具体查表可知。d——管道直径，mm薄钢板的粗糙度通常在0.15-0.18mm，采用0.16mm。通风系统设计时，经常利用图解法。根据计算出的管径和气体流速，通过查表，可知比摩擦系数:针对当量直径为5700mm，烟气流速为19.60m/s，由管道摩擦压损系数图可以得到：Rm=0.32Pa/m。求解，管道水力半径为：Rs=d管道内气体密度为：ρs式中：ρN——标况烟气密度，取1.34kg/Nm3ts——横截面烟气平均温度，本次设计取130℃ρsBa——大气压力，101.25kPa所以，烟气密度：ρ由式子Rm=λd×ρv2对于管径d=5700mm的圆管，取l=90mm，所以摩擦压力损失为：∆PL=90×6.2.2局部压力损失∆PM使用9个90°弯头，2个矩形三通，导流和合流三通各1个。△p式中:ξ——局部压力损失系数,取0.29V——管道断面平均流速，m/s第七章风机Qf式中：Q——管道系统风量，m3/h；K1——管网漏风附加系数，取1.15；K2——电除尘器漏风附加系数，取1.05。所以，算得：Q风机风压的设计计算：△P式中：∆P——管道计算的压力总损失，Pa；K3——安全系数，0.15-0.20，本设计取0.2；根据计算，选择一台型号为BF4-72除尘离心风机，总风压225~3292Pa，风量为1800000m3/h。第八章烟囱设计计算8.1烟囱高度的设计根据霍兰德公式，计算烟气抬升高度：∆vsD——烟囱小端内径u——小端处平均风速，m/s，，取4m/s；TT所以，∆烟囱高度如下计算：H式中：Q——烟尘排放量，g/sρ0——ρb——σzQ=1800000所以，Hs=所以，烟囱建造198m。8.2烟囱直径的设计①烟囱出口截面积：S=Q式中：S——烟囱出口横截面积，m2；v——烟囱出口烟气速度，可取12-17m/s，取17m/s。②烟囱小端出口直径D1：D1式中：D1——烟囱小端出口直径，m。本设计取6.2m。