煤气净化系统

内蒙古科技大学本科生

设计说明书

题 目：宝山地区原料条件下2200M

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高炉高炉煤气净化系统设计

学生姓名：周乐伟 学 号：0977145126 专 业：稀土工程 班 级：稀土09-1班 指导教师：侯贵平 研究员

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宝山地区原料条件下2200M高炉煤气净化系统设计

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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，并对煤气除尘设备和除尘系统的平面布置进行了设计。其中设备主要包括重力除尘器和布袋除尘器。本设计采用的是先进的干法布袋除尘器技术，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及TRT的选择。

关键词：高炉煤气：净化：布袋除尘器

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Baoshan material conditions of 2200M3 blast furnace gas

purification system

Abstract

Blast furnace gas purification system is an important component Of furnace. The design for the blast furnace ironmaking process and carried out detailed calculations, gas and dust removal equipment and layout of the system was designed. The equipment includes gravity and bag house dust. This design uses advanced dry bag filter technology, elaborated bag house classification, structural design, cleaning equipment design, temperature control device design, hopper and discharging device design and the choice of TRT.

Key words: blast furnace: purification: bag filter

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目录

摘要................................................................ I Abstract........................................................... II 第一章 文献综述..................................................... 1

1.1 概述 ........................................................ 1 1.2 高炉炼铁 .................................................... 2

1.2.1 高炉炼铁的技术进步..................................... 2 1.2.2 高炉炼铁面临的问题及改善措施........................... 3 1.3 高炉煤气 .................................................... 4

1.3.1 高炉煤气简介........................................... 4 1.3.2 高炉煤气净化回收的必要性............................... 4 1.3.3 高炉煤气净化工艺....................................... 5 1.3.4 主要除尘器特点及除尘工艺比较........................... 6 1.3.5 三种除尘器的比较....................................... 6 1.3.6 布袋除尘结构和除尘机理................................. 7 1.4 设计方案确定 ................................................ 8 第二章 炼铁工艺计算及主要参数选择.................................. 10

2.1 原始数据整理计算 ........................................... 10

2.1.1 原料成分.............................................. 10 2.1.2 燃料成分见表.......................................... 10 2.2 配料计算 ................................................... 11

2.2.1 冶炼条件确定.......................................... 11 2.2.2 吨铁矿石用量计算...................................... 11 2.2.3 生铁成分计算.......................................... 11 2.2.4 石灰石用量计算........................................ 12 2.2.5 渣量及炉渣成分分析.................................... 12 2.3 物料平衡计算 ............................................... 13

2.3.1 风量计算.............................................. 14 2.3.2 煤气组成及煤气量计算.................................. 14

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2.3.3 考虑炉料的机械损失后实际入炉量........................ 16 2.3.4 编制物料平衡表........................................ 17 2.4 高炉热平衡计算 ............................................. 17

2.4.1 热量收入Q收.......................................... 17 2.4.2 热量支出.............................................. 18 2.4.3 编制热量平衡表........................................ 20

第三章 炉型计算及参数选择.......................................... 22

3.1 日产铁量计算 ............................................... 22 3.2 炉缸尺寸计算 ............................................... 22 3.3 炉缸高度计算 ............................................... 22

3.3.1 渣口高度计算.......................................... 22 3.3.2 风口计算.............................................. 22 3.4 死铁皮层厚度 ............................................... 23 3.5 炉腰直径、炉腹嚼、炉腹高度计算 ............................. 23 3.6 炉身角、炉身高度、炉喉高度 ................................. 23 3.7 校核炉容 ................................................... 24 第四章 重力除尘器设计.............................................. 27

4.1 粗煤气管道 ................................................. 27

4.1.1 粗煤气管道布置及主要尺寸计算.......................... 27 4.1.2 设计除尘器参考的数据：................................ 27 4.2 高炉煤气发生量与煤气含尘量的计算 ........................... 28

4.2.1 炼铁工艺计算数据...................................... 28 4.2.2 重力除尘器及管道设计.................................. 28 4.3 煤气管道设计 ............................................... 28

4.3.1 除尘器及煤气管道中煤气流速............................ 28 4.3.2 导出管设计............................................ 28 4.3.3 上升管设计计算........................................ 29 4.3.4 下降管设计计算........................................ 29 4.3.5 放散管直径............................................ 29

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4.3.6 高炉炉顶管道设计参数.................................. 30 4.4 重力除尘器的设计 ........................................... 30

4.4.1 重力除尘器的设计要求.................................. 30 4.4.2 重力除尘器部分设计参数选择............................ 30 4.4.3 重力除尘设备尺寸的选择................................ 30 4.4.4 积灰量及灰斗设计...................................... 32 4.4.5 出口含尘浓度.......................................... 32 4.4.6 重力除尘器参数........................................ 32 4.5 除尘器及粗煤气管道设备 ..................................... 32

4.5.1 煤气遮断阀............................................ 32 4.5.2 清灰阀及煤气灰搅拌机.................................. 33

第五章 布袋除尘器设计.............................................. 34

5.1 布袋除尘器形式 ............................................. 34 5.2 滤料的选择 ................................................. 34 5.3 清灰方式的确定 ............................................. 35 5.4 过滤气体速度、过滤面积、滤袋尺寸、滤袋数目的确定 ........... 35 5.5 除尘器平面布置 ............................................. 36 第六章 除尘系统附属设备............................................ 38

6.1 阀门 ....................................................... 38

6.1.1 煤气遮断阀............................................ 38 6.1.2 煤气放散阀............................................ 38 6.1.3 煤气调节阀组.......................................... 39 6.1.4 叶形插板.............................................. 40

第七章 余压发电.................................................... 41

7.1 煤气余压回收装置的工艺流程及特点 ........................... 41

7.1.1 工艺流程.............................................. 41 7.1.2 煤气余压回收装置的主要特点............................ 42 7.2 TRT的基本结构和工作原理.................................... 42

7.2.1 TRT的基本结构 ........................................ 42

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7.2.2 TRT的工作原理 ........................................ 43 7.3 TRT的运行操作过程及注意事项................................ 43

7.3.1 TRT启动 .............................................. 43 7.3.2 TRT运行 .............................................. 44 7.3.3 TRT停机 .............................................. 44

第八章 除尘器中的自动控制系统...................................... 46

8.1 温度自动控制系统 ........................................... 46 8.2 电压差控制仪 ............................................... 46 8.3 脉冲控制仪 ................................................. 46 8.4 箱体自动检漏 ............................................... 47 参考文献........................................................... 48 致 谢............................................................. 50

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第一章 文献综述

1.1 概述

高炉发源于中国，高炉何时在我国发明，各路专家尚无统一意见.有人推断是公元前8世纪[1，2]，现在己有出土的铸铁实物，证实了这一推断[3]，是世界上最早掌握冶铁技术少数文明古国之一欧洲出现高炉约在170年以后。20世纪是中国炼铁大发展时期，并成为世界炼铁大国。20世纪是中国钢铁工业发展的世纪。这100年的中国钢铁工业发展史表明，钢铁工业是一个国家经济实力的基础。21 世纪的钢铁作为一个重要的结构材料、功能材料的位置不会发生重大变化。从高炉炼铁生产规模和效率成本看，世界上还没有任何一种非高炉流程能达到和接近大型高炉目前已达到的生产和效益水平可以,21 世纪相当长的时间内，国际、国内高炉炼铁流程都将占绝对优势。多年来,我国炼铁界认真贯彻了高炉炼铁以精料为基础的方针,认识到精料对炼铁技术进步的影响率在70 %以上。一批企业在不断改善焦炭、烧结、球团质量,炼铁炉料结构日趋科学、合理、经济。在改善炼铁原燃料质量的过程中,出现了各企业发展不平衡。总体上讲,大企业进展慢,一批中小企业在加快向国际先进水平靠拢。

中国炼铁处于高速发展阶段, 2007年全国生铁产量达到4. 6944亿t比上年度增长15. 19%[4],其增幅低于钢产量的同期增幅,占世界总产量的49. 74%。2007年全国重点钢铁企业(指71家)产铁3. 69亿t比上年增长13. 74%,其他企业产铁1. 20亿t增长19. 60%。地方企业铁产量增速高于大中型钢铁企业。2008年上半年全国产铁2. 4642亿t比上年度增长7. 89%,降低了发展势头[5,6]。中国炼铁技术进步主要表现在：①综合采用精料、上下部调剂、高压炉顶、高风温、富氧鼓风、喷吹辅助燃料（煤粉和重油等）等强化冶炼和节约能耗新技术，特别在喷吹煤粉上有独到之处。1980年中国重点企业高炉平均利用系数为1.56吨/(米2日)，焦比为539公斤/吨生铁；②综合利用含钒钛的铁矿石取得了突破性进展，含稀土的铁矿石的利用也取得了较大的进展。即使如此,高炉工艺也仍然存在一些问题:工艺流程复杂、能耗高、环境污染严重与投资庞大等。另外高炉工艺对冶金焦有很强的依赖性,然而从已探明的世界煤炭储量来看,焦煤仅占总储煤量的5%,而且分布很不均匀,因此高炉炼铁的发展面临着焦煤缺乏的困难。

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为解决这一困难,众多的非高炉炼铁技术就应运而生了,而且得到了较快的发展

[7]

。非高炉炼铁技术根据其工艺特征、产品类型及用途不同可以分为熔融还原和

直接还原两大类。熔融还原法是以非焦煤为能源,在高温熔态下进行铁氧化物还原,渣铁能完全分离,得到类似高炉的含碳铁水。直接还原法则是以气体燃料、液体燃料或非焦煤为能源,在铁矿石(或含铁团块)软化温度以下进行还原得到金属铁的方法。其产品呈多孔低密度海绵状结构,被称为直接还原铁(DRI)或海绵铁。

传统的高炉炼铁工艺仍保持着旺盛的发展势头。国外高炉炼铁的产量约占整个铁产量90%,如扣除直接还原铁,则约占99%。受炼钢需求量的驱动,西方采取提高现有高炉生产率或改扩建大高炉的方式来扩大高炉流程的产能。钢铁工业快速发展的印度等国家,也基本都是以高炉流程为基础。例如,已建了2座COREX装置的印度JINDAL厂,目前正在建设4000 m3的高炉来完成新的产能扩张。而韩国现代集团的2座5250 m3高炉的建设,同中国以首钢曹妃甸大高炉为代表的众多大高炉一起,更进一步增强了未来高炉流程的主导地位[8]。

1.2 高炉炼铁

1.2.1 高炉炼铁的技术进步

高炉炼铁精料技术包括:高(品位、强度高)、熟(熟料率)、净(筛除粉末)、均(粒度均匀)、小(粒度要小)、稳(成分稳定)、少(有害杂质少)、好(物化性能好)等。精料技术的核心是要提高入炉矿品位。高炉炼铁,品位每提高1 %,焦比下降2 %,产量提高3 %,渣量减少30 kg/t(铁),还可增加喷煤量,创出一定的经济效益[9]。我国矿品位的提高主要是使用高品位进口矿比例增加的结果。一般进口矿的品位在64 %以上。我国进口矿的数量在逐年增加,从1995年的4115万t,增加到2002年的11149万t[10],占我国炼铁使用矿石总量的32 %以上。使用进口矿不仅提高了高炉入炉矿品位,而且也改善了烧结矿的冶金性能。

近年我国烧结技术进步取得了可喜的成果,应用小球烧结技术、厚料层铺料、细精矿烧结技术、制止烧结矿自然风化技术、含CaF2和TiO2的特殊矿烧结等技术,使烧结质量不断提高。2000年、2001年、2002年我国重点企业的烧结转鼓指数在逐年提高,其值为65.84 %、71.62 %、74.45 %;烧结碱度也在提高,其值为1.70、1.76、1.83[11]。

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国外高炉炼铁的技术进步体现在高炉的高效化、低燃料比、高炉长寿、环保等方面。高炉高效化生产首先体现在高炉的大型化。在这方面日本的效果最为突出。在过去的20年里,日本高炉的平均容积从2570 m3增加到4200 m3 [15],而且现拥有1座5000 m3以上的高炉,包括最大的5775 m3高炉。欧洲高炉的数量已从1990年近90座减少到2005年的54座左右。平均的炉缸直径为10.3 m,平均工作容积为2100 m3。最大的炉缸直径是14.9m[16]。北美(加拿大,墨西哥,美国)有38座高炉,统计的37座高炉平均工作容积为1783 m3/座[17]。为满足产量的要求,美国AK Steel Middletown3号高炉(工作容积1462 m3)则使用吨铁超过200kg的直接还原热压块铁和废钢作为入炉原料,从而使高炉利用系数达到4.2 t/(m32d)[17]。不断降低燃料比是高炉炼铁长久目标。欧洲最好的高炉总燃料比为440~460 kg/t(铁水)(都折算成焦炭),而且是长期运行的指标。最新的焦比指标是低于300 kg/t。大块焦焦比的最低值是240kg/t。使用小焦已成为普遍的实践。数座高炉的煤比超过200 kg/t。最高的是CORUS 6号和7号高炉,在高利用系数条件下,连续2年以上在225~230 kg/t的范围内[17]。传统的高炉炼铁工艺仍保持着旺盛的发展势头。国外高炉炼铁的产量约占整个铁产量90%,如扣除直接还原铁,则约占99%。受炼钢需求量的驱动,西方采取提高现有高炉生产率或改扩建大高炉的方式来扩大高炉流程的产能。 1.2.2 高炉炼铁面临的问题及改善措施

炼铁系统在钢铁生产体系中是最耗能的，且产生了最大的环境负荷(主要是CO:排放)。2002年炼铁系统的能量消耗占钢铁产业的69.4%，二氧化碳排放量占整个体系的73.4%。单就高炉生产这一环节而言，其能量消耗和二氧化碳排放量分别占整个钢铁产业的49.0%和53.0%[12]，高炉炼铁生产面临的主要问题[13]是:①精料、富氧鼓风、高风温、煤粉喷吹以及低硅操作等常规技术的广泛应用，已使高炉各项指标处于较高水准，单凭常规技术很难进一步改善高炉性能。②高炉的原燃料条件日趋恶化，铁矿石品位逐渐下降，各大钢铁企业进口矿用量逐年递增，高炉用高三氧化二铝和高结晶水含量铁矿石量增加;另外，煤炭储量逐年下降，优质煤资源量减少，高炉的燃料及还原剂条件呈劣化趋势。③焦煤资源全球性匾乏以及焦炉的寿命等问题，将使得全球范围内焦炭供应难以满足高炉炼铁的需要。④炼铁生产主要使用的含碳能源(煤及其衍生物)产生大量的二氧化碳。常

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规技术对二氧化碳减排无能为力，如喷煤虽可有效降低焦炭消耗，但不能明显缓解整个系统的环境负荷。在此背景下，一些炼铁新技术已被提出或实际应用[14]，其中包括2个方向:一是用革新技术在高炉常规操作高效率的基础上，实现高炉的超高效率操作，通过高炉环节的高产低耗低污染来实现整个系统的高效和低环境负荷;二是将高炉炼铁与大规模发电相结合，优化整个钢铁流程的能量利用，实现系统节能。

1.3 高炉煤气

1.3.1 高炉煤气简介

高炉煤气为炼铁过程中产生的副产品，主要成分为:CO、CO2、N2、H2、CH4等，其中可燃成分CO含量约占25%左右，H2、CH4的含量很少，CO2、 N2的含量分别占15%、55%，热值仅为3500KJ/m3左右。高炉煤气的成分和热值与高炉所用的燃料、所炼生铁的品种及冶炼工艺有关，现代的炼铁生产普遍采用大容积、高风温、高冶炼强度、高喷煤粉量的生产工艺，采用这些先进的生产工艺提高了劳动生产率并降低能耗，但所产的高炉煤气热值更低，增加了利用难度。高炉煤气中的CO2, N2既不参与燃烧产生热量，也不能助燃，相反，还吸收大量的燃烧过程中产生的热量，导致高炉煤气的理论燃烧温度偏低。高炉煤气的着火点并不高，似乎不存在着火的障碍，但在实际燃烧过程中，受各种因素的影响，混合气体的温度必须远大于着火点，才能确保燃烧的稳定性。高炉煤气的理论燃烧温度低，参与燃烧的高炉煤气的量很大，导致混合气体的升温速度很慢，温度不高，燃烧稳定性不好。

1.3.2 高炉煤气净化回收的必要性

钢铁企业的炼铁高炉在生产过程中产生一些副产品高炉煤气，这些煤气作为一种含有热值的能源，如果直接放散，将对环境造成污染。多年来，由于我国没有先进的技术将回收后的这些煤气进行充分利用，大量的富余煤气只能将其燃烧后排放，俗称“点天灯”，白白浪费了资源。高炉煤气净化除尘系统是一种对高炉荒煤气进行净化处理的循环利用的系统，通过长时间的使用和研究，现在高炉煤气净化除尘系统一般采用干法布袋除尘和湿法除尘两种技术手段，是典型的节能环保技术，特别对我国大型高炉煤气布袋除尘的推广与发展具有重要意义。

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高炉煤气净化后作为能源加以利用，既是炼铁生产工艺本身的要求(因炼铁工艺需要向高炉中鼓热风，而热风炉则用高炉煤气作能源)，也是保护环境的要求。就目前而言，我国高炉煤气绝大多数企业均巳回收利用，但在回收率或放散串上差距很大，先进企业放散率仅4%，而较差酌企业是百分之十几，全国平均为8%[12]。多年来，环保工作者为降低高炉煤气的放散串，提高回收率作了很大的努力，取得了一定的成绩。

近年来，随着对大气污染治理的加强，人们对固体颗粒、粉末和厌恶的物理和化学特性的认识比以前有了更深入的了解。在空气污染治理、化工、机械行业的除尘器已涌现出了许多新技术。但是总体来讲，气体除尘技术与其他工程科学相比，基础比较薄弱，往往还不能预测所选用的除尘装置的最终性能，主要是由于很难掌握粉尘例子的物理性质，以及他们在湍流气流中的基本行为。对粉尘粒子与除尘装置之间的关系，更多的还要依赖经验来判断。 1.3.3 高炉煤气净化工艺

目前，高炉煤气除尘工艺主要分湿法和干法两大类。湿法除尘工艺主要有：塔文工艺、双文工艺和高炉煤气还缝洗涤工艺（俗称比肖夫煤气清洗工艺）等。塔文工艺流程是高炉煤气从高炉炉顶排出后进入干式重力除尘器，再进入洗涤塔，然后进入文氏管，最后通过脱水器进行脱水后，再进入高炉煤气总管。而双文工艺流程所不同的是用溢流文氏管取代了洗涤塔。高炉煤气环缝洗涤技术是一种具有控制高炉炉顶压力功能的煤气清洗工艺，在西欧的高炉煤气除尘系统。煤气通过重力除尘器后，进入环缝洗涤塔内，然后进入高炉煤气总管。现在国内外大型高炉煤气清洗主要采用串联双文系统和比肖夫洗涤塔系统。

干法除尘的方法很多，如布袋除尘器、移动床颗粒层除尘、沸腾床反吹法颗粒层除尘和干法电除尘等，但是除布袋除尘器净化工艺已用于工业生产外，其余均处于工业试验和实验室阶段。武钢3200m高炉、邯钢1260m均采用了干法电除尘净化工艺，但均未能长期、 续、稳定运行，主要是由于使用的温度范围对电除尘器不合适时，运转就不稳定。

不同除尘设备只能除去某些粒子范围的灰尘。为了将煤气中的含尘量降到10mg/m3以下，宜采用多个或多种除尘设备组合的循序渐进的除尘形式。高炉煤气除尘一般分为两级完成，粗除尘采用惯性除尘器、重力除尘器、旋风除尘器，

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粗除尘后的煤气含尘量一般为1-10g/m3,从高炉出来的荒煤气首先经过除除尘设备，除去粒径较大的炉尘。精除尘采用布袋、静电除尘器，也有采用双文氏管或环缝洗涤器的湿式除尘器。精除尘后煤气含尘量小于10mg/m3[10]。由于干式除尘具有环保节能的优势，推荐采用干式除尘。 1.3.4 主要除尘器特点及除尘工艺比较

湿式除尘器的特点：湿式除尘器的构造简单，设备费用低，净化效率高，对细粒粉尘也有较好的除尘效率，但运行费用较高；湿式除尘器对疏水性粉尘的净化效率不高，一般不宜用于水硬性粉尘的净化；湿式除尘器可净化粘结性粉尘，但应考虑冲洗合情理，以防堵塞；净化腐蚀性气体时，应考虑增设防腐蚀设施；除尘器耗水，对排出的污水必须处理，冬季应有防冻措施。

袋式除尘器的特点：除尘效率高，对超细粉尘的捕集效率也可达99%以上，处理风量大，运行稳定可靠；处理烟气的含尘浓度范围广，可以从数百毫克至数百克；不宜用于净化含有油污的气体或粘结性粉尘，否则应作特殊处理；净化相对湿度大的含尘气体（包括湿度大的高温烟气）时，除尘设备的外壳应进行保温，必要时烟气应加热，以防结露；净化高温或腐蚀性气体时，应选择耐高温或抗腐蚀的滤料；净化有爆炸危险的含尘气体时，要选用防静电滤料并接地，外设防爆孔和传动机构，排灰阀要考虑防爆，并严格控制漏风率；净化吸湿性或潮解性粉尘时，滤袋应采用表面光滑的滤袋；对含有火花的烟气，除尘器要先进行预处理。

电除尘器的特点：电除尘是一种高效率的除尘设备，除尘器随效率的提高，设备的造价也随之提高；电除尘器压力损失小，耗电量小，运行费低；电除尘器适用于大风量的除尘系统，高温烟气及净化含尘浓度高的气体；电除尘器能捕集细粒径的粉尘，适用于捕集币电阻在104 ～ 531010Ω2m范围内的粉尘；电除尘器气流分布要均匀；对净化湿度大的气体或露点温度高的烟气，要求采取保温措施以防结露；粘结性粉尘可选用干式电除尘器，但应调振打强度；沥青与尘混合物的粘结粉尘，采用湿式电除尘器；捕集腐蚀性很强的粉尘时，应选用特殊结构和防腐蚀性能好的电除尘器；电机风速一般在0.4m/s～1.5m/s范围内，不宜过大，粒径和密度偏小的粉尘，电机风速不宜超过1.0m/s。 1.3.5 三种除尘器的比较

通过对以上三种除尘器特点的介绍，我们可以发现湿法除尘存在耗水量大﹑

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存在二次污染﹑能耗高﹑运行费用高的弊端。相对而言，干法除尘具有不耗水﹑无污染﹑能耗小﹑运行费低的优点，属于环保节能项目，符合社会发展的趋势，位于国家钢铁行业当前首要推广的“三干一电”（高炉煤气干法除尘﹑转炉煤气干法除尘﹑干熄焦和高炉煤气余压发电）之首。每一种除尘工艺都有其优势和弊端，但相比较而言，干法除尘比湿法除尘更具优势，与湿法相比，它具有节能﹑煤气质量好﹑运行费用低﹑投资省又能解决因煤气洗涤水对环境的污染问题等优点，有显著的经济和社会效益。

高炉采用全干法除尘技术后，不用水洗和冷却，每吨节水7～9 m3，其中节约新水0.2 m3，并省掉了湿法除尘所需要的大型水洗塔和沉淀池等投资及所占空间，同时杜绝了大量有毒污水、泥的产生。干法除尘比湿法节电60%～70%，具有能量损失小、透平压力高的特点，配以TRT余压发电设备后，每吨铁发电量比湿法提高30%，并能够把高达140分贝的噪音降低到85分贝以下，有效减少了环境噪音污染。布袋除尘煤气出口温度比湿法除尘高100℃左右且含尘量低，有利于提高高炉风温。从长远看，大中型高炉采用煤气干法除尘取代湿法除尘是技术发展的方向，目前的关键问题是如何提高和完善干法除尘技术，而布袋除尘技术与静电除尘技术相比，虽然电除尘工艺效率高，所收集粉粒粒径范围大，电能消耗少等优点，但是，电除尘对粉尘敏感度大，一次投资高，运行技术要求严格，，占地面积大，因此布袋除尘与电除尘相比仍有许多无可替代的优越性。布袋除尘似乎特别适用于高炉煤气的净化，不论使用何种滤布，不论煤气入口含尘浓度高低，净化后含尘量均小于10mg/ m3，以较低的投资和较小的阻力损失或价格达到电除尘器相同的效果，不能不说是一大进步。高炉煤气干法除尘技术是系统的环保节能工艺，也是冶金行业清洁生产技术主要推荐项目，是国家钢铁协会重点推荐的高炉煤气除尘技术。随着这项新技术在全国高炉上的推广应用，对我国钢铁工业可持续发展和提高竞争力具有重要意义。 1.3.6 布袋除尘结构和除尘机理

布袋除尘器是一种干式除尘器。含尘煤气通过滤袋，煤气中的尘粒附着在织孔和袋壁上，并逐渐形成灰膜。当煤气通过灰袋和灰膜时得到净化。随着过滤的不断进行，灰膜增厚，阻力增加，达到一定数值时要进行反吹，抖落大部分灰膜使阻力降低，恢复正常的过滤。反吹是利用自身的连续性和工艺上的要求，一个

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除尘系统要设置多个箱体（一般4～10个），反吹时分箱体轮流进行。反吹后的灰尘落到箱体下部的灰斗中，经卸灰﹑输灰装置排出外运。

含尘气体由下面进口管进入中箱体，其中装有若干排滤袋。含尘气体由袋外进入袋内，粉尘被阻留在滤袋外表面。净化的气体经过文氏管进入上箱体，最后由排气管排出。滤袋通过钢丝枢架固定在文氏管上。每排滤袋上部均装有一喷吹管，喷吹管上有6.4mm的喷射孔与每条滤袋相对应。喷吹管前装有与压缩空气包相连的脉冲阀，控制仪不停地发出短促的脉冲信号，通过控制阀有序地控制各脉冲阀之开启。当脉冲阀开启（只需0.1～0.12s）时，与脉冲阀相连的喷吹管与气包相通，高压空气从喷吹孔以极高的速度喷吹，在高速气流周围形成一个比自己体积大5～7倍的诱导气流一起进入滤袋，使滤袋急剧膨胀引起冲击振动，同时在瞬时内产生由外向内的气流，使粘在袋外及吸入袋内的粉粒被吹扫下来，吹扫下来的粉粒落入下箱体及灰斗，最后经卸灰阀排出。

布袋材质有两种，一种是我国自行研制的无碱玻璃纤维滤袋，广泛应用于中小高炉（目前规格有Φ230、Φ250、Φ300mm），另一种是合成纤维滤袋（又称尼龙针刺毡，简称BDC）。玻璃纤维滤料可耐高温（280～300℃），使用寿命一般在1.5年以上，价格便宜，其缺点是抗折性较差。合成纤维滤料的特点是过滤网速高，是玻璃纤维的2倍左右，抗折性好，但耐温低，一般为240℃，瞬时可达270℃，且价格较高，是玻璃纤维的3～4倍，所以目前反在大型高炉上使用。

1.4 设计方案确定

本设计是宝山地区原料条件下2200m3高炉煤气净化系统。经过大量的文献查阅及调查研究，决定采用高压氮气反吹脉冲喷吹类袋式除尘器。过滤方式采用外滤式，滤筒形状为圆筒形，滤料为氟美斯复合针刺毡，进气方式为下进气，并有先进的煤气检漏、自动控温及煤气降温装置、灰位自动控制装置。此次毕业设计方案如下：

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煤 布 重 高 力 炉 除 煤 尘 气 器

气 袋 降 除 温尘装器 置 9

余 煤压 气发总电 站 内蒙古科技大学毕业设计

第二章 炼铁工艺计算及主要参数选择

2.1 原始数据整理计算

2.1.1 原料成分

高炉采用烧结矿、球团矿、生矿三种矿冶炼，其混合矿按75:15:10，整理计算后见表2.1。

表2.1 矿石成分表（％）

物料 烧结矿 球团矿 生矿 混合矿 硅矿 石灰石

TFe

Mn

P 0.044 0.018 0.042 0.040 0.000 0.000

S 0.010 0.006 0.011 0.010 0.000 0.000

Fe2O3 74.987 94.271 88.379 79.219 1.547 0.355

FeO 6.310 0.246 1.647 4.934 0.000 0.000

CaO 10.413 2.489 0.435 8.227 0.180 55.601

MgO 2.017 0.111 0.140 1.543 0.072 0.080

SiO2 3.433 2.389 2.943 3.227

Al2O3 1.696 0.395 2.664 1.598

57.471 0.609 66.191 0.032 63.163 0.174 59.348 0.479 1.083 0.275

0.000 0.078

95.387 2.823 0.367

0.161

续表2.1 物料 烧结矿 球团矿 生矿 混合矿 硅矿 石灰石

TiO2 0.204 0.000 0.097 0.163 0.000 0.000

CO2 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 43.334

H2O 0.000 0.000 3.265 0.327 0.000 0.000

Na2O

K2O

MnO

MnO2 0.000 0.000 0.276 0.028 0.000 0.000

FeS 0.028 0.017 0.000 0.024 0.000 0.000

FeS2 0.000 0.000 0.021 0.002 0.000 0.000

P2O5 0.100 0.041 0.097 0.091 0.000 0.000

0.007 0.018 0.787 0.000 0.000 0.410 0.013 0.023 0.000 0.007 0.016 0.652 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.102

2.1.2 燃料成分见表

表2.2 焦碳成分（％）

固定碳（%） 83.943 SiO2 6.482 CaO 0.703 Al2O3 5.030 MgO 0.332 TiO2 0.318 灰分 MnO 0.022 P2O3 0.100 FeS 0.274 FeO 0.576 附表：

挥发份（0.820%） CO2 CO CH4 H2 N2 有机物（1.4005） H N S 合计 全硫 游离水 0.180 0.120 0.220 0.200 0.100 0.600 0.210 0.590 （S全=S有机+FeS332/88=0.590+1.978332/88=1.309）

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100 1.309 2.500 内蒙古科技大学毕业设计

表2.3 煤粉成分

C 81.904 H 4.44 O N S H2O 灰分（8.200%） SiO2 CaO Al2O3 MgO FeO 合计 100 3.222 0.911 0.473 0.850 4.050 0.230 3.110 0.170 0.640 2.2 配料计算

2.2.1 冶炼条件确定

(1)冶炼制钢铁，规定生铁成分[Si]=0.7% ；[S]=0.03%。 (2)假设炼铁焦比K=320 kg ；煤比 M=180 kg 。 (3)选取铁的直接还原度rd=0.45 ；氢的利用率?H=35%。 (4)规定炉渣的碱度R=CaO/SiO2=1.02。

(5)元素在生铁、炉渣与煤气中的分配率见下表：

表2.4 常见元素分配率（%）

原料 生铁 炉渣 煤气

Fe 0.998 0.002 －

Mn 0.400 0.600 －

P 1.000 － －

S 0.068 0.85 0.082

V 0.800 0.200 －

表2.5 生铁成分（％）

成分 %

Si 0.7

Mn 0.03

S 0.03

P 0.090

C 3.86

Fe 95.29

Σ 100.00

2.2.2 吨铁矿石用量计算

燃料带入铁量Fef：

Fef=3703(0.00576356/72＋0.00274356/88)＋18030.00640356/72 =2.30+0.90=3.20 kg

矿石用量A

1000?(95.7?0.73[Si]?[S])?100Fef??(1);(??1??0.997;??2??0.5) A =

TFe??(1)?0.68P矿?1.03Mn矿??（2） =

1000?(95.7?0.73?0.7?0.03)?100?3.20?0.997

58.598?0.997?0.68?0.040?1.03?0.479?0.5 = 95158.68/58.70=1621.10 kg 2.2.3 生铁成分计算

?Fe??(A?TFe%?Fef

)??(1)/1011

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= (1621.10359.348%+3.20)30.997/10 =96.24 (%)

62?K?0.001?）/10?P??(A?P矿142=(1621.1030.040%+37030.001362/142)/10=0.08

?Mn??

=(1621.1030.479%+37030.022%355/71) 30.5/10 =0.39(%)

A?Mn矿??（2）/10?C??100?(?Fe???P???Mn???Si???S?)

=100-（96.24+0.08+0.39+0.700+0.030）

=2.56 (%)

表2.5 生铁成分（％） 成分 %

Si 0.7

Mn 0.39

S 0.03

P 0.08

C 2.56

Fe 96.24

Σ 100.00

2.2.4 石灰石用量计算 矿石、燃料带入的石灰石量

＝1621.1030.08227+37030.00703+18030.0023=136.38 kg

矿石、燃料带入的SiO2量(要扣除还原Si消耗的)

=1621.1030.03227+37030.06482+18030.0405-1030.7360/28 =68.39㎏

石灰石的有效溶剂性：

CaO有效＝55.601-1.0230.367=55.22(%)

石灰石的用量

?＝(68.3931.02-136.38）/0.5522=-120.65㎏

由以上可知需配加硅矿作溶剂 加入量计算

硅矿有效溶剂性 SiO2有效=95.300-0.180/1.02=95.21 (%) 硅矿的用量

Ψ=（136.38-68.3931.02）/0.9521=69.97kg 2.2.5 渣量及炉渣成分分析 燃料带入的各种炉渣组分的数量为

∑CaO＝136.38+69.9730.0018=136.50kg

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∑SiO2＝68.39+69.9730.95387=135.13kg

∑MgO=1621.1030.01543+37030.00332+1803 0.0017

=26.55kg

∑Al2O3=1621.1030.01598+37030.0503+18030.0311

=50.11kg

渣中MnO量＝1621.1030.0047930.5371/55=5.01 kg 渣中FeO量＝962.430.003/0.997372/56=3.72kg 1t生铁炉料带入的硫量：(硫负荷)

∑S＝1621.1030.0001+37030.0059+18030.00473=3.20kg 进入生铁的硫量＝1030.03＝0.3kg 进入煤气的硫量＝3.2030.05＝0.16kg 进入渣中的硫量＝3.20-0.3-0.16＝2.74㎏

表2.7 炉渣组成表

项目 数量Kg 成分%

CaO 136.50 38.08

MgO 26.55 7.41

SiO2 135.13 37.70

Al2O3 50.11 13.98

MnO 5.01 1.40

FeO 3.72 1.04

S/2 1.37 0.38

∑ 358.39 100.00

注：渣中S以CaS形式存在，计算中的Ca全部按CaO形式处理，氧相对原子质量为16，S相对原子质量为32，相当已计入S/2，故表中再计入S/2。

炉渣性能校核

炉渣实际碱度＝136.50/135.13=1.01

炉渣脱硫之硫的分配系数:Ls＝230.38／0.03=25.3 查阅炉渣相可知，该炉渣熔化温度为1350℃ 黏度：1500℃时2.5 泊；1400℃时4泊

由炉渣成分性能校核可以看出，这种炉渣是能够符合高炉冶炼要求

2.3 物料平衡计算

对于炼铁设计的工艺计算，直接还原度Rd及氢的利用率等指标是已知的，它们在前面已给出，这里还假定入炉碳量的1％与氢反应生成CH4。鼓风湿度

?=0.0134。

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2.3.1 风量计算

每吨生铁的各项耗碳量是：燃料带入的可燃碳量Cf Cf =37030.83943+18030.81904 =458.02kg

生成CH4耗碳 CCH4＝458.0230.01=4.58kg 生铁渗碳 Cc＝1032.56=25.60kg

氧化碳量 Co＝458.02-4.58-25.60=427.84 kg 其他因素直接还原耗碳Cda

Cda=103(0.7324/28+0.38312/55+0.08360/62) +2.45312/32 =7.60+0.92=8.52 kg (0.916为脱硫耗碳量)

铁的直接还原耗碳Cdfe

Cdfe＝962.430.45312/56=92.80kg

风口前燃烧碳量：

Cb＝427.84-8.52-92.80=326.52kg

风口碳量所占比例为

Cb/Cf=326.52/458.02

=71.28％

鼓风含氧量 （鼓风富氧率为w=1%,氧气浓度?=99%）

O2b＝21%3（1-0.0134）+0.530.0134=21.39%

因此,每吨生铁的鼓风量

Vb=[326.52/24-1803(0.03222+0.0085316/18)/32]322.4/0.2139 =(13.61－0.224)3104.722 =1401.81m3

鼓风密度

?b =1.288－0.48430.0134 =1.282kg/m3

每吨生铁的鼓风质量

Gb＝1401.8131.282=1797.12kg

2.3.2 煤气组成及煤气量计算 (1) CH4

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VCH4=37030.0022322.4/16+4.58322.4/12=9.69 m3 (2) H2

鼓风湿分分解的氢=1401.8130.0134=18.78 m3 燃料带入的氢

＝[3703(0.002+0.006)+1803(0.0444+0.008532/18)]322.4/2

= 141.70 m3

入炉总氢量∑H=18.78+141.70=160.48 m3 生成CH4耗氢＝4.5832322.4/12=17.10 m3 设定有35％的氢参加还原，还原氢量为 H2.R＝160.4830.35=56.17m3

进入煤气的氢量 VH2＝160.48-17.10-56.17=87.21 m3 高炉中氢的还原度(假定还原氢均参与浮士体的还原)

ri（H2）＝（56.17356）/（22.43962.4）=0.15

（3）CO2

矿石带入 CO2=1621.1030=0 溶剂分解出的为0

焦碳带入的 CO2＝37030.0018322.4/44=0.34 m3 由炉料带入 CO2＝0.34 m3

高级氧化铁还原生成的 CO2＝1621.1030.78311322.4/160=177.73m3 由FeO还原成Fe生成的CO2

＝962.43(1－0.45－0.125)322.4/56＝163.61m3(CO的还原度0.425) 因还原共生成CO2＝177.73+163.61=341.34 m3 煤气中的CO2总量

VCO2＝341.34+0.34=341.68 m3

（4）CO

风口前燃烧碳生成的

CO＝326.52322.4/12=609.50 m3

铁直接还原生成的CO＝92.8322.4/12=173.23m3 其他直接还原生成的CO＝8.52322.4/12=15.90m3 上列三项 CO＝609.50+173.23+ 15.90=798.63m3

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焦碳挥发分带入的CO＝37030.0012322.4/28=0.36 m3 溶剂在高温区分解出CO2转变为CO＝0 m3 扣除间接还原消耗的CO后，进入煤气中的总量为

Vco＝798.63+0.36－341.34=457.65m3

（5）N2

鼓风带入的N2＝1401.8130.793（1-0.0134）=1092.59 m3

焦碳、煤粉带入的N2＝[3703（0.001+0.0021）+18030.00911]322.4/28

=2.23 m3

煤气中N2总量 VN2＝1263.51+2.23=1265.74 m 将上列 计算结果列表，求出煤气(干)总量及煤气成分

项目 体积/m3 含量/%

CO2 341.68 17.18

表2.8 煤气成分表 CO H2 CH4 457.65 23.01

87.21 4.39

9.69 0.49

N2 1092.59 54.94

Σ 1988.82 100.00

3

煤气量与鼓风量的体积比为

Vg/Vb＝1988.82/1401.81=1.42 煤气密度

?g＝[0.1718344+(0.2301+0.5494)328+0.043932+0.0049310] /22.4 =1.32 kg/m3 每吨生铁的煤气质量

Gg＝2161.9731.349=2625.24 kg

（6）煤气中水量计算

还原生成的水＝56.17318/22.4=45.14kg 矿石带入的结晶水＝1621.1030.00324=5.25 kg 焦碳带入的游离水＝[370/(1-0.025)]30.025=9.49 kg (矿石结晶水含量不多，计算时按全部析出考虑) 进入煤气的水总量＝45.14+5.25+9.49=59.88 kg 2.3.3 考虑炉料的机械损失后实际入炉量

矿石量＝1621.1031.03=1669.73 kg 焦碳量＝（370+9.49）31.02=387.08 kg

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硅石量＝69.9731.01=70.67 kg 因此，机械损失（含炉尘）量为

(1669.73-1621.10)+(387.08-379.49)+(70.67-69.97)=56.92 kg 2.3.4 编制物料平衡表

物料平衡误差：

绝对误差=4106.60-4100.43=6.17 相对误差=6.17/4106.60=0.15%

收入相 铁矿石 焦炭 鼓风 煤粉 硅石 总计 质量/kg 1669.73 387.08 1797.12 180 72.67 4106.60 表2.9 物料平衡表（%） 质量分数/% 支出相 质量/kg 40.66 9.43 43.76 4.83 1.77 100.00 生铁 炉渣 煤气 煤气中水分 炉尘 总计 1000 358.39 2625.24 59.88 56.92 4100.43 质量分数/% 24.39 8.74 64.02 1.46 1.39 100.00 2.4 高炉热平衡计算

2.4.1 热量收入Q收 1) 碳素氧化热

由还原反应生产的CO2为338.22 m3，相当于氧化成CO2的碳量是

CO(CO2)=341.34312/22.4=182.86 kg

氧化成CO的碳量则为

CO(CO)=CO-CO(CO2)=427.84-182.86=245.03 kg

碳素氧化热为

QS1＝4.183(798031882.86+23403245.03)=8496238.74 KJ 2) 鼓风带入的热量

查表可知1100℃时，干空气热焓375.1kcal/m3，水蒸气热焓457.6kcal/m3，每吨生铁的风量为1401.81m3，喷吹煤粉用的压缩空气数量很少［大约15～30kg/kg(空气)］这里就不予考虑了，因而鼓风带入的物理热为：

QS2＝4.1831159.693[375.13(1-0.0134)+457.630.0134]

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=2204400.88 KJ

3) 氢氧化热及CH4生成热

氢参加还原生成的水量为H2O＝45.14 kg，生成CH4的耗碳量是CCH4＝4.58kg，这两部分热量为：

QS3＝4.183(3211338.15+112434.58316/12) =540739.61 KJ

4) 成渣热(由硅矿及生矿带入的CaO、MgO计算)

QS4＝4.1832703[71.35 3(0.553+0.0008)+1621.1030.1 3(0.01634+0.00432)]=48374.98 KJ 5) 因采用冷矿、炉料带入物理热可忽略不计。 以上各项收入总计为：

QS＝QS1+QS2+QS3+QS4=8496238.74+2204400.88+540739.61+48374.98

=11289754.21 KJ

2.4.2 热量支出 （1）氧化物分解耗热

烧结矿中硅酸铁形态存在的FeO量为

FeO′(硅)＝1621.1030.930.063130.2=18.41 kg

以Fe3O4形态存在的FeO量则为

FeO(磁)＝1621.1030.04934-18.41=61.58 kg

以Fe3O4形态存在的Fe2O3量为

Fe2O3(磁)＝61.583（160/72）=136.84 kg

因此，矿石带入的Fe3O4量为

＝136.84+61.58=198.42 kg

矿石带入的赤铁矿量为：

Fe3O4（赤）=1621.1030.79219-136.84=1147.38 kg 燃料带入的FeO量为

FeO(燃)＝37030.00576+18030.0064=3.28 kg

进入渣中FeO=3.72 kg

需分解的硅酸铁中的FeO总量为

FeO（硅）＝18.41+3.28-3.72=17.97 kg

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因此，铁氧化物分解耗热

Qd1.1＝4.183（973.3317.97+1146.43198.42+1230.731147.38）=6926424.92KJ 其他氧化物分解耗热

Qd1.2＝4.183103（124830.38+536030.7+627530.08）=197640.43 KJ 则还原总耗热Qd1= Qd1.1+Qd1.2=7124065.35 KJ (2)脱硫耗热 Qd2=4.183199532.74=22849.13 KJ (3)水分解耗热：

Qd3=4.183(258031621.1030.0134+3211318030.0085) =254802.35 KJ (4)游离水蒸发耗热：

Qd4=4.183[62038.21+(620+79)31621.1030.00324] =57900.53 KJ

(5)喷吹煤粉分解耗热：Qd5=4.1832503180=188100.00 KJ (6)铁水带走热量：Qd6=4.18328031000=1170400.00 KJ (7)炉渣带走热量：Qd7=4.1834303358.39=644170.19 KJ (8)碳酸盐分解耗热

生矿中CO2＝0kg

其中以CaC3形态存在的为＝0 kg 以MgC3形态存在的为＝0 kg 石灰石中 为0kg

MgCO3形态存在的CO2量则为 CO2＝0 kg 所以，碳酸盐分解耗热为0KJ (9)煤气带走热

当炉顶温度为200℃时，查表可知各项气体组分的热焓量为（34.18 KJ/m）

表2.10气体热焓（200℃）

CO2 85.4

CO 62.8

H2 62.2

CH4 87.4

N2 62.6

H2O 72.8

3

干煤气带走的热量：

Qd8.1=4.183(85.43341.68+62.83457.65+62.2387.21+87.439.69+62.6

31092.59)=557785.03KJ

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(此时煤气热焓为66.5134.18 KJ/m3，其平均热容CP=0.332534.18 KJ/m32℃) 煤气中水蒸气带走热量：

Qd8.2=4.183[72.8356.17+(5.25+9.49)322.4/183(72.8-36)] =17094.84 KJ

(水蒸汽100℃的热焓为36034.18 KJ/m3,45.01为还原生成的水量) 炉尘带走的热量：

Qd8.3=4.1830.173200356.92 =8089.47 KJ 因此，煤气带走热量为： Qd8=557785.03+17094.84+8089.47 =582969.34 KJ 10. 热损失

上列9项热支出总和为

Φd＝7124065.35+22849.13+254802.35+57900.53+188100.00+1170400.00+ 644170.19+582969.34=10045256.89KJ 高炉热损失

Φ(失)＝Φs－Φd＝11289754.21-10045256.89=1244497.32KJ 热损失所占比例=1244497.32/11289754.21=11.02%

2.4.3 编制热量平衡表

表2.10 热平衡表 热收入 项目 碳素氧化热 鼓风带入热量 氢氧化物生成热 成渣热 总计 KJ 8496238 2204400.88 540739.61 % 75.26 19.53 4.79 0.43 项目 氧化物分解 脱硫耗热 水分解耗热 游离水蒸发 喷吹煤粉分解 铁水带走热量 炉渣带走热量 碳酸盐分解 煤气带走热 热损失 热支出 KJ 7124065.35 22849.13 254802.35 57900.53 188100.00 1170400.00 644170.19 0.00 582969.34 % 63.10 0.20 2.26 0.51 1.67 10.37 5.71 0.00 5.16 11.02 100.00 48374.98 总计 11289754.21 100.00 高炉有效热量利用系数 KT=100-（5.16+11.02）=83.82 20

1244497.32 11289754.21 内蒙古科技大学毕业设计

高炉碳素热能利用系数 KC=

84962383100%=58.76%

(458.02?25.6)?33436.2

21

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第三章 炉型计算及参数选择

3.1 日产铁量计算

选取高炉利用系数?v=2.0t/(m32d)，vu?=2200m3，

则P=ηv2vu?=2.032200=4400 t/d

3.2 炉缸尺寸计算

选取冶炼强度I=1.0t/(m32d)，燃烧强度JA=25 t/(m22d) 炉缸直径为

d?1.13校核

IVu1.0?2200?1.13?10.60 JA25Vu2200=24.93 结果合理 ??A?10.60243.3 炉缸高度计算

3.3.1 渣口高度计算

选取e=1.20，C=0.58，,?=7.1t/m3, 则渣口高度

hz?1.27eP1.27?1.20?4400??1.45

nrCrd210?0.58?7.1?10.602取hz=1.5 m 3.3.2 风口计算

取风口、渣口中心线的高度差为a=1.3m，安装风口的结构尺寸b=0.5m 则炉缸导读为

h1?hf?b?hz?a?b?1.5+1.3+0.5=3.3m 风口数目 n?2(d?2)?2?（10.6+2）=25.2 取n=26个

22

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3.4 死铁皮层厚度

h0?0.0937Vud?2?0.0937?2200?10.60-2=2.04 取 h0=2.1m

3.5 炉腰直径、炉腹嚼、炉腹高度计算

选取 D/d=1.10 则

D?1.10310.6=11.66m 选取?=81° 则 h2=校核 ?

tan?=

D?dtan81°=3.35 取h2=3.4m 22h22?3.4?=6.32 D?d11.66?10.60 ?=81°8′ 炉喉直径、炉喉高度 选取

d1?0.68 D则 d1=0.68311.66=7.93m 取d1=7.9m 选取 h5=2.0m

3.6 炉身角、炉身高度、炉喉高度

选取 ?=82°30′ 则 h4?D?d111.66?7.9tan??tan82°30′=14.28m 取h4=15m 222h42?15=8.19 ?=83°51′ ?D?d111.66?7.9校核? tan?=选取 Hu/D=2.35

则 Hu=2.35311.66=26.82m 取Hu=27m

23

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求得

h3?Hu?h1?h2?h4?h5=27-3.3-3.4-15-2.0=3.3m

3.7 校核炉容

炉缸体积

V1=π/42D22h1=0.785310.60233.3=291.2m3 炉腹体积

??22 V?h(DD?dd?)??3.4?(11.62?11.6?10.6?10.62)=329.24m3 221212炉腰体积

?2?32 V=352.37 ?Dh?m?11.66?3.33344炉身体积

22V?h(DD?d?d)??15?(11.662?11.66?7.9?7.92)=1140.71m3 44111212??炉喉体积

2Vd?7.92?2.0=98.03m3 5?1h5?44??高炉容积

Vu=V?VVVV???12345

=291.2+329.24+352.37+1140.71+98.03 =2211.55m3

误差 ?V?

24

2211.55?2200=0.053%﹤1%，炉型设计符合要求。

2200内蒙古科技大学毕业设计

表3.1高炉炉型尺寸参数

项目

有效容积，Vu′/ m炉缸直径，d/㎜ 炉腰直径，D/mm 炉喉直径，d1/mm 有效高度，Hu/mm 渣口高度，hz/mm 风口高度，hf/mm 死铁层厚度，h0/mm 炉缸高度，h1/mm 炉腹高度，h2/mm 炉腰高度，h3/mm 炉身高度，h4/mm 炉喉高度，h5/mm

Hu/D D/d d1/D 炉腹角α 炉身角β

25

3

尺寸 2200 10600 11660 7900 29200 1300 500 2040 3300 3400 3300 15000 2000 2.5 1.10 0.68 81°8′ 82°51′

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第四章 重力除尘器设计

4.1 粗煤气管道

高炉煤气粗除尘器管道有导出管、上升管、下降管、除尘器出口蹙眉管道等组成。煤气上升管及下降管用于把粗煤气从炉顶外封罩引出，并送至除尘器的煤气输送管道。

我国大中型高炉炉顶均设置四根煤气导出管，它们沿炉顶圆周成对称布置，具体结构如下图4.1所示：

图4.1

4.1.1 粗煤气管道布置及主要尺寸计算

在粗煤气管道的最高部位设有放散煤气和防止炉顶超压用的放散阀。粗煤气管道布置形式与炉顶设备、结构和除尘器位置有密切联系，应综合考虑。管道布置力求对称，使各流路系统流体阻力损失相等或接近，保证炉喉煤气分布均匀。导出口处煤气流速，一般为3～4m/s，上升管为5～7m/s，下降管为6～9m/s。管内砌耐火砖或喷涂不定形耐火材料，岔口、接头和转弯处加钢衬板，以免煤气流中的炉尘磨损管道。有些高炉在导出管或上升管下部设波纹管补偿器和支座，以消除导出口连接处的局部应力和补偿高炉炉壳的热膨胀。 4.1.2 设计除尘器参考的数据：

1．除尘器直径必须保证煤气在标况下的流速不超过0.6～1.0m/s。 2．除尘器直筒部分的高度，要求能保证煤气停留时间不小于12～15s。

27

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3．除尘器下部圆锥面与水平面的夹角应做成≥500。

4．除尘器内喇叭口以下的积灰体积应能具有足够的富余量（一般应能满足

三天的积灰量）。

4.2 高炉煤气发生量与煤气含尘量的计算

4.2.1 炼铁工艺计算数据

吨铁煤气量：1988.82 m3/t ； 吨铁炉尘量：56.92 kg/t ； 炉顶煤气温度：200℃。

4.2.2 重力除尘器及管道设计

由前边工艺计算得，鼓风含氮量为77%，煤气含氮量54.94%，煤气正常温度200℃，一般在150～250℃，炉顶正常压力0.12～0.16MPa,高炉利用系数为2.0t/ m2d，煤气含尘量为56.92kg/t-p，吨铁煤气量Vg=1988.82 m3。

则高炉日产铁量：M?Vu??V?2200?2.0?4400t

高炉煤气发生量：Q=M?Vg?4400?1988.82?364617m3/h=101.28m3/s

2424高炉煤气含尘量：C初?C?1000?20?1000?10.06g/m3

Vg1988.823

由炉型计算知炉喉直径7900mm，则炉喉的截面积为

S1=3.143(7.9/2)2=48.99m2。

4.3 煤气管道设计

4.3.1 除尘器及煤气管道中煤气流速

表4.1 煤气流速表

煤气管道 炉顶煤气导出管 炉顶煤气上升管 炉顶煤气下降管 炉顶煤气下降总管

除尘器

煤气流速（标态）m/s

3～4 6～8 6～9 7～11 0.6～1

4.3.2 导出管设计

设计的煤气导出管为四根，取煤气在煤气导出管内的流速ν知除尘器每小时过滤煤气总流量Q=364617 m3/h。

28

导

=3.8m/s，已

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则煤气导出管总截面积S导=Q/﹙ν

导3

3600﹚=26.65m2，取27m2。

则一根煤气导出管截面积=27/4=6.75 m2

根据圆形面积公式可知煤气导出管直径D导=2932 mm。 S导/S1=27/48.99 3100%=55.11%，满足设计要求。 煤气导出管中心水平倾角为53°。 4.3.3 上升管设计计算

煤气上升管内的流速为6~8m/s，上升管总截面积为炉喉面积的25%~35%，上升管的高度应保证煤气下降管有足够大的坡度。设计的煤气上升管为两根，取煤气上升管内的煤气流速ν

上

=7m/s。

则煤气上升管总截面积S上=364617/﹙733600﹚=14.47 m2，取15 m2。 则有S上/S1=15/48.99=30.62%，符合设计要求。 即有一根煤气上升管的截面积=15/2=7.5 m2。 因此可知煤气上升管的直径D上为：

2???(D上升管2)2?Q 则D上升管?364617?2?3.04m

V上?36007?3600?3.14上升管高度取h2=8900 mm

下降管上管口中心线到上升管管顶距离取h3=2400 mm 4.3.4 下降管设计计算

为了防止煤气灰尘在煤气下降管道内沉积堵塞管道，煤气下降管内的煤气流速应大于煤气上升管内的煤气流速。煤气下降管内的流速为6~9m/s，煤气下降管的中心线倾角应大于45°，以使灰尘能流入重力除尘器。

设计的煤气下降管为两根，取煤气下降管总截面积为煤气上升管总截面积的80%，煤气下降管的中心线倾角取45°。

煤气下降管总截面积S下=S上380%=15380%=12m2。 则下降管中的煤气流速ν

下

=Q/﹙S下33600﹚=8.44m/s，满足设计要求。

则一根煤气下降管的直径D下为

23??(D下降管2)2?364617?2Q?2.76m 则D下降管?8.44?3600?3.14V下?36004.3.5 放散管直径

根据以上计算结果和经验数据，取放散管直径i=0.6m

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4.3.6 高炉炉顶管道设计参数

高炉炉顶管道设计参数见表4.2

表4.2 炉顶管道参数表

煤气导出管 煤气上升管 煤气下降管 煤气放散管

内径D（mm） 2932 3040 2760 600

根数 4 2 2 2

夹角

53?

45?

4.4 重力除尘器的设计 4.4.1 重力除尘器的设计要求

① 除尘器直径必须保证煤气在标准状况下的流速不超过0.6~1.0m/s。 ② 除尘器直筒部分的高度，要求能保证煤气停留时间不小于12~15s。 ③ 除尘器下部圆锥面与水平面的夹角应做成?50?。

④ 除尘器内喇叭口以下的积灰体积应能具有足够的富余量（一般应满足三天的积灰量）。

⑤ 除尘器下降管直径按煤气流速10m/s左右设计，一般为7~11m/s。 ⑥ 除尘器阻力一般为150~390Pa 4.4.2 重力除尘器部分设计参数选择

① 所设计的重力除尘器要求除尘效率为80%。

② 重力除尘器直筒直径必须保证煤气流速为0.8 m/s。 ③ 煤气能在沉降室停留时间为15s。 ④ 高炉炉尘物理参数见表4.3。

表4.3 炉尘物理参数

密度，g/cm 真密度 2．47

体积密度 1．47

＞160 44．30

160～80 33．30

80～50 13．84

粒径（μm）分布，%

50～20 7．29

20～10 0．05

＜10 1．12

4.4.3 重力除尘设备尺寸的选择

(1) 每秒煤气量q：q?Q?364617?101.28m3/s

36003600(2) 选择重力除尘器煤气入口管道直径为d，且煤气入口流速v0=10m/s，则由此可

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得：

d?4?q4?101.28??3.59 m v0??10?3.14(3)由煤气在沉降室的停留时间为45s，煤气流速v1=0.5m/s，则重力除尘器直筒段的截面积：

S重=Q/v1=202.56 m2

根据圆形面积公式可知重力除尘器内径：

D?2?101.283.592qd?()?16.46 mm ?()2=2?0.5?3.142v1??2(4) 除尘器直筒部分高度取H直筒=12000 mm (5) 直筒部分体积V直=qt=101.28315=1519.2 m3

(6) 经参考2516m3高炉重力除尘器，知重力除尘器内径D重=13000mm，煤气出口管

直径D出=3000mm，中心管直径D中=3247 mm。 因此，设计的重力除尘器的煤气出管口

D出=﹙3000/13000﹚316460=3798.46mm，取半净煤气管道的直径为3800mm。 中心管直径D中=﹙3247/13000﹚316460=4111.2mm，取4200mm。 中心管长度L中=13500 mm

上锥体高度H上锥=﹙16460-4200﹚30.53tan50°=7305.45 mm 下锥体高度H下锥=﹙16460-900﹚30.53tan50°=9271.84 mm 除尘器的容积V=Q3t=364617÷3600345=4557.71 m3 式中：V——除尘器容积，m3； Q——处理气体量，m3/s；

t——气体在除尘器内停留时间，s，一般取30~60s，本次取45 s。 除尘器的长度L=V/S=2886.075/128.27=22.5m 式中：L——除尘器长度，m；

V----除尘器容积，m3； S—除尘器截面积，m3。

(7)除尘器出口煤气流速V2，且煤气密度为?g，则

31

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d35902v2?()2?v0?()?10?8.9m/s

g38004.4.4 积灰量及灰斗设计 1．积灰量

由前面工艺计算知，吨铁产生的炉尘量56.92kg，高炉日产铁4400t，则高炉每天产生的炉尘量为56.9234.4=250.45t，设计重力除尘器除尘效率为80%，则由重力除尘器除去的灰量为250.45380%=200.36t，炉尘的堆密度约为0.6t/ m3,炉尘体积V尘=200.36/0.6=333.93 m3。 2．灰斗高度

根据要求，设计灰斗应满足容纳三天的积灰量，故灰斗容积V斗≥3 V尘=33333.93=1001.79m3。最小灰斗高度符合公式4/3π2（D/2）22h4′=1001.79，解得

h4′=3.71，故取灰斗高度h4=5m。 3．排灰口直径，取f=0.9m。

由重力除尘器压力损失计算公式得：

V02?1.5?V2102?1.5?8.9ΔP??g??1.356??56.67 Pa

224.4.5 出口含尘浓度

?1-?）=56.95?(1-80%)=11.38 g/m C?C 初（4.4.6 重力除尘器参数

重力除尘器参数见表4.4。

34.5 除尘器及粗煤气管道设备

4.5.1 煤气遮断阀

煤气遮断阀设置在重力除尘顶部，高炉与重力除尘器之间的荒煤气管道上，为常通阀，只有在高炉休风时落下关闭，将高炉与煤气除尘系统隔开。遮断阀关闭时必须密封严密，开启时煤气通过的压力降妖小。

遮断阀一般采用钟罩式结构。遮断阀的启闭采用电动卷扬机驱动。遮断阀特性见表4.5。

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表4.4 重力除尘器参数表

除尘器直径D 直径部分高度h5 除尘器入口管径d 除尘器出口管径g 灰斗下口口径f 灰斗倾角? 出口含尘浓度C 除尘器压力损失?P 除尘器除尘效率? 灰斗高度h4

除尘器上截锥体高度h6 除尘器上截锥体高度h7

中心管直径

表4.5遮断阀结构特性

直径，mm 行程，mm

提升部件总重量，kg

重量，kg

890 2000 417 516

1300 3000 ～720 1227

1790 3600 2346 4678

1790 4200 4573 8413

2460 5800

9840

2750 5500

16460mm 12000 mm 3590 mm 3800 mm 900 mm 50?

11.38 g/m3 56.67 Pa 80% 5000 mm 7305.45 mm 9271.84mm 4200

4.5.2 清灰阀及煤气灰搅拌机

煤气清灰搅拌机设置在重力除尘器、旋风除尘器、布袋除尘器、布袋除尘器箱体等干式煤气除尘设备的集灰斗下面，用以排出集灰斗内的积灰。其结构如图所示。清灰时，带有叶片的一对的一对轴相对转动，煤气灰被螺旋叶片推向前进，同时不断喷水冷却，灰尘被湿润降温，避免了灰尘飞扬。

常用规格的煤气清灰搅拌机性能，见表4.6。

表4.6 清灰阀的结构特性

直径，mm 300

350 360 600

阀盖重，kg

20 32 26 160

重锤数，个

1 1 6 5

每个重锤重量，kg

104 142 170 100

重量，kg 304 550 306 1130

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3ay6.html