年产500万吨合格铸坯全连铸转炉炼钢工程除尘系统设计

内蒙古科技大学毕业设计说明书1年产500万吨合格铸坯全连铸转炉炼钢工程除尘系统设计冶金06—2班刘月建指导教师金永丽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。内蒙古科技大学毕业设计说明书2(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℃，由ID风机送入煤气储气柜，加压后将高洁度转炉煤气供轧钢厂等用户使用，对于在前烧期、后烧期（即冶炼前期、后期）产生的不符合要求的煤气，由联锁控制放散侧的钟型阀自动开启，通过高放散塔点燃放散，烟气经过这一初步处理后，使其含尘质量浓度降至10mg/m3以下。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法净化后煤气内蒙古科技大学毕业设计说明书3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500100三．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）。内蒙古科技大学毕业设计说明书4图2.12.2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%）内蒙古科技大学毕业设计说明书5LT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70℃左右后进入煤气柜，不合格烟气通过烟囱点火装置点火放散，整套系统采用自动控制，与转炉的控制相联系[11]。LT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：751.086.01124.22%)1.0%4(1000m3。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：(1)活动烟罩固定段拐点高度H和水平倾角。从防止烟罩结渣考虑，通常取H=3～5m，取H=4m，=60°(H：烟道垂直段拐点高度)。(2)烟罩固定段内径1D为3.25m。(3)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。(4)烟罩活动段罩裙下沿直径2D为6.63m。(5)烟罩固定段与活动段之间的间隙0C取15mm。(6)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内蒙古科技大学毕业设计说明书6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8mm碗型喷嘴，其流量系