高炉煤气除尘净化毕业设计.doc

第一章 概论51.1 问题的提出51.2 课题来源、背景及研究对象61.2.1 课题来源61.2.2 昆钢6#高炉煤气净化和应用现状61.2.3 研究对象61.3 项目意义7第二章 设计依据72.1煤气除尘技术72.1.1 高炉煤气粗除尘82.1.2 高炉煤气精除尘82.1.2.1 高炉煤气湿法除尘82.1.2.2 高炉煤气干法除尘92.2 干法布袋除尘技术122.2.1 干法布袋除尘技术进展122.2.1.1国外运用进展122.2.1.2 国内运用进展122.2.2 大型干法高炉煤气除尘技术总结132.2.2.1 工艺路线142.2.2.2 控温方式152.3 各种除尘器简介162.3.1 重力除尘器162.3.1.1 简介162.3.2 旋风除尘器172.3.2.1 简介172.3.2.4 旋风除尘器性能202.3.3 布袋除尘器222.3.3.1 概述222.3.3.2 除尘机理222.3.3.3 布袋除尘器的分类232.3.3.4 布袋除尘器的结构形式232.3.3.5 布袋除尘器的性能242.3.3.6 布袋除尘器的设计及选型252.3.3.7 设计过程中采取的对策17252.4 高炉煤气脱硫处理262.4.1 概述262.4.2 湿法脱硫技术262.4.2.1 化学吸收法：262.4.2.2 物理吸收法272.4.2.3 物理化学吸收法282.4.2.4 湿式氧化法282.4.3 干法脱硫282.4.3.1 膜分离法282.4.3.2 分子筛法292.4.2.3 其他方法292.4.4 微生物法292.4.5 臭氧氧化法302.4.6 电化学法30第三章 工艺设计计算与选型303.1重力除尘器设计313.1.1重力除尘器及粗煤气管道313.1.1.1粗煤气管道及重力除尘器结构与布置313.1.1.2 粗煤气管道的布置及主要尺寸的确定313.1.1.3重力除尘器的布置及主要尺寸的确定323.1.2 粗煤气管道及除尘器设计计算323.1.2.1粗煤气管道设计计算15333.1.2.2重力除尘器尺寸设计计算363.1.3重力除尘器及粗煤气管道结构与内衬403.2旋风除尘器设计403.2.1 旋风除尘器的选择413.2.2 技术计算423.2.2.1 除尘器处理风量（工况）计算423.2.2.2 除尘器结构尺寸计算423.2.2.3 除尘器压降计算443.3 布袋除尘器453.3.1 除尘技术参数453.3.2 确定布袋除尘器形式463.3.3 除尘工艺计算473.3.3.1 除尘器结构尺寸计算473.3.3.2 除尘器平面布置483.3.4 反吹清灰工艺设计503.3.4.1 清灰方式的选择503.3.4.2 压力损失513.3.4.3 喷吹气体及参数的选择513.3.5除尘效率计算523.3.6 附属设备：储气罐设计533.3.6.1设计参数533.3.6.2 容器形式的选择543.3.6.3 主体几何尺寸的确定543.3.6.4 水压试验与强度校核573.3.6.5 支座选型573.3.6.6储罐尺寸参数汇总583.3.7 除尘自动控制系统设计593.3.7.1 煤气温度控制系统593.3.7.2 压差电控仪593.3.7.3 脉冲控制仪603.3.7.4 灰位自动控制系统613.3.7.5 箱体自动检漏系统613.4 高炉煤气脱硫设计62第四章 煤气除尘净化经济技术分析624.1 能源评价及节能措施624.1.1 能源及能源评价624.1.2 工序能耗评价624.1.3 节能措施634.2 应用效果634.2.1 节能环保效果好634.2.2 净煤气质量好634.3 效果分析644.3.1 经济效益644.3.2 环境效益65第五章 结论与展望65第六章 感想与体会66致谢68参考文献：68第一章 概论1.1 问题的提出能源一般分为两大类：即一次能源和二次能源。其中，一次能源主要有煤、石油、天然气和水能等；二次能源多为由一次能源转化而来，主要有电能、焦炭、煤气和蒸汽等。能源是推动社会发展的动力，是工农业生产、提高人民生活水平的重要物质基础。能源问题在整个国民经济中占有重要地位，随着经济的快速发展，我国面临着能源供应紧张的局面。如何解决好能源问题呢？我国对能源工作的基本方针：一是开发和节约并重，二是技术改造和结构改革要以节能为重点。近年来，由于冶金行业产量大幅增长，这使得能源需求不断增加，然问题在于一次能源是有限的。为此寻求可用的二次能源成为解决能源问题关键。我国钢铁工业的能源构成情况大致如下：煤72.2%、电20.25%、重油6.4%、天然气1.15%1。在以煤为主的能源结构中，毫无疑问，副产煤气则是解决能源问题的关键。为此，如何充分回收与利用副产煤气，在钢铁企业能耗平衡中占有重要的地位。高炉煤气是钢铁企业重要的二次能源,本课题主要研究高炉煤气的净化与应用。1.2 课题来源、背景及研究对象1.2.1 课题来源“高炉煤气净化及净化后的高炉煤气合成氨”的研究应用1.2.2 昆钢6#高炉煤气净化和应用现状目前，昆钢6#高炉煤气主要采用湿法除尘技术对噶路煤气进行净化，净化后的高炉煤气用作热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料使用。存在的问题主要有以下两方面：利用湿法除尘技术处理高炉煤气，其出口温度较低，且含湿量较大，作为燃料燃烧存在一定热量的浪费；采用湿法除尘耗水量较大，且污水需进行净化处理。高炉煤气中的有效燃烧气分含量较低（CO、CH4、H2），一般仅占30%左右，热值为32004000KJ/Nm3，作为燃料使用热值低。1.2.3 研究对象本次毕业设计以高炉煤气为载体，选择合适的除尘工艺，最大限度的净化高炉煤气，科学控制高炉煤气的含尘量，使下游用户安全使用，并降低对环境的污染。1.3 项目意义高炉煤气虽然CO含量低（24%28%），但是产生量很大，其潜含有巨大的能源资源，每吨焦炭产高炉煤气35003600m3，换算为CO量为8401008m3。然而，高炉荒煤气中高粉尘含量和含水率，这直接影响了高炉煤气的利用。若直接向环境排放,将会造成区域生态环境的破坏；但若将高炉煤气除尘后循环利用,既能降低钢铁生产的能耗，也是钢铁工业实现循环经济的重要途径。为此，研究高炉煤气的除尘技术及在实际中的应用，以最大限度的保住高炉煤气中的显热，减少含尘量及含水率，充分利用高温煤气能源，减少环境污染，对钢铁工业的良性循环发展、以及解决经济发展与环境保护的矛盾具有非常现实的意义。焦炉煤气合成氨研究的成功实践为高炉煤气的利用提供了指导2。为此，净化后的高炉煤气一方面可以作为钢铁系统中的燃料使用，另一方面可以作为合成氨的原料气。目前，合成氨的原料气的主要源于焦炭3、煤、重油、天然气等通过气化炉制取满足氨合成气要求的水煤气。为此，利用高炉煤气制合成气，替代了焦炭、煤、天然气和重油等主要耗能原料，项目的实施对节能减排具有很大的意义。第二章 设计依据2.1煤气除尘技术高炉煤气除尘一般分为两步除尘，即粗除尘和精除尘。高炉煤气精除尘：即对预除尘后的煤气进一步除尘，以达到更低的浓度，常见的精除尘技术有干法除尘和湿法除尘，一般除尘效率可达90%以上。2.1.1 高炉煤气粗除尘高炉煤气粗除尘一般采用惯性除尘的方法，即利用尘粒的惯性力（重力或者离心力）将固体颗粒从气体中分离出来，除尘效率为45%85%，出口煤气含量为2.512.0%g/m34。常用的粗除尘设备有重力除尘器和旋风除尘器。2.1.2 高炉煤气精除尘高炉煤气精除尘：即对预除尘后的煤气进一步除尘，以达到更低的浓度，常见的精除尘技术有干法除尘和湿法除尘，一般除尘效率可达95%以上。2.1.2.1 高炉煤气湿法除尘高炉煤气除尘净化的传统工艺为湿法除尘，如图2.1所示。高炉煤气的湿法除尘是水洗煤气，要耗用大量的水资源。煤气洗涤水中含悬浮物达10004000mg/L和大量的酚、氰化物及其他有机物，处理这些有毒物要用化学药物或引入水渣池。用化学药物处理的系统庞大，处理难度大；用冲渣水稀释后进行闭路循环，冲渣过程中氰化物会随蒸汽扩散到大气中而污染大气。此外湿法除尘将2500C左右的煤气降到500C以下，损失能量达30%以上，且煤气含水含尘较高(10mg/m3左右)，煤气品质下降，使煤气的物理有效能(温度和压力)下降；同时产生的大量污泥难以清理和利用。图2.1 高炉煤气湿法除尘工艺2.1.2.2 高炉煤气干法除尘高炉煤气的干法除尘几乎不用水，不会带来水污染和污泥的处理，干的粉尘可直接返回烧结作为原料使用，除尘过程中煤气的压力损失小，配TRT煤气压差发电，发电量可达50kw.h/吨铁1。煤气温度高，比湿法高1000C以上，经干法除尘后的煤气热值高、水分低、煤气的理论燃烧温度高，用于热风炉可以提高热风温度高400C900C，相应降低焦比8Kg/t16Kg/t5。除尘效果好，对环境友好，且煤气的应用领域扩大。干法除尘工艺如表2.2所示。图2.2 干法除尘技术工艺2.1.2.3 高炉煤气精除尘工艺比选1,6投资方面：干法投资较湿法投资低，其投资仅为湿法投资的5070%，投资省，建设速度快；占地面积方面：干法除尘省去了湿法除尘的洗涤塔和沉淀池等的投资和所占空间，占地少、一般不到湿法的50%，节省征地费用；节水方面：湿法除尘耗新水0.2m3/Fe，干法除尘工艺技术不用水洗和冷却，只在输灰的加湿过程中用很少的水；节电方面：湿法除尘用电主要为连续运转的各种循环水泵、冷却水泵和一些辅助设备，水泵的功率较大，其耗电为6.2lKwh/t Fe,干法除尘主要是一些间断运行的输灰设备,耗电少,只有0.3Kwh/t Fe,较湿法节电90%以上；员工人数方面：干法除尘工艺较湿法工艺所需工作人员少，一般人员减少为湿法的50%；节能方面：由于干法除尘后的净煤气温度较湿法工艺高出约1000C。例如：用于加热炉可能省煤气量，用于热风炉至少可使热风湿度提高50700C,节焦8kg/t Fe,还可使高炉增产，用于TRT发电可提高发电30%以上；高炉煤气质量高，较湿法除尘工艺而言，干法除尘净化后的气体含尘量低，含水少，不易堵塞和腐蚀用户设备；综上所述：由于干法除尘工艺没有诸如洗涤塔、沉淀池等设施，既杜绝了大量污水、污泥的产生，也减少了建设的占地面积和建设费用，且除尘灰可直接用于烧结工段循环使用，环保经济效果明显；同时，干法除尘工艺对高炉的适应性强，煤气回收率高，煤气质量高。相反，湿法高炉煤气净化系统具有能耗高、净煤气含水量高(煤气热效率低)、高炉煤气余压发电设施出力低等缺点。为此，本次设计采用干法除尘工艺净化高炉煤气。对于干法除尘工艺，目前使用的方法主要为静电除尘和布袋除尘。由于此次设计主要对高炉煤气进行除尘净化，而从高炉粉煤灰成分可知，其中的Al203和SiO2含量较多7，为此煤气的比电阻较大，若采用静电除尘工艺，其除尘效果不会达到理论除尘效率。除此之外，静电除尘较布袋除尘工艺一次性投资大，维护管理技术要求高，运行费用高1。目前国内的高压静电除尘工艺进有两套，其中武钢于1987年从日本引进一套应用于3200m3高炉；1998 年邯钢在1260m3高炉上也应用了静电除尘工艺。两套系统都备用了一套湿法除尘工艺，其静电除尘作业率都小于70%8。综上所述，在同时考虑投资成本、除尘效率、环境保护以及能源利用的多重效应下，布袋除尘技术成为我国大中型高炉煤气除尘技术主流趋势。此次的设计业围绕布袋除尘技术展开设计。2.2 干法布袋除尘技术2.2.1 干法布袋除尘技术进展2.2.1.1国外运用进展布袋除尘器属于过滤式除尘器的一种，早在早在18世纪80年代德国就开始商业化生产9。20世纪70年代以后，美、日、澳及欧州等国家，结合大规模工业生产，相继开发了大型袋式除尘器并应用于燃煤电站、干法水泥回转窑窑尾和电炉除尘10。上个世纪的50年代，美国采用石棉和玻璃纤维滤袋过滤高炉煤气，高炉容积为1100m3，处理煤气量165000m3/h，工作温度达到3500C；50年代到70年代，西德德马克公司在常压高炉上大量使用了袋式除尘器；1981年，日本在德国帮助下，成功地把该技术应用到小仓铁厂1850m3高炉，从而使该技术得到飞跃发展并推广到4000m3高炉，滤料为耐热尼龙或玻璃纤维1。1954年的逆喷型吹气环清灰技术和1957年的脉冲袋式除尘器技术使得袋式除尘器实现了除尘、清灰连续操作。特别是脉冲袋式除尘器技术，它的应用不但使操作和清灰连续，滤袋压力损失更趋于稳定，处理气量进一步增大，且内部无运动部件，滤布寿命更长、结构简单11。2.2.1.2 国内运用进展布袋除尘在我国应用的比较普遍，尤其是中小高炉，其效果较好，运行成本低。目前，国内350m3级以下高炉煤气除尘90%以上是采用布袋除尘技术4。布袋除尘工艺主要有反吹风布袋除尘和脉冲布袋除尘两种。我国太钢、攀钢等企业引进的除尘工艺都是反吹风布袋除尘8。反吹风布袋除尘工艺是利用反吹风机定期将滤袋积灰吹掉，恢复其过滤性能。低压脉冲布袋除尘工艺的含尘煤气自滤袋外表面向内过滤，干灰积于滤袋外表面，反吹气体在极短时间内向滤袋内喷射，使滤袋迅速膨胀、抖动而清灰。脉冲除尘和反吹风布袋除尘反吹方式不同, 但脉冲除尘在煤气净化上具有显著技术优势, 如设备简单、反吹力度大、能耗低、操作灵活、滤袋排列紧密, 安装方式合理、安全性好等。低压脉冲除尘工艺从90年代实验成功后,得到快速推广，它的成功使高炉煤气干法除尘技术发生了质的飞跃12。此后, 国内中小型高炉基本采用低压脉冲布袋除尘工艺来净化回收煤气。1984年，我国太钢1200m3高炉从日本引进该技术后，国内有关专家在太钢考察、消化该技术，使我国大中型高炉袋式除尘器得到了较大发展1。2002年，莱钢、韶钢等企业将全干式煤气布袋除尘技术推广应用到750m3级高炉获得成功；2004年，三钢、首秦、莱钢、长钢等企业先后将其推广到1000m3 级高炉；20052006 年，韶钢、包钢、迁钢等企业又先后将其推广到2000m3级高炉；2007年9月8日唐钢3200m3高炉的投产，使干法除尘应用的高炉容积提高到了3000m312。初步统计目前我国1000m3以上的高炉采用干法布袋除尘技术的有近40座,包括太钢、攀钢、首钢、莱钢、韶钢、三钢、首秦、柳钢、包钢、唐钢、济钢、鞍钢、迁钢、通钢、承钢、宝钢不锈、长钢、潍钢等企业，其中已实现全部高炉都采用煤气全干法除尘的企业有首秦、包钢、莱钢、韶钢、承钢等。随着一批即将采用全干法高炉煤气除尘技术的大型高炉的建设与大修改造,我国干法除尘在4000m3级以上大型高炉应用的数量将进一步增加。2.2.2 大型干法高炉煤气除尘技术总结干法除尘不断在大型高炉上成功应用，但其理论、技术及装备还需要进一步研究与完善，如工艺路线选择、过滤风速确定、箱体直径与数量选择、滤袋的规格尺寸与材质选择、煤气灰排放运输方式的确定等。目前各企业设计和应用的情况并不相同，因此有必要对一些技术成熟的项目近早制定相应的标准。下面对干法除尘的工艺路线、控温方式、布袋除尘灰的输送进行简要总结。2.2.2.1 工艺路线根据煤气粗除尘器的设置与否，目前，我国的干法除尘技术工艺路线主要有四种12。高炉重力除尘器旋风除尘器布袋除尘器工艺路线：高炉煤气经重力除尘器后经过旋风除尘器，然后进入布袋除尘器，形成了重力除尘一级预除尘、旋风式除尘器二级预除尘除尘、布袋除尘器三级精除尘的三级除尘模式。这种工艺路线减轻了布袋除尘的过滤负荷，延长布袋使用寿命，保证了煤气净化的质量。目前采用这种工艺路线有包钢的6座高炉及首秦1号高炉等。高炉重力除尘器布袋除尘器工艺路线：高炉煤气经过重力除尘器除尘后的含尘气体如果浓度达到10mg/m3以下，即可直接采用布袋除尘器进行精除尘。目前济钢3#1750m3高炉、长钢8#1080m3高炉、三钢4#1050m3高炉，以及韶钢、莱钢等企业均采用这种工艺路线。高炉旋风除尘器布袋除尘器工艺路线：由于旋风除尘器的除尘效率比重力除尘器的高，采用旋风除尘器可使半净煤气的含尘浓度相对于重力除尘器的低，有利于降低布袋除尘器的负荷。目前，鞍钢4#2850m3高炉以及首钢京唐钢铁公司5500m3均采用这条工艺路线。高炉布袋除尘器工艺路线：取消了烟气预除尘工艺，进布袋除尘器的煤气中的大颗粒瓦斯灰附着于布袋上，增强了布袋的透气性，降低了布袋除尘器承受的压力，在一定程度上延长了布袋除尘器的使用寿命。这种工艺路线创造性的取消了传统的烟气预除尘工序，直接采用布袋除尘器对高炉煤气进行一步除尘工作。目前采用这种工艺路线的有承钢钢铁公司的六座高炉上，其中包括4座小高炉、1座1260m3高炉以及1座2500m3高炉13。工艺路线的选择：综上上述四种工艺路线，并结合昆钢高炉煤气的实际现状，即昆钢高炉产生的煤气含尘量较高，且大粒径颗粒含量较多，故采用高炉重力除尘器旋风除尘器布袋除尘器工艺路线。2.2.2.2 控温方式由于滤袋合理的工作温度都有一定范围，煤气温度过高会损伤滤袋，煤气温度过低则可能结露，影响除尘器正常工作，因此控制进入布袋除尘箱体的煤气温度对保证布袋除尘系统连续运行极为重要。针对煤气温度过高或过低的情况，目前主要采用半净煤气点火放散或控温两种方式，控温包括升温和降温。对于低温煤气，主要是利用热风炉高温烟气通过热交换器来给煤气升温，如莱钢4#高炉等。对于高温煤气的降温方式主要有炉顶打水降温、重力除尘器喷雾降温、间接降温器降温(外冷喷淋式或热管换热器)。国外采用的是重力除尘器喷雾降温，国内企业引进的最初也都是重力除尘器喷雾降温方式，应用过程中经常出现瓦斯灰板结等问题。国内企业设计的温度控制方式主要可分为两种：一种是炉顶打水降温+半净煤气放散的组合方式，当系统遇高温煤气, 高炉炉顶进行打水降温，温度仍降不下来时，采用放散荒煤气的方式；同样，当系统遇低温煤气时，也可采用放散荒煤气的方式。保证高炉的正常运行。包钢、三钢等企业都采用的这种控温方式。另一种是炉顶打水降温+间接降温器降温的组合方式，当煤气温度过高，高炉炉顶进行打水降温，温度仍降不下来时，将煤气通过间接降温器进行进一步降温， 如济钢3#高炉、首秦1、2#高炉等高炉均采用这种方式。大型高炉炉况稳定性好，炉顶煤气温度波动比较小，从部分大型高炉运行实际看，炉顶打水的降温方式基本能保证进入布袋除尘箱体的煤气温度不超过温度上限。因此很多企业的间接降温器常年都没有使用。对于高炉休风后复风等炉顶煤气较低的情况，一些企业进行了干法引气温度低于400C的尝试, 大幅度缩短了引气时间, 也表明干法除尘低于露点温度仍可安全操作。2.2.2.3 布袋除尘灰的输送高炉煤气干法布袋除尘灰的输送方式按输送装置的动力可分为机械输送方式和气力输送方式。机械输送方式又包括螺旋输送机输送方式及埋刮板输送机输送方式等。以下为分别为机械输送方式和气力输送方式的基本工艺流程。机械输送方式: 布袋集灰斗中间灰斗螺旋输送机(或埋刮板输送机）斗式提升机高位灰仓加湿机汽车运输。气力输送方式: 布袋集灰斗气力流化输送大集灰仓吸排车运输。高炉煤气除尘灰采用气力输送方式比机械输送方式有明显优势，如投资少、输送量大、输送距离远、布置自由、运行可靠、密封性好、可避免卸输灰过程中煤气外泄和二次扬尘等，大型高炉应首选采用气力输送方式。2.3 各种除尘器简介2.3.1 重力除尘器2.3.1.1 简介重力除尘设备是粉尘颗粒在重力作用下而沉降分离的设备14。利用重力除尘室一种最古老简易的方法。基本构造如图2.3所示：图2.3 重力沉降室重力除尘器主要优点在于：结构简单，维护容易；阻力低，一般为50150Pa，主要是气体进口和出口的压力损失；维护费用低，经久耐用；可靠性优良，很少出现故障。重力除尘器的缺点在于：除尘效率低，一般在40%60%之间适宜捕集大于50um的粉尘颗粒；设备体积庞大，适合处理中等气量的常温或者高温气体，多作为多级除尘的预除尘使用15。2.3.1.2 重力除尘的分类与形式按照气流方向分为：水平气流重力除尘器和垂直气流重力除尘器；按照内部有无挡板分为：有挡板重力除尘器和无挡板重力除尘器；按照有无隔板分为：隔板式多层重力除尘器和无隔板重力除尘器；目前，应用最多的重力除尘器形式有烟道式重力除尘器、隔板式重力除尘器、降尘管式重力除尘器和立式重力除尘器14,15。对于高炉煤气的净化，目前使用最为广泛的是立式重力除尘器。2.3.2 旋风除尘器2.3.2.1 简介旋风除尘器是利用旋转气流对粉尘产生离心力，使粉尘从气流中分离出来的设备。其分离的最小粒径可达到510um，除尘效率为70%以上。旋风除尘器具有结构简单、紧凑、占地面积小、造价低、维护方便、可耐高温高压等优点，并且适用于较高浓度的粉尘处理。其主要缺点是对粒径小于5um的颗粒除尘效率不高。2.3.2.2 旋风除尘器工作机理如图2.4所示：气体从进气管进入旋风筒体后，由直线运动变为旋转运动，并在流体压力及筒体内壁形状影响下螺旋下行，朝锥体运动。含尘气体在旋转过程中产生离心力，是重度大于气体的粉尘颗粒克服气流阻力移向边壁。颗粒一旦与器壁接触，便失去惯性力而在重力作用即旋转流体的带动下贴壁面向下滑落，最后从锥底排灰管排出旋风筒。旋转下降的气流到达锥体底端部附近某一位置以后，以同样的旋转方向在除尘器中由下折返向上，在下行气流内侧螺旋上行，做种连同一些违背分离的细小颗粒一同排出排气管。图2.4 旋风除尘器工作机理2.3.2.3 旋风除尘器的类型及特点旋风除尘器的类型较多，其分类方式主要有一下几种。按性能分为高效除尘器、大流量除尘器和通用除尘器。其中高效除尘器一般筒体直径较小，筒体和锥体高度相对集中，主要用于分离粒径较小的颗粒物，除尘效率可达95%以上；大流量除尘器筒体直径较大，用于处理较大的气体流量你，其除尘效率为5080%，多用于预收尘；通用除尘器性能介于二者之间，处理气体流量适中，除尘效率一般为8095%之间，使用广泛。按气体流动形态可分为切向反转式旋风除尘器和轴流式除尘器。其中切向效率高但压降大，其适用于处理流量适中的气体，而轴向除尘器效率较切向低但压降较小，适于处理流量较大的气体。如图2.5所示：图2.5 气流不同流动方式旋风除尘器按旋风筒的结构形式可分为圆筒体、长锥体、旁通式及扩散式除尘器。其机构形式如图2.6所示.图2.6 不同结构的旋风除尘器按旋风筒的组合方式可分为串联式、并联式和多管式除尘器。按出口形式可分为吸出式（X型，带出口蜗壳）和压入式（Y型，不带出口蜗壳）。氨气流在旋风筒内的旋转方向可分为右旋式（S）和左旋式（N）等。2.3.2.4 旋风除尘器性能旋风除尘器的主要性能包括临界分割粒径、除尘效率和压降损失等。其中，临界粒径指旋风除尘器理论上能100%分离处理的最小颗粒物粒径。不同形式的旋风除尘具有高低不同的除尘效率，一般地，旋风分离器的除尘效率为50%95%不等。旋风除尘器的压力损失主要包括进口损失，出口损失及漩涡场损失，其中排气管中的损失占较大分量。影响旋风除尘的性能参数的因素很多，主要包括二次效应、比例尺寸、物理性质及工作参数。二次效应主要来源于两个方面，一是已分离物料的反混及二次飞扬，二是颗粒间的凝聚及较大颗粒在分离过程中对较小颗粒的夹裹使得部分小于临界粒径的颗粒物也被分离。比例尺寸对旋风除尘器的性能影响最为关键，器尺寸变化对性能影响效果如表2.1所示：表2.1 旋风除尘器尺寸变化对其性能的影响增加压降损失分离效率筒体直径降低降低进口面积（风量不变）降低降低进口面积（分速不变）增加增加筒体长度略降增加锥体长度略降增加卸灰口直径略降增加排气管直径降低降低排气管插入深度增加圆锥角略降20300为宜影响旋风除尘器性能参数的物理特性主要有流体的温度、粘度、颗粒密度和粒度。影响旋风除尘器性能参数的工作参数主要包括入口风速和含尘浓度，其中入口风速一般取值为1220m/s。2.3.2.5 旋风除尘器的选型与设计旋风除尘器的性嫩可由有关技术指标（如处理气体量Q、分级效率以及阻力损失P）和经济指标（如气体性质、含尘浓度、占地面积及使用寿命等）来衡量。在具体选型时，要根据实际情况（如气体的性质、含尘浓度、颗粒性质及粒径分布等），处理好有关技术指标和经济指标的关系。旋风除尘器的设计主要包括结构尺寸的确定及性能参数的计算。其中，在旋风除尘器机构尺寸中，以旋风筒直径、气体入口及排气管尺寸对除尘器的性能影响最为明显。切向入口旋风除尘器标准尺寸比例如表2.2所示：表2.2符号名称高效旋风除尘器普通旋风除尘器斯泰尔曼斯威夫特拉普尔斯威夫特D筒体直径1.01.01.01.0de排气管直径0.50.40.50.5d0卸灰口直径0.3750.40.250.4h1筒体长度1.51.42.01.75h2锥体长度2.52.52.02.0s排气管长度0.50.50.6250.6a入口高度0.50.440.50.5b入口宽度0.20.210.250.252.3.3 布袋除尘器2.3.3.1 概述布袋除尘室采用过滤技术奖气体中的固体颗粒物进行分离的过程。它是采用过滤技术进行气固分离的设备。由于布袋除尘器具有除尘效率高、除尘后煤气质量好等优点而被广泛运用。2.3.3.2 除尘机理布袋除尘器的过滤机制主要包括筛分、惯性碰撞、拦截、扩散和静电吸引等作用。筛分作用是布袋除尘器的主要滤尘机理之一。当粉尘粒径大于滤料中纤维间的间隙或者滤料上沉积的尘粒间的间隙是，粉尘即被筛滤下来。通常的织物滤布，由于纤维间的孔隙远大于粉尘粒径，所以刚开始过滤式，筛分作用很小，主要靠观星碰撞、拦截、扩散和静电作用进行除尘。但是的那个滤布上逐渐形成一层粉尘粘附层后，布袋主要靠筛滤作用除尘。随着粉尘在滤料表面的积聚，除尘器的效率和阻力都相应的增加，当滤料两侧的压力差很大时，会把有些已附着在滤料上的细小尘粒挤压过去，使除尘器效率下降。另外，除尘器的阻力过高会使除尘系统的风量显著下降。因此，除尘器的阻力达到一定数值后，要及时清灰。清灰时不能破坏初层，以免效率下降。为此布袋除尘器工作机理主要包括过滤和清灰。2.3.3.3 布袋除尘器的分类按清灰方式的不同可分为机械振动清灰除尘器、逆气流清灰除尘器、脉冲喷吹布袋除尘器和气环反吹布袋除尘器，目前运用最广泛的是脉冲布袋除尘器。按照滤袋的形状可分为圆袋和扁袋，其中扁袋结构较为复杂，制作要求高且易被堵塞，但圆袋具有受力均匀，制成骨架及连接简单，清灰所需动力小，检查维护方便等优点而被广泛运用。按照滤尘方向可分为外滤式布袋除尘器和内滤式布袋除尘器。目前使用广泛的脉冲布袋除尘器主要采用外滤式，其内部设有骨架支撑以防止滤袋被吸瘪。按照通风方式可分为吸出式除尘器和压入式除尘器。其区别主要在于引风机的设置位置，一般地，若进口浓度较低可采用压入式，其静气不需要采取密封结构、构造简单、节省管道、造价相对于吸入式除尘器低20%30%。当进气浓度较高时，一般采用吸入式除尘方式，这样可以延长引风机的使用寿命。按照进风口位置的不同可分为上进风除尘器和下进风除尘器，目前应用较多的为下进风除尘设备。2.3.3.4 布袋除尘器的结构形式典型的布袋除尘器主要由烟气室、净气室、滤袋、清灰装置等几部分组成。箱体一般由5mm或者6mm18的钢板焊接而成，以花板为界，花板以上为上箱体、以下为中箱体，中箱体以下链接灰斗，上箱体是除尘后的烟气外排通道，内装喷吹管；中箱体（即净气室）内放置滤袋，悬挂在花板上。花板是悬挂滤袋的主要装置，排列方式一般有直线排列方式和交错排列方式两种，目前应用较多的为直线排列方式。直线排列的花板厚度一般不低于6mm。花板孔周边应光滑无毛刺，并用弹性涨圈固定滤袋。其中近年使用的68m的滤袋，要求滤袋间间距应取75mm左右。灰斗用于收集清灰时从滤袋上落下的粉尘以及进入除尘器的气体中直接落入灰斗的粉尘。由于灰斗的粉尘需要及时排除，所以灰斗要逐渐收缩，四壁是便于粉尘向下流动的斜坡，下端行车出口。灰斗主要有锥形和槽式两种形式，其中较为广泛运用的是锥形灰斗。输灰系统主要用于及时清除灰斗排除的灰尘。输灰系统有机械输灰和气力输灰方式。对于大型除尘器，主要采用气力输灰方式。2.3.3.5 布袋除尘器的性能排尘浓度布袋除尘器具有很高的除尘效率，一般排尘浓度不高于10mg/m3。压力损失布袋除尘器的压力损失主要来源于除尘器结构压力损失、清洁滤袋的压力损失和滤袋上粉尘层的压力损失。其中过滤风速和清灰方式对压力损失的贡献最大。为此，选择合适的过滤风速，并采取一定的清灰机制对布袋除尘器压力损失的减小具有很大意义。除尘效率除尘效率是衡量布袋除尘器性能最基本的参数，表示除尘器处理气流中粉尘的能力，器与滤料运行状态、粉尘性质、滤料种类、粉尘层厚度、过滤风速以及清灰方式有密切的关系。喷吹压力喷吹压力是指脉冲清灰时压缩空气空气的阻力，其直接影响着清灰效果，通常的喷吹压力为0.40.5MPa。脉冲时间与脉冲周期脉冲时间指每次喷吹的时间，一般来说，脉冲时间越长，喷吹的压缩气体越多，清灰效果越好。但脉冲时间达到一定的数值后，对清灰效果的影响不是很明显。对于脉冲周期的选择，一般的当过滤风速小于3m/min，入口浓度为510g/m3，脉冲周期可取60120s，当含尘浓度小于5g/m3时，脉冲周期可增至180s，当含尘浓度高于10g/m3，过滤风速大于3m/min时，脉冲周期可取3060s17。2.3.3.6 布袋除尘器的设计及选型设计选型的过程如下：确定布袋除尘器的形式，即选择布袋除尘器的除尘方式；根据含尘气体特性，选择合适的滤料选择时应考虑滤料捕集指定粉尘的性能、耐气体和粉尘腐蚀的能力、耐高温能力等，选择最适合的滤料，以求达到最好的除尘效果。清灰方式的确定主要根据除尘器的形式、滤料的种类。气体含尘浓度、允许的压力损失等确定清灰方式。根据滤料和清灰方式确定气速，计算过滤面积、并确定滤袋尺寸和数目滤袋排列及安装设计2.3.3.7 设计过程中采取的对策17高温高湿气体的处理设计布袋除尘器时，滤料的选择时很重要的。选择好的滤料可以达到期望的除尘效果。然而在实际运行中，难免会遇到高炉运行不正常产生高温高湿的气体、或者气体温度过低等特殊情况，为此必须采取一定的方法加以控制。常用的方法为气体放散和气体加温换热处理。预防爆炸和火灾的措施设置预除尘器，采用冷却喷雾塔均可达到预防爆炸和火灾的效果。高含尘浓度气体的处理一般地，当气体含尘浓度过高时，一般采用两级除尘措施，而当气体含尘浓度不是很高时，可直接采用布袋除尘器加以除尘，这样可以减少运行费用的同时达到预期除尘效果。 低含尘浓度气体的处理当气体的进口浓度较低时，一般采用延长清灰周期的方式进行烟气除尘处理。2.4 高炉煤气脱硫处理2.4.1 概述硫化氢(H2S)在天然气、炼厂气、合成气等工业气体中是一种有害杂质。各种气体中H2S的含量因工艺和原料不同有所差异。它的存在不仅严重地威胁人身安全，而且会引起设备和管路的腐蚀和催化剂中毒，因此必须进行脱除。工业上有效的脱除方法很多，主要有干法脱硫和湿法脱硫两大类19。多年来，国内外研究工作者对尾气硫问题进行了大量研究。目前常见的脱硫方法很多，一般可分为干法和湿法脱硫。其中干法包括铁系、锌系、铜锰系脱硫剂、克劳斯法及活性炭法等；湿法包括碳酸钠吸收加热再生、液相催化法、杂多化合物氧化法、醇胺吸收法，还有近几年发展起来的生物脱硫法20。2.4.2 湿法脱硫技术湿法脱硫是利用特定的溶剂与气体逆流接触而脱除其中的H2S，溶剂可通过再生后重新进行吸收。根据吸收机理的不同，又分为化学吸收法、物理吸收法、物理化学吸收法以及湿式氧化法。湿法脱硫流程复杂、投资大，适合于气体处理量大、H2S含量高的场合。2.4.2.1 化学吸收法：化学吸收法是脱硫中使用较多的方法，它利用H2S(弱酸)与化学溶剂(弱碱)之间发生的可逆反应来脱除H2S，比较适合于较低的操作压力或原料气中烃含量较高的场合，化学吸收较少依赖于组分的分压，同时，化学溶剂具有相对较低的吸收烃的倾向。常用的化学溶剂法包括各种胺法、热碳酸盐法和氨法等。胺吸收法：胺吸收法一般采用烷醇胺类作为溶剂，是最常用的方法。该方法脱除H S等酸气的过程主要为化学过程所控制，因此在低操作压力下，比物理溶剂或混合溶剂更适用。常用的醇胺类溶剂有：一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二甘醇胺(DGA)、二异丙醇胺(DIPA)、甲基二乙醇胺(MDEA)等。胺吸收法是一种发展比较成熟的天然气处理方法，但该法存在设备笨重、投资费用高、再生和环境污染等问题。其中最大的问题就是吸收液的再生。目前所应用的再生方法主要是高温减压蒸馏，该方法回收耗能高，投资大，再生液回收率不高。近年来，胺法气体脱硫技术上的研究主要在于对各种烷醇胺溶剂及与之复配的溶剂和添加剂的选择和改进，从而形成多种可供选择的配方溶剂，以适应不同的脱硫要求。同时，寻找性能更好的胺的努力也一直在进行着。热碳酸盐法：热碳酸盐法是最早用于从气体中脱除CO2和H2S等酸性气体的方法，它可以完全脱除COS(羰基硫)，但不适用于不含CO2或CO2含量很少的场合。碳酸盐溶液在化学上较稳定，不会与COS、O2等发生降解反应。该技术在处理含氧气体等特定的工况条件下，具有一定的优势。目前的研究主要集中在新型活化剂的开发以改善吸收剂的某些性能。氨法：氨法采用氨水作为吸收剂，对设备腐蚀较大，且污染环境，但在处理焦炉煤气时，因可以利用焦化厂自产的碱源而具有经济上的优势。2.4.2.2 物理吸收法物理吸收法是利用不同组分在特定溶剂中溶解度的差异而脱除H2S，然后通过降压闪蒸等措施析出H2S而再生，溶剂循环使用21。该法适合于较高的操作压力，与化学吸收法相比，其需热量一般较低，主要由于溶剂依靠闪蒸再生，很少或无须供热，也由于H2S溶解热比较低，大部分物理溶剂对H2S均有一定的选择脱除能力。因H2S溶解度随温度降低而增加，故物理吸收一般在较低温度下进行。但物理溶