唐钢炼铁厂2#烧结机机尾电除尘系统工艺设计

烧结机机尾电除尘系统工艺设计沈一村，陈建平，徐颖辽宁工程技术大学资源与环境工程学院，辽宁阜新（123000）E-mail:[e-mail]摘要：本设计在达到一定的除尘效率的前提下，根据地下料仓和筛分室粉尘的物理特性，考虑到要处理较大的烟气量，以及回收的粉尘能作为原料继续利用这些因素，对各种除尘设备做了比较，最终确定电除尘系统为最优方案,并对电除尘器的本体设计作了详细说明。粉尘经设计的除尘系统，烟气浓度能从初始的6000mg/m3,降低到81.6mg/m3，能够达到预定的排放要求，同时，粉尘的回收还使资源得到充分的利用，达到一定的经济效益，最重要的是使厂内的操作环境大大的改善,产生了良好的社会效益。关键字：电除尘器；除尘效率；经济效益；社会效益中图分类号：1.引言随着人类工业化程度的不断提高，人类向自己赖以生成的环境中排放的有害物质在不断地增多，这其中工业对空气环境的影响又是昀大的。在工业中煤炭，钢铁，石油，化工热电都是环境污染的大户。中国是世界上钢铁产量第一的国家。钢铁产量的快速增长在带来巨大的经济效益的同时也给环境造成了相当大的影响。对于钢铁工业，尤其值得注意的是粉尘污染，粉尘对工人健康、机器寿命以及周边环境都会造成很大的危害，因此国家制定了相关的法律条款来限制烟尘排放，对其排放浓度做了严格的规定，同时加大了对违规行为的处罚力度。在这种情况下各钢铁厂纷纷投资上马新的高效除尘设备，此时电除尘器以其高效率、易维护等优点逐步成为企业除尘的首选。本设计以唐钢炼铁厂地下料仓和筛分室粉尘为处理对象，选用电除尘工艺对其进行除尘以达到排放要求。本设计重点对电除尘器结构的设计计算和附属设备的选用、安装维护作了说明，并对管道系统的设计计算给出详细地解释。本设计严格按照行业设计标准为依据，希望给钢铁企业进行除尘设计以参考。2.概述2.1设计内容烧结机机尾除尘主要是解决机后筛分室和地下料仓除尘，筛分室废气量为25000m3/h，烟尘浓度正常运行时在5000-6000mg/m3，地下料仓废气量为25000m3/h，烟尘浓度正常运行时在5000-6000mg/m3。2.2设计要求1）除尘后烟尘≤100mg/m3；2）包括设计方案选择、工艺设计、管道工程、设备及安装、电气工程。3.除尘设备的方案比较1）电除尘器电除尘器是利用静电力实现尘粒与烟气流分离的一种装置。电除尘器的原理[1]是：含尘气体以较低的速度进入电除尘器，通过一个足以使气体电离的静电场，产生大量的正负离子荷电子并使粉尘荷电，绝大部分荷电粉尘在电场力的作用下向集尘板运动，并在集尘极上沉积，从而达到粉尘和气体分离的目的。当粉尘达到一定厚度时，通过清灰机构使粉尘落下，可见，电除尘器的工作原理涉及：气体的电离，粒子荷电，粒子沉积和清灰过程。特点：a除尘效率高：除尘装置可以很方便的通过加长电场长度达到99%以上的除尘效率。当前，我国普遍使用三个电场的电除尘器，当烟气中粉尘状态处于一般状态时，其捕集效率可达99%以上。国外工业化国家目前普遍使用5个电场的电除尘器，收尘效率在99.9%以上。b处理烟气量大：电除尘器易模块化，可以很方便地实现装置的大型化。目前单台电除尘器处理气量已达30×106m3/h。c捕集到的粉尘干燥：因为粉尘以干燥的形态被捕集，有利于粉尘的输送和再利用，减少二次污染。d烟气阻力小，总的能耗低：电除尘器的能耗主要是由烟气阻力损失、供电装置、电加热保温和振打电机等能耗组成。其他烟气除尘装置的烟气阻力占总能耗的90%以上，其数值是静电除尘器的5～8倍，电除尘器的烟气阻力，不管装置的体积有多大，一般仅200Pa左右；即使4个电场、5个电场也不会超过300Pa。e捕集能力强:电除尘器可以捕集0.1µm的微小粒子，而且捕集效率很高，可以达到99%。对于湿式电除尘器，不仅能去除烟气中的粉尘粒子，而且对水雾和酸雾有一定去除效果。此外，当烟气的性质发生变化时，电除尘器还能保持良好的除尘效率，这是其它类型除尘器不能比拟的优点。f易于维护保养:电除尘器如果品种规格选的恰当，又有良好的制造安装质量，日常的维护保养量是很少的。电除尘器的操作运行以全部实行自动化，实现了智能化——即自动选择瞬时操作运行方式。g一次性投资大:电除尘器和其他除尘器相比，结构较复杂，耗用钢材较多，每个电场需配用一套高压电源及控制设备，因此价格较大。但是静电除尘装置设备费用加上3~5年的运行费用比大多数其他除尘设备的要低。2）湿式除尘器湿式除尘器的特点是：结构简单；除尘效率高；水滴还能吸收烟气中的二氧化硫和三氧化硫等有害气体。其缺点是阻力大；处理气体量小；还需要有污水处理装置。3）旋风除尘器旋风除尘器被广泛应用于独立除尘装置，也可作其他除尘器的预处理装置。本设计要求有较高的除尘效率，因此不能选。4）袋式除尘器用袋式除尘器净化大于17000m3/h含尘气量的投资费用要比电除尘器高。而净化小于17000m3/h含尘烟气时，投资费用要比电除尘省。由于本设计要处理的烟气量很大，所以，本设计选电除尘器而没有选袋式除尘器。从以上分析比较结合地下料仓和筛分室实际情况可得：由于处理的是常温下的含尘气体，处理量很大，比电阻和含尘浓度均在电除尘处理的范围内，而且要求的处理效率很高。鉴于以上原因，我选择了电除尘器。4．集气罩选择与设计4.1集气罩选择按照集气罩[2]与污染源的相对位置及适合范围，可以将吸气式集气罩分为密闭罩、排气柜、外部集气罩、接受式集气罩等。依据实际情况及筛分室和地下料仓的气流流动特点，本设计均选用局部密闭集气罩。4.2集气罩设计计算h2HD0dd0图4-1集气罩Figure4-1setsgascaps如图4-1所示，如果设集尘罩连接的特征尺寸为0d,污染源的特征尺寸为d,集气罩距污染源的垂直距离H,集气罩口特征尺寸0D,集气罩喇叭口长度为2h,则应满足：0/0.2dd,01.0/2.0Dd,/0.7Hd和20/3hd≤由于机后筛分污染源宽2.0m，即d为2.0米。则有00.4d,02.04.0D,1.4H机后筛分室：00.5d=m,03.0D=m,1.0H=m受料集气罩：00.5d=m,02.5D=m,0.8H=m由于机后筛分室和地下料仓的废气量均为25000m3/h，所以总的排风量为50000m3/h。由于是局部密闭罩，故需乘安全系数，因孔口相对严密安全系数β取0.001，则Q‘=25000250000.00125025+×=m3/h即Q=50050m3/h由于随物料排放所带走一部分空气量，故可认为Q仍为50000m3/h。5．电除尘器设计计算5.1电除尘器的选型1)电除尘器型号的确定按电极形状可分为板式、管式和棒帏式电除尘器。板式电除尘器的集尘极呈板状。为了减少粉尘的二次飞扬和增加极板的钢度，通常将极板轧制成不同的凹凸糟型。管式电除尘器的集尘极由一根或一组截面呈圆形、六角形或方形的管子构成，放电极位于管子中心。通常用于出去气体中的液滴。棒式电除尘器的集尘极使用钢筋变成棒帏状，结实，耐腐蚀，不易变形，但自重大，耗钢材多。本次设计采用板式电除尘。按电极的大小分常规电除尘器和宽间距电除尘器。同极距在400mm以上的称为宽间距电除尘，它在本体结构上与常规电除尘器没有根本区别。但由于间距的加大，供电机组电压的提高，有效电场强度大，板电流密度均匀，驱进速度提高，有利于净化高比电阻粉尘，因此此次设计采用宽间距电除尘器。电除尘器还可以分为双区和单区，双区是粒子的捕集与荷电在不同的区内，这样的结构容易造成二次扬尘，除尘效果不理想，本次设计选用单区电除尘器。单区电除尘器按结构类型可分为立式和卧式电除尘器。立式电除尘器中的气流是自下而上垂直运动，一般用于烟气流量较小、除尘效率不太高的场合。立式电除尘器较高，气体通常直接排入大气，所以在正压下进行。它的主要优点是占地面积小。卧式电除尘器内的气流是沿水平方向流动。它的优点是按照不同除尘效率的要求，可任意增加电场长度和电场个数；能分段供电；适合于负压操作，引风机的寿命较长。本次设计由于烟气量较大，要求效率高和考虑实际中可分段供电等因素，采用卧式电除尘器。综上所述，本次设计选用单区、卧式、板式、无辅助电极的宽间距(420mm)电除尘器。2)电除尘器的台数根据设计所给废气量，考虑电除尘器的处理量相对比较大，设计只采用1台除尘器。3)电场风速(v)的确定视电除尘器规格大小和被处理的烟气特性而定，一般在0.4～1.5m/s范围内[5]。虽然从得意希效率公式来看，电场长度增加，占地面积加大；而且会引起大的粉尘二次飞扬，降低除尘效率；反之，在一定的处理烟气量条件下，过低的电场风速则需要较大的电场断面，这样使得设备庞大，经济费用加大，因此电场风速的选择应适当，设计参考许多相关资料，考虑本次设计所要处理烟尘颗粒粒径大部分都很小，为了避免二次扬尘，尽量不取过大风速，故取1.3m/s。4)电除尘器的截面积(F′)（初定）25000010.68m36001.3QFv′===×(5-1)5)除尘效率(η)根据设计要求处理后排放要小于100mg/m3，而未处理前烟尘浓度为5000～6000mg/m3，很明显只要满足烟尘浓度昀大时即6000mg/m3的除尘效率就能百分之百的满足设计要求。6000100100%98.33%6000η−=×=(5-2)6)有效驱进速度的确定(ω)目前世界上都采用得意希公式来计算除尘效率，即1AQeωη−=−(5-3)式中:η－电除尘器的除尘效率，%A－电除尘器收尘极面积，m2参考以往电除尘工程中的实测驱进速度，且烧结机电除尘的有效驱进速度的范围为3~18cm/s根据经验本设计取0.10m/s。7)集尘极面积(A)由德意希公式有21500001lnln568.38m136000.1010.9833QAωη⎛⎞⎛⎞===⎜⎟⎜⎟−×−⎝⎠⎝⎠(5-4)计算求得的极板面积为理论值，在选择电除尘器的实际极板面积时，要考虑各种参数的准确性和电除尘器的结构等方面的影响，应将极板面积适当增加一些余量，一般按5%左右考虑。()215%596.80mAA′=+=(5-5)可以计算出理论除尘效率:198.64AwQηe%−=−=(5-6)8)比集尘面积(f)2596.8042.97m50000/3600AfQ′===(5-7)9)电场数(n)的确定本次设计根据所给系统烟气浓度5000~60003Nmg/m和设计要求除尘后烟尘≤100mg/m3可以算出设计电除尘器的效率η＞98.64%即能满足排放要求；当粉尘驱进速度设计为ω=10cm/s，电场风速设计为1.3m/s时，在除尘效率η=98%~99.9%的情况下，要采用稍多一点的电场才能达到要求，本次除尘效率要求较高，所以选用电场数n=3电场。10)电场高度(h)10.682.3122Fh′===m(5-8)取3h=m。11)同极距(s2)的确定研究表明，如果极间距加宽，增大了绝缘距离，提高了火花放电电压；加宽极间距可以提高两极工作电压，粉尘的驱进速度也相应提高，电除尘器内电极的安装和维修也都比较方便；同时由于粉尘驱进速度的增大，在处理相同烟气量和达到相同的除尘效率条件下，所需的集尘极面积也减少了。根据国内外的实践来看，大型电除尘器使用较宽间距可以获得较高的除尘效率和更低的排放浓度。故本次设计采用400mm同极距。12)通道数由式()kshFZ′−′=2计算，k′为除尘器的阻流宽度，设计选用C形板宽度为40mm，k′为0.02m[6]。故()()10.689.37230.400.04FZhsk′===′−×−(5-9)取10Z=。13)电场断面(F)由式（4-9）有()()221030.420.0411.40mFZhsk′=−=××−=则实际风速：50000